基于PLC的輸煤系統(tǒng)設(shè)計探討

雷振偉

(鄭州煤炭工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450042)

1 PLC的概念及發(fā)展

PLC是一專門為在工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。其運用儲存器執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計數(shù)、計時等操作指令。并通過數(shù)字或模擬輸入輸出來對各類機械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。早期的PLC稱為可編程邏輯控制器，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，采用微型計算機技術(shù)的控制裝置功能已大大超過了邏輯控制，從而如今的裝置稱為可編程控制器，簡稱PC，為了與個人電腦區(qū)分，所以仍然把它叫做PLC。

2 控制對象分析

某系統(tǒng)共有12條皮帶組成，一共2個煤場，用來儲存來煤。系統(tǒng)設(shè)計首先要對來煤進(jìn)行卸煤控制，斗輪機的堆煤和取煤通常由其自己的PC控制按照控制順序和連鎖關(guān)系進(jìn)行控制。煤從煤場、碼頭或者火車站通過皮帶運輸機送往轉(zhuǎn)運站，然后再由轉(zhuǎn)運站皮帶給煤機的不同運行方式和擋板的不同位置將煤運送到下一條皮帶運輸機，再經(jīng)過碎煤房，最終將煤送到燃料倉庫。這個過程控制主要通過選擇輸煤順序，在相對應(yīng)的連鎖條件下，實現(xiàn)皮帶運輸機的啟動、停止和保護(hù)(皮帶運輸機的保護(hù)有：撕帶保護(hù)、速度保護(hù)、跑偏保護(hù)、超載保護(hù)等)，自動確定皮帶給煤機的運行方向和擋板位置，并對設(shè)備的運行情況進(jìn)行監(jiān)視，發(fā)送報警信號。燃料倉庫是否需要加煤由煤倉的煤位決定，當(dāng)煤倉出現(xiàn)低煤位時，因及時加煤;當(dāng)煤倉出現(xiàn)高煤位時，應(yīng)停止加煤，換其他煤倉加煤。燃料倉庫加煤由皮帶上的犁煤器來實現(xiàn)，它屬于輸煤控制的一部分，但必須參與系統(tǒng)的連鎖運行。皮帶能否正常運行需要傳感器來檢測，需要對皮帶進(jìn)行各種必要的保護(hù)，遇故障能及時報警處理。

3 系統(tǒng)設(shè)計概要

3.1 皮帶機設(shè)計

本設(shè)計由于皮帶機較多，系統(tǒng)工作可選情況也較多。對皮帶機需要設(shè)計的內(nèi)容是互為備用的12條皮帶機運煤系統(tǒng)。對皮帶機啟動、停車的順序設(shè)計。需要對其進(jìn)行PLC編程，上位機監(jiān)控皮帶的運行情況。

3.2 傳感器設(shè)計

為了使輸煤系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠的運行，避免在運作工程中無法及時發(fā)現(xiàn)故障。所以必須有大量的傳感器對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行檢測，并將檢測信號及時傳輸給PLC，以便于及時排除故障。

3.3 擋板設(shè)計

一條皮帶機出現(xiàn)故障需要啟用備用皮帶時，這時就需要將煤流切換到備用皮帶進(jìn)行運輸，這就需要由擋板來切換煤流運送方向。同時煤流需要完成正反轉(zhuǎn)。

4 硬件設(shè)計

4.1 速度保護(hù)

(1)選型：GSH5。

(2)接線端口：數(shù)字量接口DI。

(3)工作原理：GSH5型速度傳感器為礦用本質(zhì)安全型，適用于煤礦井下有煤塵、瓦斯爆炸性氣體環(huán)境，作為皮帶機速度檢測、低速打滑、斷帶保護(hù)裝置。將磁鋼固定到從動面，將傳感器固定在機架上，感應(yīng)端靠近磁鋼。皮帶電機正常運轉(zhuǎn)后，按下標(biāo)定按鈕即可。當(dāng)傳感器靠近磁鋼時，傳感器接收到來自磁鋼的的頻率信號，傳感器根據(jù)額定值進(jìn)行對比，正常時輸出高電平，當(dāng)不符合額定值時輸出低電平，并有脈沖信號輸出，從而進(jìn)行報警保護(hù)。

