千萬噸級露天煤礦開采成套設(shè)備自動化控制系統(tǒng)

（北方重工電控液壓設(shè)備分公司，遼寧 沈陽 110141）

1 控制系統(tǒng)簡介

千萬噸級露天煤礦開采成套設(shè)備自動化智能控制系統(tǒng)采用SIEMENS 公司S7-400 系列可編程控制器，以及分布式I/O 從站組成的PLC控制系統(tǒng)。并通過工業(yè)以太網(wǎng)與本機組的HMI、與上位機通訊，完成機組各設(shè)備的速度給定、邏輯控制、工作狀態(tài)的監(jiān)測和報警等控制功能。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

第一層：現(xiàn)場的所有控制信號通過ET200M 采集到控制系統(tǒng)里。對每個信號和檢測元件進行編址，每個元件的地址是唯一的，采用ET200M 遠程分布式I/O 替代原有的中央擴展I/O，這樣可以將I/O 模塊放在靠近設(shè)備的現(xiàn)場，減短現(xiàn)場連線，減少故障點，降低成本，各遠程分布式I/O站通過通訊電纜完成現(xiàn)場與主PLC之間的數(shù)據(jù)交換，既提高數(shù)據(jù)通訊的速度、減少數(shù)據(jù)錯碼,而且方便設(shè)備的調(diào)試。

第二層：各ET200M 通過PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)與PLC進行通訊，將已具有唯一地址的信號送到PLC控制系統(tǒng)里，進行程序編寫、邏輯控制，再通過工業(yè)以太網(wǎng)，將各設(shè)備的PLC接入整個控制系統(tǒng)中，本層主要完成機組工藝流程中提出的各個設(shè)備的控制工作；完成各設(shè)備間的連鎖保護；完成各主控系統(tǒng)的信息集成和相互間的數(shù)據(jù)交換。PLC控制系統(tǒng)配置清單如表1 所示:

第三層：構(gòu)建大型露天裝備的遠程服務平臺,將現(xiàn)場的PLC控制系統(tǒng)連接到INTERNET 網(wǎng)絡(luò)上,實現(xiàn)系統(tǒng)關(guān)鍵狀態(tài)的3G 網(wǎng)絡(luò)無線實時傳輸與更新，在遠程監(jiān)控指揮中心和裝備制造基地均可實現(xiàn)大型露天裝備的狀態(tài)監(jiān)控。并實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、記錄、無線信息傳輸系統(tǒng)的軟硬件防拆與加密功能，提高設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)記錄與傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?。同時，建立遠程專家系統(tǒng)和故障診斷體系等技術(shù)支持平臺，該平臺能為順序、傳動、運動、過程以及安全控制提供一個集成的控制架構(gòu)，并且還能提供通用的控制引擎、軟件編程環(huán)境，以及跨多個硬件平臺的通訊支持,實現(xiàn)先進控制、智能診斷、遠程服務等各種功能。

3 控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

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千萬噸級露天煤礦開采成套裝備的智能對接功能，采用定位檢測技術(shù),以及先進交流變頻調(diào)速傳動技術(shù)，調(diào)速設(shè)備采用SIEMENS 公司的S120 系列多傳動式交流變頻調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動。該系列交流變頻調(diào)速裝置為全數(shù)字控制方式，再加上數(shù)字式速度閉環(huán)控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)有較高的控制精度。多傳動式傳動系統(tǒng)中的整流回饋裝置，在設(shè)備制動時，可將能量可回饋電網(wǎng)，各交流變頻調(diào)速裝置均設(shè)有通訊模板，通過Profilbus-DP 工業(yè)現(xiàn)場總線與PLC控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。從而實現(xiàn)多臺大型裝備復雜工況下機群集成控制、快速準確自動對接控制。

自移式破碎站在實際作業(yè)中，由于不同采幅煤層特性不同、爆破工藝參數(shù)的差異，使得各采幅的粒度級配差異較大。根據(jù)研究物料參數(shù)感知、機械設(shè)備受力強度等重要參數(shù)的測量及感知方法，并針對物料輸送和破碎歷史數(shù)據(jù)進行學習和挖掘,可以根據(jù)破碎機負荷及運行狀態(tài)實時監(jiān)測物料特性，通過自動化控制系統(tǒng)·調(diào)節(jié)喂料速度，既做到功率消耗最小，又能有效防止大塊卡料造成停機故障,實現(xiàn)智能破碎。

裝備具有位姿感知及智能預警功能。通過配置水平、豎直位置傳感器，信號處理器、風速測量儀、實時監(jiān)測自移式破碎站行走姿態(tài)、并根據(jù)監(jiān)測信息及時實施速度調(diào)整、危險姿態(tài)報警、高危姿態(tài)停車以保證設(shè)備安全可靠運行。

4 應用體會

4.1 S7-400 系列PLC具有超強的實時處理能力，數(shù)據(jù)交換速度快，存儲能力強。非常適用于過程控制行業(yè)中需要處理大量數(shù)據(jù)的任務。采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，無需估計插槽規(guī)則，無論是集中式組態(tài)還是分布式組態(tài)，都有種類眾多的模塊可供使用。

4.2 一個大型自動化項目中常常包括若干個控制相對獨立的從站，各個從站之間通常需要傳遞一些連鎖信號，這些都需要通過PLC的通訊功能實現(xiàn)，通信功能在大型項目中尤為重要。本機組采用了Industrial Ethernet 和Profibus DP 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信，從而實現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)對現(xiàn)場設(shè)備的控制，提高生產(chǎn)效率。

[1]西門子公司.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南[S].

[2]西門子公司.SIMATIC S7-400.