礦井帶式輸送機PLC 智能控制系統(tǒng)

張晨凱

（晉能集團金辛達煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

1 智能控制系統(tǒng)結構及功能

下位機是煤礦主流遠程控制系統(tǒng)的核心，其主要組成部件由可編程控制器（PLC）、觸摸控制屏、硬件控制裝置等設備組成。在自動化控制過程中的核心組件為PLC，其在控制系統(tǒng)中主要起到以下作用：

1.1 被測量信號的分析和處理

PLC 帶有多種功能塊，其中PLC 的擴展輸入/輸出模塊用于信號的收集與輸出，傳感器通過變送器、信號放大器、A/D 轉換等中間環(huán)節(jié)測得信號傳輸?shù)皆撃K。信號傳入到PLC 的CPU 中按照事先設定的程序進行分析處理。傳入信號與設定信號進行規(guī)則性比較轉換成對應的控制信號，從而對硬件設備進行控制。另一方面，PLC 的儲存器可對收集控制信號值進行存儲，同時也可將控制信號在操作控制屏上進行顯示，便于遠程調(diào)控[1-3]。

1.2 電機啟停自動化控制及事件預警

經(jīng)過PLC 數(shù)據(jù)信號采集分析處理后，依據(jù)用戶所需控制量的設定及程序的編制，PLC 會作出響應，如控制信號或是報警信號。PLC 通過擴展輸出模塊將控制信號輸出到帶式輸送機對其電機的啟停進行控制；同理會將報警信號傳輸?shù)筋A警設備上對不同類型的故障進行相應的預警。通過電燈的閃爍、喇叭的鳴響、屏顯紅色預警等方式報錯，提示人員及時故障處理。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)更加智能化的控制，PLC 可通過其Modbus 通訊功能塊將所需的控制量數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C創(chuàng)建故障信號數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析圖表的打印等?？蓪ΦV井開采進行自能化集中管理，從而提高生產(chǎn)率。

1.3 分站控制系統(tǒng)

PLC 是遠程操作系統(tǒng)的一個核心環(huán)節(jié)，不僅可以作為單獨數(shù)據(jù)處理的控制器，同時也可以作為控制系統(tǒng)通信的分站。它可進行多動作，一是將收集處理數(shù)據(jù)傳輸給上位機進行復雜處理，二是上位也可將控制指令傳輸?shù)絇LC，從而對硬件設備進行遠程操控。在就地控制與地面控制通信不暢時，可將PLC作為分站控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對遠程系統(tǒng)的控制，作為中間調(diào)配員，從而提高了遠程系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不會斷流。系統(tǒng)整體框圖如圖1 所示。

2 S7-200 PLC 智能控制系統(tǒng)功能

2.1 控制功能

基于S7-200 PLC 控制系統(tǒng)的控制功能方便快捷，智能控制系統(tǒng)將輸送方式及控制方式操作選項集成在控制面板中供操作人員選擇。在控制面板中嵌套著操作流程及提示模塊便于人員操作，對設備進行控制。在啟停系統(tǒng)方面，可由多種方式進行控制。由現(xiàn)場情況決定，可通過自動和手動來進行控制。其中自動為集中自動，手動可分為連鎖手動、解鎖手動、現(xiàn)場手動。

2.2 保護功能

除了可滿足帶式輸送機電機多種控制方式外，PLC 智能控制系統(tǒng)還可滿足地面集中控制、程序流程控制及井下集中控制和就地控制的需求。自動控制是通過計算機對系統(tǒng)程序檢測，完成不同信號處理，使得系統(tǒng)能夠在故障條件下對皮帶輸送機進行緊急制動，滿足煤炭安全規(guī)程對皮帶機保護的各項措施。針對皮帶機易出現(xiàn)的打滑、跑偏、滿倉等問題提供了有效的保護。

