2.绪论。
某地煤矿热电厂燃料准备系统是由四级输送带组成的大型供热和自备电厂发电燃料输送系统。原系统采用继电器-接触器控制，电气设备体积大，故障率高，维护工作量大，工作效率低。针对四级皮带输送机对自动化控制要求较高的现状，近年来采用可编程控制器(PLC)对其进行技术改造，将其与接触器控制相结合，解决了传统继电器接触器控制中存在的许多问题。可编程控制器是以计算机技术为核心的通用自动化控制设备，已广泛应用于各个领域。该控制系统具有体积小，故障少，编程简单，接线简单，安装维护方便，抗干扰能力强，运行安全可靠等特点。
1.系统功能。
1.1体系构成。
热电厂装机容量13000KVA，装机容量4台大型锅炉，最小75吨，最大165吨，燃煤量大，输送带长，输送控制级多，输送控制保护锁多。
热电厂供油系统主要由抓斗吊车、给煤机、皮带输送机、皮带鼓风机、除铁器、刮板输送机、筛分机、圆锤破碎机、煤位传感器、锅炉位置开关等组成。
2.控制要求。
热电厂燃料准备系统，是一个大型皮带输送系统，工作任务重，带锅炉多，煤耗高，上燃料经济，可靠，准确，及时，直接关系到整个电厂的供电质量和生产效益，因此，必须保证该系统在运行期间的可靠性。
请传送带输送系统从最后一条传送带上按4,3,2,1顺序启动，加可靠的互锁链。头三条皮带均为气垫皮带运输机，启动前要求先启动各自的鼓风机，吹出皮带，以减少皮带运行时的摩擦，如皮带未启动，则不允许启动，皮带与鼓风机之间应加锁。四号配仓带给锅炉下料，由电动推杆犁式卸料机进行手动和自动卸料控制。
利用流量计传感器，行程开关，控制传送带的工作时间。为提高系统运行的可靠性，在系统正常运行时，采用集中自动控制，在发生故障或特殊情况时，采用人工控制。
各等级皮带上均装有除铁器，因煤中混有铁器、易燃金属等杂物，尤其是雷管，若与煤混合，易引发爆炸等危险事故。引爆管外包有铁皮，可对其进行除铁，防止引爆管等进入锅炉，造成事故，造成不必要的损失。因此除铁器不开机，皮带不允许开机，加上必要的连锁店。
输送带未开动，不允许振动给煤，保证输送带空载启动，如果给煤先开动，输送带将被大流量煤压死，使输送带无法正常启动。类似地，振动给煤机也不能启动，不能启动抓斗起重机向给煤机送煤，否则就会压死给煤机，使其不能重载启动。
振动给煤机两台，正常使用一台，备用一台，相互独立不能同时运行，要求加锁。
全皮带运输机设备运转后，系统正常工作，采用自动下料的工作方式，电动推杆犁式卸料器动作抬起与放下，由锅炉的位置开关控制，自动抬起与放下。当发生故障时，采用手动下料的工作方式，加入一个手动电葫芦，使电动推杆犁式卸料器动作上升和放下。
该系统要求皮带按一、二、三、四的顺序停止，皮带上安装有煤流传感器，要求煤流传感器的准确度较高，当煤流消失时，通过煤流传感器停止。首先停止给煤机，再停止一号皮带，按煤流走完的顺序停止皮带，上一级皮带未走完，下一级皮带不允许停止，不可误动，并加必要的互锁保护。
既要考虑集中控制，又要考虑现场控制，以免现场出现故障，无法停车，还要设置现场故障停车开关。配备故障检测和报警系统，监测皮带运输机的运行状况，当系统的某个部件出现故障时，要有报警信号，传入控制室，运转的设备在集控室有指示灯，工作正常，指示灯亮，出现故障时，指示灯闪烁，电铃响，停止显示。
2.硬件设计。
2.1气垫皮带运输机。
本发明既可脱去通用带式输送机的支撑托辊，又可使用带有气室的盘槽。
因为气垫带式输送机没有滚筒、承载托辊及其阻力，由盘槽上的气孔向盘槽与输送带之间喷气，形成非接触支撑气膜，通过盘槽时不会发生挠曲和摩擦，大大减少了摩擦损失，与槽形托辊输送机相比，摩擦损失较小，摩擦损失较小。其功耗比普通皮带输送机低，且无需更换和维修托辊。盘槽与输送机无接触而损坏胶带的现象，风机维修费用只是槽形托辊维修费用的一小部分，控制设备也比较简单。