(4)主要技術(shù)參數(shù)

額定電壓：12VDC;工作電流：≤80mA;基本誤差：±2.5%;線性誤差：±2.5%;重復(fù)性：1.5%;回程誤差：2.5%;測量范圍：0～4r/s;環(huán)境溫度：0～40℃;相對濕度：≤98%;線制：二線制;相應(yīng)時間：不大于1秒;輸出狀態(tài)的電流信號：恒流信號5mA/1mA。

4.2 跑偏保護(hù)

(1)選型：GEJ(A)。

(2)接線端口：數(shù)字量接口DI。

(3)工作原理：GEJ(A)型跑偏傳感器適用于煤礦井下含有爆炸性氣體的環(huán)境以及露天煤礦、選煤廠等工作場所，作為礦用帶式傳送機保護(hù)裝置的跑偏保護(hù)信號檢測用。跑偏傳感器分別安裝于皮帶機頭部與機尾部兩側(cè)的機架上。傳感器軸輥在正常狀態(tài)下，軸輥與皮帶邊緣線垂直，兩者間距離大約為5cm。當(dāng)皮帶發(fā)生跑偏時，當(dāng)軸輥擺動角≥25°時，第一級微動開關(guān)動作，發(fā)出預(yù)警信號，當(dāng)軸輥擺動角≥35°時，第二級微動開關(guān)動作，切斷皮帶機控制回路停機或控制站發(fā)出跑偏故障信號。當(dāng)故障排除后，跑偏傳感器軸輥又恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。

(4)主要技術(shù)參數(shù)

工作電壓：24VDC;工作電流：0.5A;觸點動作時軸輥擺動角度：一級25°二級35°;探桿動作力：20N～100N;接點接探電阻≤0.1Ω，振動、沖擊后≤0.2Ω。

4.3 撕帶保護(hù)

(1)選型：GVD1200。

(2)接線端口：數(shù)字量接口DI。

(3)工作原理：將撕裂傳感器兩根引出線接入主機，正常時，傳感器處于斷開狀態(tài)，輸出高電平。當(dāng)皮帶撕裂，有煤約1200g落入傳感器上時，導(dǎo)點橡膠使兩根引線短路，輸出低電平，撕裂指示燈亮，主機執(zhí)行繼電器釋放，實現(xiàn)撕裂保護(hù)，同時發(fā)出報警信號。

(4)主要技術(shù)參數(shù)

接點容量：12V/0.2A;接點接觸電阻≤0.1Ω，沖擊振動后≤0.2Ω;動作值：傳感器其上100CM2處落入1200g物料時，傳感器輸出低電平;動作允許誤差：±10%;接通電阻＜0.2Ω;輸出信號：開關(guān)量。

4.4 堆煤保護(hù)

(1)型號：KGU-1。

(2)接線端口：數(shù)字量接口DI。

(3)工作原理：傳感器正常時，煤位傳感器輸出高電平，當(dāng)煤位增高推動傳感器15～60°或者兩電極同時碰觸到煤時，延時3秒，皮帶機停機，指示燈亮，同時發(fā)出報警。

4.5 煤位保護(hù)

(1)型號：NYTD803。

(2)接線端口：模擬量接口AI。

(3)工作原理：通過天線系統(tǒng)發(fā)射并接收能量很低的極短的微波脈沖。雷達(dá)波運行時通過電子部件被轉(zhuǎn)換為物位信號，可確保極短的時間內(nèi)穩(wěn)定和測量的精確。即使工作情況比較復(fù)雜，存在虛假回波，也可以用最新的軟件技術(shù)準(zhǔn)確的分析出物位回波。天線接收反射的脈沖并傳輸給電子線路，微處理器對其處理，識別脈沖在物料表面形成的回波。離物料表面的距離D與脈沖的時間T成正比：D=C×T/2其中C為光速，因罐的高度E已知，則物位L=E-D。

