給煤機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韓學(xué)淵

（西山煤電官地礦選煤廠，太原 030022）

0 引言

給煤機(jī)是選煤廠自動(dòng)裝車系統(tǒng)中的關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備，其主要作用是根據(jù)緩沖倉(cāng)煤量需求，控制煤料煤量，由皮帶運(yùn)輸機(jī)將煤料運(yùn)輸至緩沖倉(cāng)。在裝車系統(tǒng)工作時(shí)，給煤機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)必須精確定量、精準(zhǔn)控制、保護(hù)功能完善，以確保自動(dòng)定量裝車系統(tǒng)安全、連續(xù)、穩(wěn)定地運(yùn)行[1-2]。國(guó)內(nèi)大部分選煤廠自動(dòng)定量裝車系統(tǒng)中的給煤機(jī)采用繼電器或單片機(jī)控制，稱重方式為傳統(tǒng)的電子稱重，該套方案在選煤廠惡劣的工作環(huán)境下稱重精確度、控制實(shí)時(shí)性都較差，而且故障率較高，嚴(yán)重影響自動(dòng)定量裝車系統(tǒng)的裝車速度和精度[3-4]。為解決上述問(wèn)題，將PLC控制技術(shù)和變頻技術(shù)引入給煤機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高給煤機(jī)的自動(dòng)化、智能化水平。

1 系統(tǒng)組成

給煤機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)組成如圖1所示，核心為PLC控制器、擴(kuò)展的DI模塊、DO模塊以及AI模塊。DI信號(hào)主要有控制給煤機(jī)的啟停信號(hào)和閘門信號(hào)；DO信號(hào)主要為給煤機(jī)啟動(dòng)輸出信號(hào)和停止輸出信號(hào)；AI信號(hào)主要為稱重傳感器信號(hào)，用于實(shí)時(shí)對(duì)帶式輸送機(jī)上的煤料進(jìn)行稱重，作為控制給煤機(jī)給煤量的參考值；料位傳感器信號(hào)為給煤倉(cāng)內(nèi)煤料的料位信息；煙霧傳感器信號(hào)為帶式輸送機(jī)皮帶故障監(jiān)測(cè)信號(hào)。上述3個(gè)傳感器信號(hào)參與給煤機(jī)自動(dòng)控制過(guò)程，給煤量需參考稱重傳感器以及料位傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)值，當(dāng)煙霧傳感器信號(hào)被觸發(fā)后，表明帶式輸送機(jī)皮帶過(guò)熱，需進(jìn)行故障報(bào)警處理過(guò)程。PLC控制器將給煤機(jī)的工作狀態(tài)、參數(shù)信息、故障信息以通信方式發(fā)送給監(jiān)控平臺(tái)，方便技術(shù)人員及時(shí)掌握給煤機(jī)的運(yùn)行信息。當(dāng)給煤機(jī)需要調(diào)速時(shí)，由PLC控制器計(jì)算調(diào)速目標(biāo)值，控制變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速過(guò)程。

圖1 給煤機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)組成

2 硬件選型

PLC主站控制器與PLC分站控制器都選用倍福的CX8050，該P(yáng)LC支持多種通信模式，如支持TCP/IP、CAN、CanOpen、Modbus TCP、Modbus RTU等。該P(yáng)LC支持?jǐn)?shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出擴(kuò)展，支持各通信模式擴(kuò)展。溫度傳感器的工作流程如圖2所示，被測(cè)介質(zhì)的溫度T作用在溫度傳感器的感應(yīng)部件PT100上，其輸出電阻值與施加溫度成正比。溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖2 溫度傳感器工作流程

表1 溫度傳感器主要技術(shù)參數(shù)

稱重傳感器采用CYB-606S型稱重測(cè)力模塊，該模塊將稱重傳感器、負(fù)荷傳遞裝置和安裝連接件等部件組合在一起，可以非常方便的與給煤機(jī)相連。該稱重傳感器采用懸臂梁式結(jié)構(gòu)，稱量精度達(dá)到0.1%[5-6]。該傳感器結(jié)構(gòu)獨(dú)特，可方便的安裝在定量倉(cāng)，3種頂板結(jié)構(gòu)（固定式、浮動(dòng)式和半浮動(dòng)式）可以消除定量倉(cāng)因熱脹冷縮帶來(lái)的稱量誤差。該傳感器安裝簡(jiǎn)單、快速、維護(hù)方便，節(jié)約停機(jī)維護(hù)時(shí)間。

變頻器采用Pempek公司的W4變頻器，該變頻器的控制方法有V/Hz頻率控制以及閉合回路矢量控制，保護(hù)措施有電源低電壓保護(hù)、電源失相保護(hù)、電源過(guò)電流保護(hù)、電源短路保護(hù)、直流母線過(guò)電壓保護(hù)、負(fù)載短路保護(hù)、負(fù)載過(guò)電流保護(hù)、負(fù)載過(guò)速保護(hù)、功率元件溫度過(guò)高保護(hù)等。該變頻器支持CAN總線2.0B通信協(xié)議。