2.3 顯示功能

該系統(tǒng)可直觀地呈現(xiàn)不同帶式輸送機的運行狀況，在主控界面可以明了看到連鎖流程狀態(tài)。對于輔助設備有有效的監(jiān)控，如可在監(jiān)控畫面看到輔助設備的運行狀態(tài)。在系統(tǒng)狀態(tài)信息功能欄可詳細地看到帶式輸送機的運行、控制、工作等性能參數(shù)。對于帶式輸送機易出現(xiàn)的問題，會在報警顯示框進行預警提示，如出現(xiàn)壓煤、跑偏等問題，預警顯示欄會出現(xiàn)相應的報警樣式，同時會生成報警記錄。

2.4 語音功能

該系統(tǒng)可實現(xiàn)語音系統(tǒng)報警提示，當故障預警出現(xiàn)時，會通過預警信號轉換成語音在地面主控室播放。同時開車前也有相應的預警提示。

2.5 通訊功能

利用攝像頭對現(xiàn)場設備狀況進行圖像采集，將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊厥?，及時直觀地協(xié)調(diào)皮帶輸送機的控制狀態(tài)[4-6]。

3 系統(tǒng)控制

原煤從漏斗經(jīng)過兩臺帶式輸送機相互協(xié)調(diào)配合運煤，分別為皮帶機2（PD-2）與皮帶機1（PD-1）。由電磁閥YV 控制料斗向皮帶2 供料，皮帶1 由電動機1（M1）控制，皮帶2 由電動機2（M2）控制，如圖2所示。

圖2 輸送示意圖

3.1 控制要求

第一，在啟動階段，通過間歇性間隔順序且與原煤流動反向啟動來預防前一階段原煤的堆積。

啟動順序：PD-1→（時隔7S）→PD-2→（時隔7S）→YV。

第二，在停止階段，按照與原煤流動方向一致的間歇性間隔順序停止，會將皮帶上的殘留煤落下。

停止順序：YV→（間隔12S）→PD-2 →間隔12S→PD-1。

緊急停止：在緊急制動時，皮帶機1（PD-1），皮帶機2（PD-2），電磁閥YV 會全部同時停止。

故障停止：在工作時，若M1 發(fā)生過載，應使皮帶機1（PD-1），皮帶機2（PD-2），電磁閥YV 同時停止。若M2 發(fā)生過載，應使皮帶機2（PD-2），電磁閥YV 同時停止；皮帶機1（PD-1）在皮帶機2（PD-2）停止后延時10 s 后停止。

表1 I/O 地址分配

3.2 控制程序的設計

控制程序如圖3 所示，其中：T37 為PD-2 的接通延時定時器，38 為YV 接通延時定時器；T101 為PD-2 斷開延時定時器，T101 為PD-1 斷開延時定時器。

圖3 程序邏輯圖

3.3 通信程序的設計

第一，可利用STEP7-Micro/Win32 編程軟件對S7-200 系列PLC 進行編程控制，應用環(huán)境為WINDOWS。

該軟件編譯環(huán)境完善，可支持用戶離線編程及調(diào)試，也是系統(tǒng)應用最基本條件。

第二，利用STEP7-MICRO/WIN32 的軟件設置，將PLC 與上位機實現(xiàn)交互。具體調(diào)試為在CPU 上電前，將CPU 前端蓋的模式置為STOP。

第三，窗口右側顯示編程用個人計算機將通過PC/PPI 電纜嘗試與CPU 通信（見下頁圖4），并且本地編程計算機的網(wǎng)絡地址是0。打開PC/PPI Cable（PPI）屬性窗口，對系統(tǒng)塊內(nèi)的PORT 通訊口進行設置[7-9]。

圖4 程序調(diào)試圖

4 結語

鑒于我國煤炭能源生產(chǎn)性質(zhì)，采用工控機和PLC 相結合的智能開采運輸系統(tǒng)。與傳統(tǒng)運輸系統(tǒng)控制相比，該系統(tǒng)能夠有效地控制帶式輸送機的工作，能夠?qū)捷斔蜋C的運行狀態(tài)進行集控、管理。可滿足帶式輸送機的自動化開停，能夠起到高效保護作用。大大降低了成本，增加了生產(chǎn)效率。對于實際生產(chǎn)應用有深遠意義。