5 監(jiān)控設(shè)計

5.1 概述

力控是由北京三維力控科技有限公司研發(fā)的一款組態(tài)軟件，是國產(chǎn)監(jiān)控組態(tài)軟件唯一的擁有完整的冗余與熱備體系統(tǒng)設(shè)計，完整的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。支持設(shè)備冗余、多客戶端冗余、多網(wǎng)絡(luò)冗余。人機界面與數(shù)據(jù)處理分離，內(nèi)設(shè)獨立實時歷史數(shù)據(jù)庫。力控特點：開發(fā)環(huán)境方便靈活，內(nèi)部提供各種模板，可嵌入各種格式的圖片，畫面制作方便，降低開發(fā)的工作量。強大的分布式報警功能，事件處理功能，恢復(fù)功能。支持多個圖層，可以通過腳本進(jìn)行圖層的顯示和隱藏。強大的ACTIVEX控件對象容器，增加了可通過腳本對對象將進(jìn)行直接操作的功能，通過腳本對對象進(jìn)行方法和屬性進(jìn)行調(diào)用。靈活的報表設(shè)計工具，含有豐富的操作函數(shù)集、支持復(fù)雜的腳本控制、提供報表設(shè)計器。

5.2 系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)控軟件實現(xiàn)：(1)皮帶機靜態(tài)動態(tài)畫面生成，包括煤倉煤位趨勢、歷史趨勢、各皮帶運行狀態(tài)等。(2)故障顯示、報警，顯示故障發(fā)生的時間、位置等。(3)報表生成、歷史記錄。

監(jiān)控畫面設(shè)計：監(jiān)控畫面包括輸煤工藝流程界面、報警界面、煤位趨勢界面、歷史報表界面、煤位報警界面等。監(jiān)控人員能從監(jiān)控畫面上看到輸煤系統(tǒng)的運行狀況，能及時發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，從而確保系統(tǒng)的正常運行。工作人員能在上位機上用鼠標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的操作，可以對系統(tǒng)的啟停以及對輸煤線路進(jìn)行選擇。

輸煤系統(tǒng)中保護(hù)是一個非常重要的環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)中傳感器的應(yīng)用起到了很大的作用，傳感器能及時檢測系統(tǒng)運行中發(fā)生的故障，并進(jìn)行報警處理。故障的及時發(fā)現(xiàn)和處理對煤礦的經(jīng)濟(jì)效益和正常工作都有著密不可分的關(guān)系。當(dāng)檢測到故障或者煤位問題發(fā)出報警時，不僅僅報警界面指示燈亮，與此同時在報警記錄界面還會記錄報警發(fā)生的時間、類型等，以便于之后的查看。

6 結(jié)語

煤礦輸煤系統(tǒng)的安全可靠運行不僅僅影響了煤礦的效益，還有工人的生命安全，這也是輸煤系統(tǒng)研究和開發(fā)的一個需要不斷提高和完善的重點。本設(shè)計在比較國內(nèi)外煤礦輸煤系統(tǒng)在控制技術(shù)的差距上，對輸煤系統(tǒng)控制進(jìn)行了研究和設(shè)計，確保了系統(tǒng)安全可靠的運行。本設(shè)計注重器件的選擇，系統(tǒng)的整體概念，以實現(xiàn)逆煤流啟動，順煤流停車的功能。利用各種傳感器對系統(tǒng)進(jìn)行檢測，及時發(fā)現(xiàn)故障并實施報警以及處理。在監(jiān)控系統(tǒng)上采用力控軟件進(jìn)行設(shè)計，對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測記錄。為了確保系統(tǒng)的可靠運行，采用皮帶機互為備用的設(shè)計方案，當(dāng)一條皮帶出現(xiàn)故障時，可及時切換到想也備用皮帶機進(jìn)行工作。該設(shè)計是對煤礦輸煤系統(tǒng)的研究和分析，對系統(tǒng)的設(shè)計提出了合理的設(shè)計方案，實現(xiàn)了輸煤系統(tǒng)的有效監(jiān)控，提高了輸煤系統(tǒng)的自動化程度，最后使系統(tǒng)正常、安全、可靠的運行，對系統(tǒng)的操作簡單，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會利益。

[1]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007

[2]胡健.西門子 S7-300PLC應(yīng)用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007

[3]柴瑞娟.西門子PLC編程技術(shù)及工程應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007