基于 PLC 控制的电铲推压皮带防滑报警装置
摘要：针对电铲推压皮带经常松动打滑的问题，在控制轴上安装旋转编码器，应用 PLC 技术设计出一种皮带打滑控制装置。该控制系统选用 FX2N-48MR 系列 PLC 作为控制器，软硬件配合使用，解决了皮带打滑的问题。
关键词：皮带打滑；旋转编码器；PLC；控制
中图分类号：TM571.61 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）10-0061-02.
0 引言
内蒙古自治区煤炭资源丰富，煤炭已探明储量超过 8000亿吨。2012 年，煤炭产量已达 10.6 亿吨，居全国首位。其中开采的大部分煤田地质构造简单，厚度大，埋藏浅，煤层稳定，易于露天开采，而且煤种质量优良，成本低，种类齐全。在全国开采的 5 大露天煤矿中，内蒙古境内有 4 个，即霍林河、伊敏河、元宝山和准格尔。目前露天矿开采的主要采掘设备是电铲，由太原重型机械厂生产的 WK-35 电铲是应用于比较广泛和较为成熟的设备。其中电铲的推压机构采用皮带将推压电动机的动力传至推压减速装置输入轴进行传动，而推压皮带经常因为松动或司机违规操作导致推压皮带打滑严重过热，进而导致推压皮带断裂，造成电铲无法运转，影响电铲的出动率。
1 PLC 装置
PLC 由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口、外部设备编程器和电源模块组成。PLC 内部通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接各组成单元，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置。 目前，世界上一些著名电器生产厂家几乎都在生产 PLC，产品功能日趋完善。为了进一步扩大在工业自动化领域的应用范围，适应大、中、小型企业的不同需要，PLC 产品大致向两个方向发展:小型 PLC 向体积缩小、功能增强、速度加快、价格低廉的方向发展，使之能更广泛地取代继电器控制、更便于实现机电一体化；大中型PLC 向高可靠性、高速度、多功能、网络化的方向发展，将PLC系统的控制和信息管理功能融为一体，使之能对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。
由于电铲推压皮带经常出现松动打滑的问题，给生产带来不便，而电铲的推升进度需要驾驶员凭经验来判断，有时会判断失误，报警性能非常落后。采用三菱 FX2N 24 输入/24 输出 24VDC 系列 PLC 进行控制，防止皮带因打滑而断裂。
FX 2N-48MR-001 是日本三菱公司 FX 系列的可编程控制器，功能最强、速度最高，具有扩展功能，实现高速计数、A/ D、D/A 等多种特殊控制功能。有功能很强的数学指令集、内置式 24V直流电源 、快速断开端子块时钟功能和小时表功能、持续扫描功能、输入滤波器调节功能、注解记录功能、远程维护及密码保护功能。通过通信扩展板或特殊适配器可实现多种通信和数据链接。
2 旋转编码器
旋转编码器是用来测量转速并配合 PWM 技术可以实现快速调速的装置，光电式旋转编码器分为单路输出和双路输出两种，通过光电转换，将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量形式输出。其技术参数有每转几十个到几千个都有的脉冲数和供电电压等。单路输出时旋转编码器有一组脉冲输出，双路输出时旋转编码器有两组相位差为 90 度的A/B脉冲输出，这两组脉冲共同作用测量转速，还可以判断旋转方向。
旋转编码器有光电码盘，码盘上有环形通道和明暗刻线，编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的稍差，塑料码盘比较经济型实惠，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。旋转编码器能获得四组正弦波信号组合成 A、B、C、D，可以由光电发射和接收器件来读取，每个正弦波相差 90 度相位差（相对于一个周波为 360 度），将 C、D 信号反向，叠加在 A、B 两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个 Z 相脉冲以代表零位参考位。 由于A、B两相有 90 度相位差，编码器的正转与反转就可以通过比较 A 相在前还是 B 相在前来进行差别，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。
3 结语
对于电铲的控制研究，国内外专家学者进行了广泛的研究和探索，主要集中在电铲自动推压限位控制、电气室温度控制、电铲变频调速控制和电铲动态称重控制等。针对电铲推压皮带防滑报警控制研究相对较少。
皮带运输机的断带、划伤、横撕、打滑、过载、联轴器断开等多种皮带机运行异常状态均可由检测皮带速度、电机转矩等信号特征量来解决，因此，皮带速度、电机转矩成为皮带运输系统状态检测的重要信号特征量，成为皮带安全顺利传输的首要问题。监测皮带运输机的断带、划伤、横撕、打滑、过载、联轴器断开等多种异常运行状态，首先进行检测皮带运输机的皮带速度和机转矩，然后将检测到的皮带速度、电机转矩信号量进行处理和分析，最后确定控制方案进行方案设计和现 场调试试验。
参考文献：
[1] 范哲超.基于 Linux 系统的 PCI 设备 DMA 驱动开发[J]信息通信,2014（136）：117-118.
[2] 李爱峰.WK-35 矿用挖掘机铲斗结构特性分析研究[J].煤矿机械,2012（33）：107-109.
[3] 王新中.国内外矿用挖掘机发展状况[J].矿山机械,2004(9):52-54[4] 黄素群.光电旋转编码器在自动化生产线的应用[J].现代显示,2006(69):63-66.
基金项目：内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目（NJZC14392）。
作者简介：殷晓飞（1983-），男，内蒙古乌海人，讲师，硕士，主要研究方向为机械设计、车辆工程。
