1. 概述

胶带输送机是一种由电机驱动的连续运输设备，大多采用就地控制。而在胶带输送机的连续运行中，经常会出现跑偏、堆煤、打滑、撕裂等现象，实现胶带机集控与保护具有重要的意义。  

防爆PLC控制箱主要用于煤矿井下的皮带自动化控制与保护系统，采用西门子S7-1200系列PLC作为核心设备，具有较强的适用性、可扩展性、高可靠性和强大的通讯能力。其逻辑控制方式可通过软件的编程来实现，使复杂的控制逻辑变得简单易行。控制箱内部的输入和输出信号之间有可靠的隔离措施和本安电源，从而确保与各种类型传感器、执行器、各种设备电控回路的连接和匹配之间更加灵活、通用。

2.组成

胶带机集控及保护系统主要由环网交换机、防爆PLC控制箱（从站）、西门子S7-300主站、配套皮带保护传感器、上位机、集控软件等部分组成。

S7-300主站实现对井下所有防爆控制箱从站的管理，对所有井下数据进行汇总、整合后提供给上位机，对上位机进行控制的数据进行下发[1]。

防爆控制箱内置环网交换机，交换机使用光纤将所有从站的数据传输至地面环网交换机，实现与地面PLC主站的通讯[2]。

每条皮带配置一台防爆PLC箱，用于检测皮带跑偏、堆煤、撕裂、温度报警、打滑、烟雾、急停、张力等故障[3-4]。

图1 系统组成图

3.特点

1）减人提效：煤矿大部分的胶带输送机都是配置操作工开启，每条皮带1人，按照3班计算，每条皮带就需要4个人。煤矿的胶带输送机少则十几条，多则几十条。光皮带队就需要上百人。配置了胶带机集中控制及保护系统后，只需要配置5-10人的维修队伍，2个人的集控就可以实现所有皮带的集中控制。可进行连锁启动、停止；也可任意选择单条皮带进行启停。大量的节约了人力、物力，节省煤矿支出。

2）减少了事故率的发生。工人多就造成了事故率高，减少了现场工人，最大限度了减少了伤亡事故的发生。为建设本质安全型矿井卖出了坚实的一步。打造人、机和谐，实现长治久安。

3）提高了装备水平，增加了技术含量。煤矿的自动化技术水平普遍较低，PLC在煤矿的广泛应用，提高了煤矿装备的自动化水平。为煤矿信息化、自动化、数字化奠定了良好的基础。

4.功能

1）集控连锁控制

在此模式下，系统检测到需要开启皮带时，首先检测各条皮带无保护报警时，由主站按照逆煤流开车、顺煤流停车的原则，依次控制各从站启动、停止[5]。

图 上位机软件界面

2）单条运行控制

此模式下，无工作闭锁关系，检测到启动、停止皮带的指令后，可直接启动或停止皮带的运行。

3）单条点动控制

此模式下，检测到启动指令后，皮带机启动皮带运行几秒钟，接着停止。主要用于皮带机的检修工作。运行时间可在触摸屏上进行设置。

4）保护功能

保护功能按照煤炭规程要求进行开发，满足MT872的要求。

A． 打滑保护

当输送带速度在10s内均在额定带速的50%～70%范围内，或输送机带速小于等于50%额定带速时，或输送机带速大于等于110%额定带速时，报警并停止输送机的运行。对输送机正常启动和停止造成的速度变化，不应有动作。

B.  堆煤保护

在2s内连续检测到煤位超过预定位置，报警并停止输送机运行，其保护动作的作用力不大于9.8N。

C.  跑偏保护

当运行的输送带超出托辊端部边缘200mm时，发生跑偏时，报警并停止输送机运行，其保护动作所需作用于跑偏传感器中点正向力为20～100N。

D. 超温洒水保护特性

在测温点处温度超过设定值时，装置2s内应报警，同时应能启动洒水电磁阀，喷水降温。

E.  烟雾保护

连续2s内烟雾浓度达到1.5时，报警并停止输送机运行。

F. 撕裂保护

运行中的输送机纵向撕裂时，报警并停止输送机的运行。

G. 双向急停开关保护

双向急停开关在任何一边施加40～200N的力时，双向急停开关能停止输送机的运行，并自锁。

H.  张力传感器检测

张力传感器用于测量煤矿井下胶带输送机胶带张紧力的变化。

6）报警功能

当皮带运行中出现任何保护传感器动作时，进行报警。并将报警信号传输给主站。主站判断工作模式，若在集控连锁模式，则按照顺煤流停车的原则，依次控制从站进行停车；若工作在单条运行模式，则直接停止皮带机的运行。

5.防爆PLC控制箱

防爆控制箱使用西门子S7-1212作为控制的核心，按照GB3836的要求进行必须的输入输出隔离后与外部传感器、执行器进行连接，其通讯接口接入控制箱的环网交换机。

输入部分主要为皮带运行状态、皮带运行的各种保护传感器；输出部分为皮带的启动停止信号、超温洒水的电磁阀等。

图3  防爆PLC控制箱的主要内部原理图

图4 防爆PLC控制箱样机

6.结束语

西门子推出S7-1200系列PLC后，因其CPU模块直接具备网络接口，顺应了工业自动化对信息化、数字化的需求。并在煤矿的小型自动化系统中迅速的占领了市场。

皮带机集控及保护系统还没有在煤矿得到广泛的普及，推广集控系统具备深远的意义。真正实现高产、高效，打造本质安全型矿井。