2.PLC的选择。
采用PLC进行控制，外设少，占用空间小，是一种很好的集控设备。FX2N系列PLC是三菱可编程控制器，它是一种小型机，具有功能强、控制精度高、运算速度快、控制性能好等特点，能很好地实现集中控制和就地分散控制。
输入信号有启动、停止、煤传感、南北向选择、锅炉位置、自动出料、出料装置、出料装置、选煤装置等20个；输出信号有振动给煤机、皮带鼓风机、皮带除铁器、皮带输送装置、棒筛、破碎机、刮板输送机、出煤装置、出煤装置、故障报警、出煤/停机预报等42个。参考FX2N产品目录和市场实际价格，选择基本件FX2N-48MR(24人/24人出)和扩展件FX2N-48ER(24人/24人出)。这种配置既能降低成本，又能保留足够的余量，是比较经济的选择。
2.3流速传感器。
利用超声波煤流传感器(WAE)可以提供可靠的方法检测煤流在传送带上的传播。在给油系统上安装，当堵塞发生时，传感器提供可靠的报警信号。超声煤流传感器包括两个部分：探头传感器和控制盒。为减小干扰信号，在探头传感器内装有前置放大器，使煤流信号在送至控制部件之前得到增强。控制器包括必要的电子电路，继电器，比较电路，以及显示报警LED状态的指示电路。调节与修正均在控制部分完成。
在输送带流动过程中，煤块与探头及煤块之间的摩擦产生声波。声振幅度由压电元件按比例转换为电信号，放大后传送至控制部分。进一步放大并滤除控制部分信号中与流量无关的干扰。输入信号激发和维持了“煤流”状态。这款超声波煤流传感器为煤流远程监测提供了高可靠性和确实有效的方法。
3.系统软件设计
常用的PLC程序设计语言有梯形程序设计语言(LD)、顺序功能程序设计语言(SFC)和功能块程序设计语言(FBD)，四级皮带输送机控制系统属于典型的程序设计语言，因此主要采用顺序功能程序设计。
序函数图主要采用步进梯形指令的编程方式，为了便于编程，在程序中采用了大量的中间继电器进行程序的存储、转换，同时也使用了大量的内部定时器来完成延迟函数。
3.1启动程序。
第一步是准备工作，将现场集中控制开关关闭，北线开关关闭，给煤机选择开关关闭，要自动卸煤，将自动卸煤开关关闭，做好启动前的准备工作。在完成了准备工作之后，按下了驾驶按钮，皮带运输机在PLC的控制下，按照编写好的程序一步一步的启动。
3.2作业程序。
全部设备启动后，皮带输送机开始正常运煤工作，电推杆式自动卸料装置在锅炉位置开关控制下自动工作。
3.3停止程序。
运行结束后，锅炉注满水，按停止键，然后传送带按程序逐渐停止。最终所有的设备都停下来，等待下一个工作开始。

3.4失败程序。
四级输送带输送机故障回路采用下降沿微分输出指令，在设备正常工作时遇到上升沿失效，当设备停止运行时，将其连接到故障继电器线圈，使其产生故障输出，故障报警，设备停止运行。当正常停车时，由停车预知输出断开，使其失效，使其不误报。
如果运行中发生故障，使某一设备不能正常运行，只要该设备由于故障停止运行，一下降，便会与PLC中的故障继电器接通，故障线圈闭合，将运行电路全部断开，停止运行，发出故障报警声。等待故障解除并恢复正常。
4.结论。
总之，本系统的设计方案不仅选用了成熟可靠的软硬件，而且充分考虑了系统的扩展性，符合控制管理一体化的趋势，为以后控制和管理功能的扩展奠定了良好的基础。该系统投入使用以来，运行状况良好，自动化水平处于国内同行业领先水平，取得了较好的经济效益和社会效益。
其创新之处主要在于改用无辊筒、无托辊的气垫带式输送机，减少摩擦损耗，减少功耗；电气控制采用PLC与接触器相结合，解决了传统继电器接触器控制的许多问题，提高了系统的抗干扰能力，降低了故障率，使运行安全可靠。

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