煤礦皮帶運(yùn)輸控制系統(tǒng)自動化建設(shè)研究

吳清平

[摘? ? 要]在當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展也十分迅速，尤其是煤炭領(lǐng)域，更是在生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量方面實現(xiàn)了顯著提升。在煤炭生產(chǎn)企業(yè)中，煤礦皮帶運(yùn)輸?shù)淖詣踊刂剖翘嵘髽I(yè)生產(chǎn)效率，保障生產(chǎn)質(zhì)量與安全的關(guān)鍵。因此，隨著煤礦生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，皮帶運(yùn)輸控制系統(tǒng)的自動化建設(shè)也開始受到了煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域的高度重視?；诖耍疚囊阅趁旱V的皮帶運(yùn)輸自動化控制系統(tǒng)建設(shè)為例，對煤礦皮帶運(yùn)輸控制系統(tǒng)的自動化建設(shè)進(jìn)行分析。希望通過本次的分析，可以對煤礦運(yùn)輸技術(shù)的提升及其自動化、智能化發(fā)展提供相應(yīng)參考。

[關(guān)鍵詞]煤礦生產(chǎn);皮帶運(yùn)輸;控制系統(tǒng);自動化設(shè)計;自動化控制

[中圖分類號]TH222 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）09–00–03

[Abstract]In today's social and economic development， the development of industrial field is also very rapid， especially in the field of coal， production technology， production efficiency and production quality have been significantly improved. In coal production enterprises， the automation control of coal mine belt transportation is the key to improve the production efficiency and ensure the production quality and safety. Therefore， with the continuous development of coal mine production technology， the automation construction of belt transportation control system has also begun to receive high attention in the field of coal production. Based on this， this paper takes the belt transportation automation control system construction of a coal mine as an example， analyzes the automation construction of the belt transportation control system in coal mine. Hope that through this analysis， it can provide corresponding reference for the improvement of coal mine transportation technology and its automation and intelligent development.

[Keywords]coal mine production; belt transportation; control system; automatic design; automatic control

在煤礦皮帶運(yùn)輸過程中，自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用不僅可以實現(xiàn)運(yùn)輸效率與運(yùn)輸質(zhì)量的顯著提升，讓井下工作人員的勞動強(qiáng)度得到有效降低，并減少井下作業(yè)人數(shù)，為煤礦企業(yè)節(jié)約更多的人力資源成本;同時，通過自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，也可以讓煤礦的皮帶運(yùn)輸實現(xiàn)可靠性與安全性的進(jìn)一步提升[1]。因此，在煤礦的皮帶運(yùn)輸過程中，煤礦企業(yè)一定要加強(qiáng)其自動化控制系統(tǒng)的研究，將先進(jìn)的自動化控制技術(shù)PLC應(yīng)用到自動化控制系統(tǒng)中，對其硬件和軟件進(jìn)行科學(xué)設(shè)計，以此來實現(xiàn)自動化控制技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢的充分發(fā)揮，促進(jìn)煤礦企業(yè)在當(dāng)今時代社會中的良好發(fā)展。

1 工程概況

在某煤礦中，東采區(qū)的皮帶式運(yùn)輸系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對該區(qū)域內(nèi)的煤炭進(jìn)行運(yùn)輸，其運(yùn)輸量的年設(shè)計值是148萬t，皮帶長度和傾角如表1所示。

該皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)每一年的工作天數(shù)約為329d，平均工作時間約為17h/d，總運(yùn)輸能力為500t/h，不平衡系數(shù)為1.2。在具體應(yīng)用中，為有效提升該煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的工作效率，降低故障發(fā)生幾率，該煤礦企業(yè)對其自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計與建設(shè)，在本次所設(shè)計的煤礦皮帶運(yùn)輸自動化控制系統(tǒng)中，主要通過傳感器來進(jìn)行運(yùn)輸監(jiān)測，并借助于PLC來實現(xiàn)運(yùn)輸參數(shù)顯示和調(diào)控，以此來實現(xiàn)對皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的實時監(jiān)控，保障皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的工作效率與工作質(zhì)量，并實現(xiàn)其運(yùn)輸安全性和穩(wěn)定性的進(jìn)一步提升。

2 煤礦皮帶運(yùn)輸自動化控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計分析

2.1 硬件結(jié)構(gòu)組成分析

在本次的煤礦皮帶運(yùn)輸自動化系統(tǒng)設(shè)計中，硬件系統(tǒng)主要將西門子公司所生產(chǎn)的S7-300型PLC用作核心控制單元，以此來實現(xiàn)PLC主站、PLC控制分站、皮帶輸送機(jī)械設(shè)備保護(hù)部分以及通信等各個方面的控制。在具體應(yīng)用中，PLC系統(tǒng)主要功能包括皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中各機(jī)械設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的采集、數(shù)據(jù)信息的傳遞、數(shù)據(jù)交換、參數(shù)顯示以及異常報警等。同時，在該系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，也需要對每一個單元實現(xiàn)啟停功能的準(zhǔn)確控制。另外，該系統(tǒng)也一定要具備多種機(jī)械設(shè)備聯(lián)動、單機(jī)控制以及遠(yuǎn)程控制等功能。在該系統(tǒng)的信息傳遞中，主要借助于以太網(wǎng)接口的形式將相應(yīng)的信息傳遞給指揮中心。

