閆善飛

（河北工程大學(xué) 機(jī)械與裝備工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038）

隨著優(yōu)質(zhì)煤炭資源的開采，許多礦井已臨近枯竭，不少煤礦企業(yè)預(yù)計(jì)開采“三下”資源，而充填采煤技術(shù)正是解決“三下”壓煤的一種重要手段[1-2]。充填物料主要包括充填骨料、膠凝材料以及水，煤礦井下充填技術(shù)主要是指將這幾種物料按比例均勻混合后，通過皮帶運(yùn)輸至采空區(qū)，經(jīng)過推壓密實(shí)以到達(dá)對上覆巖層的支撐作用，其中物料的精準(zhǔn)混合是影響充填質(zhì)量的關(guān)鍵因素。為了控制好配料精度，改善工人作業(yè)環(huán)境，降低勞動強(qiáng)度，提高工作質(zhì)量，確保煤礦井下可持續(xù)作業(yè)生產(chǎn)，因此組建了管理與控制為一體的自動配料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對充填物料的快速準(zhǔn)確配料，這在加強(qiáng)對上覆巖層的控制以及落實(shí)建設(shè)綠色礦山上都發(fā)揮著積極作用。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

煤礦井下充填系統(tǒng)分為配料系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)以及運(yùn)輸系統(tǒng)，是集矸石、膠凝材料以及水的運(yùn)輸、配置、混合攪拌為一體的系統(tǒng)工程。所需要的矸石以及粉料均可通過皮帶分別輸送至不同的儲料倉以備使用。整個配料系統(tǒng)由工控機(jī)、PLC、皮帶秤、攪拌輸送機(jī)、皮帶等部分組成，自動配料控制系統(tǒng)采用上位機(jī)管理、PLC 控制的原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)[3-4]（配料工藝流程如圖1 所示）。

圖1 配料工藝流程圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)[5-6]下位機(jī)選用西門子S7-1200 型PLC，它具有較高的處理速度、較多的I/O 點(diǎn)、適用范圍廣、結(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點(diǎn)。上位機(jī)選用互視達(dá)廠家的工控觸摸一體機(jī)，具有防震、防爆、防燃以及高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，能夠與西門子PLC 之間實(shí)現(xiàn)無縫通訊，具有儲存配方等功能，二者通過PROFINET通訊，控制各個機(jī)械零部件協(xié)同工作，完成任務(wù)（系統(tǒng)總體框架如圖2 所示）。

圖2 系統(tǒng)總體框架

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

組態(tài)王[7]是亞控科技針對自動化市場，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)一體化的產(chǎn)品，旨在為企業(yè)建造一個集生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)分析為一體的平臺，能夠讓企業(yè)實(shí)時地獲取生產(chǎn)信息，針對突發(fā)情況能夠快速作出反應(yīng)以避免對企業(yè)造成更大的損失。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)控，并且以動畫的形式簡潔地呈現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)狀。

3.1 組態(tài)動畫連接

組態(tài)王控制界面主要是通過軟件功能控件和組態(tài)命令語言來實(shí)現(xiàn)動畫連接實(shí)時監(jiān)控的，物料監(jiān)管主要是由功能控件里的流動元件來實(shí)現(xiàn)，利用命令語言來設(shè)置該元件的地址，能夠自主控制設(shè)備在規(guī)定時間內(nèi)運(yùn)行，即完成卸料、攪拌、皮帶機(jī)運(yùn)行等操作，并以圖片和文字狀態(tài)顯示，最終完成物料流動部件的設(shè)置。

3.2 組態(tài)運(yùn)行界面

運(yùn)行界面是對整個系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的描述，包括矸石、膠凝材料下料，攪拌輸送機(jī)排料等。一般情況下，企業(yè)都需要對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)管，利用組態(tài)王和PLC 上下位機(jī)相結(jié)合的模式，可以很好地滿足企業(yè)需求，能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)管。因此對組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)需要包括兩個部分：一是對生產(chǎn)設(shè)備的描述，比如矸石倉、粉料倉、皮帶、攪拌輸送機(jī)以及水泵等；二是對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的監(jiān)管，比如當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時，對應(yīng)的指示燈為綠色，表明正處于工作狀態(tài)。下面針對下料、攪拌過程為例說明組態(tài)運(yùn)行過程。

圖3 為生產(chǎn)監(jiān)控界面，隨著矸石、ABC 三種粉料以及水倉的運(yùn)行，下方指示燈也會發(fā)生轉(zhuǎn)變，綠色表示正在下料，紅色表示停止下料。幾種原料在攪拌輸送機(jī)混合均勻后經(jīng)由皮帶輸送至工作面采空區(qū)進(jìn)行充填。

圖3 生產(chǎn)界面

4 結(jié)語

經(jīng)過對自動配料控制系統(tǒng)的硬件及軟件環(huán)節(jié)的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下充填物料的精準(zhǔn)配比，且在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)了配料監(jiān)控等功能。該系統(tǒng)同時兼顧了功能和成本，既緩解了工作壓力，又能達(dá)到工藝要求，同時還降低了企業(yè)成本。