3 軟件設(shè)計(jì)

給煤機(jī)控制系統(tǒng)流程如圖3所示，工作模式分為遠(yuǎn)程控制、就地控制以及停機(jī)。給煤機(jī)控制系統(tǒng)完成初始化過(guò)程后，進(jìn)行工作模式選擇，進(jìn)入不同的自動(dòng)控制流程。工作模式為遠(yuǎn)程控制時(shí)，進(jìn)行原煤流量的PID調(diào)節(jié)過(guò)程；工作模式為就地控制時(shí)，進(jìn)入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的PID調(diào)節(jié)過(guò)程；工作模式為停機(jī)時(shí)，進(jìn)入校驗(yàn)過(guò)程。

給煤機(jī)控制系統(tǒng)工作流程如圖4所示，系統(tǒng)啟動(dòng)并完成初始化過(guò)程后，準(zhǔn)備啟動(dòng)給煤機(jī)。如果給煤機(jī)設(shè)備正常，則啟動(dòng)給煤機(jī)；如果設(shè)備不正常，則報(bào)警并進(jìn)行故障提示。給煤機(jī)啟動(dòng)并平穩(wěn)運(yùn)行后，測(cè)量給煤機(jī)運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)。如果需要調(diào)速，則根據(jù)緩沖倉(cāng)倉(cāng)位以及皮帶運(yùn)輸機(jī)承重進(jìn)行速度計(jì)算。計(jì)算出調(diào)速目標(biāo)值后，由PLC控制器控制變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速，將速度調(diào)整至目標(biāo)值；如果不需要調(diào)速，則給煤機(jī)按照預(yù)定速度平穩(wěn)運(yùn)行。

圖3 給煤機(jī)控制系統(tǒng)流程

圖4 給煤機(jī)工作流程

給煤機(jī)與帶式輸送機(jī)之間存在閉鎖關(guān)系：?jiǎn)?dòng)時(shí)，必須先啟動(dòng)帶式輸送機(jī)，然后再啟動(dòng)給煤機(jī)，防止先啟動(dòng)給煤機(jī)后，帶式輸送機(jī)沒(méi)有啟動(dòng)，導(dǎo)致運(yùn)輸至帶式輸送機(jī)的煤料外漏；停止時(shí)，必須先停止給煤機(jī)然后間隔一定時(shí)間后再停止帶式輸送機(jī)，防止先停止帶式輸送機(jī)，給煤機(jī)繼續(xù)卸煤，導(dǎo)致運(yùn)輸至帶式輸送機(jī)的煤料外漏。給煤機(jī)與帶式輸送機(jī)的閉鎖關(guān)系如圖5所示。

圖5 給煤機(jī)與帶式輸送機(jī)互鎖設(shè)計(jì)流程

緩沖倉(cāng)與給煤機(jī)之間存在閉鎖關(guān)系：緩沖倉(cāng)的料位指示達(dá)到最高位時(shí)，為防止緩沖倉(cāng)溢煤，必須給給煤機(jī)停機(jī)信號(hào)，停止給煤機(jī)運(yùn)行。給煤機(jī)檢測(cè)到緩沖倉(cāng)的料位指示達(dá)到最高位時(shí)，不能啟動(dòng)。

4 使用效果

將所設(shè)計(jì)的給煤機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用與某選煤廠自動(dòng)定量裝車系統(tǒng)中，皮帶運(yùn)輸維護(hù)人員減少為原來(lái)的30%，膠帶的使用效率提高了20%，使用壽命延長(zhǎng)。給煤機(jī)與緩沖倉(cāng)的閉鎖運(yùn)行的穩(wěn)定性得到增強(qiáng)，故障率大大降低，提高了自動(dòng)定量裝車系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。給煤機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究和使用，為選煤廠自動(dòng)化、智能化進(jìn)程有積極的意義，為選煤廠裝車系統(tǒng)少人化、無(wú)人化的目標(biāo)邁進(jìn)一大步。

5 結(jié)束語(yǔ)

給煤機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)是選煤廠自動(dòng)定量裝車系統(tǒng)中的關(guān)鍵一環(huán)，其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響裝車系統(tǒng)的裝車速度和裝車質(zhì)量。采用PLC控制技術(shù)以及變頻技術(shù)后，能夠保證給煤機(jī)原料控制的實(shí)時(shí)性，并根據(jù)緩沖倉(cāng)料位指示及時(shí)對(duì)給煤機(jī)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以免發(fā)生溢倉(cāng)等問(wèn)題。本文所設(shè)計(jì)的給煤機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)控制系統(tǒng)整體性能可靠、運(yùn)行穩(wěn)定，具有推廣價(jià)值。