在S7-300型PLC自動化控制系統(tǒng)中，其主要的控制單元有12V/24V電平轉(zhuǎn)換電路以及MAX485型的串行芯片，在該系統(tǒng)的各個節(jié)點中，其閉合電流值是5 mA，開路電壓在200 V以上[2]。

因為皮帶輸送系統(tǒng)主要借助于雙直流電機(jī)來進(jìn)行驅(qū)動，所以在自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計中，主要應(yīng)該對兩個方面的內(nèi)容進(jìn)行控制，第一是電樞調(diào)節(jié)，第二是電磁回路調(diào)節(jié)。在進(jìn)行電樞調(diào)節(jié)的過程中，可借助于兩組晶閘管整流器來實現(xiàn)串聯(lián)供電，并對晶閘管開斷電路進(jìn)行順序控制，以此來實現(xiàn)主電機(jī)壓降啟動的控制，降低電網(wǎng)所受的無功沖擊。在進(jìn)行勵磁調(diào)節(jié)的過程中，可借助于兩組晶閘管整流器來實現(xiàn)并聯(lián)供電，這樣就可以讓主電機(jī)在具體運(yùn)行過程中達(dá)到平緩調(diào)速效果。

2.2 傳感器選型分析

在本次煤礦皮帶運(yùn)輸自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計中，選擇了KHP128-Z型號的裝置作為皮帶運(yùn)輸機(jī)械的保護(hù)裝置。在具體的傳感器選擇過程中，主要對以下幾種傳感器及其性能加以考慮：①速度傳感器。其主要功能是檢測皮帶運(yùn)輸機(jī)械的行進(jìn)速度，如果速度出現(xiàn)異常，該傳感器會立刻通過主控裝置將相應(yīng)的信號發(fā)送給電樞回路或勵磁回路中的晶閘管。②溫度傳感器。其主要功能是保護(hù)皮帶運(yùn)輸機(jī)械的運(yùn)行溫度，檢測各個設(shè)備待測點的溫度，如果溫度超出允許范圍，可自動進(jìn)行灑水保護(hù)。③煙霧傳感器。其主要功能是檢測皮帶運(yùn)輸機(jī)械工作環(huán)境中的煙霧含量，如果煙霧含量在0.1 mg/m2以上，傳感器就會進(jìn)行低電平信號輸出，相應(yīng)的保護(hù)功能也將及時啟動[3]。④跑偏傳感器。其主要功能是檢測皮帶是否出現(xiàn)了跑偏現(xiàn)象，具體檢測中，主要借助于探桿對探軸進(jìn)行牽引，讓探軸旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)動到某一角度時，如果行程開關(guān)被波動，主機(jī)就會將相應(yīng)的跑偏信號發(fā)出。⑤堆煤傳感器。其主要功能是對煤位進(jìn)行保護(hù)。⑥撕裂傳感器。其主要作用是對皮帶起到撕裂保護(hù)作用，如果皮帶上的作用力以及相應(yīng)的電阻值達(dá)到一定時，PLC就會發(fā)出相應(yīng)的撕裂信號，主機(jī)在延時2s之后會停止，以此來避免皮帶撕裂情況發(fā)生。⑦急停傳感器。其主要功能是在拉桿承受了動力之后輸出相應(yīng)的信號，并實現(xiàn)拉桿鎖定。一旦拉桿被鎖定，只有在人工復(fù)位之后才可以繼續(xù)啟動。該系統(tǒng)撕裂傳感器的具體保護(hù)參數(shù)如表2所示。

3 煤礦皮帶運(yùn)輸自動化控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計分析

3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

在本次對某煤礦的皮帶運(yùn)輸自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的過程中，主要借助于CP343-1型的以太網(wǎng)模塊在PLC現(xiàn)場控制以及控制中心之間進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的傳輸，以此來實現(xiàn)現(xiàn)場和控制中心之間的有效通信。在該自動化控制系統(tǒng)的控制中心，客戶端操作服務(wù)器的主要驅(qū)動配置是Intouch以及SSIEMENS SOFTNET形式的OPCLINK驅(qū)動，且兩者之間可以此為基礎(chǔ)來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[4]。

3.2 上位機(jī)軟件設(shè)計

在進(jìn)行該煤礦皮帶運(yùn)輸自動化控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計中，上位機(jī)軟件設(shè)計基本是從兩個角度來進(jìn)行開發(fā)，第一是數(shù)據(jù)采集，第二是實時監(jiān)控。某煤礦皮帶運(yùn)輸自動化控制系統(tǒng)上位機(jī)檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

3.2.1 人機(jī)界面設(shè)計

在上位機(jī)系統(tǒng)中，人機(jī)界面的主要組成部分包括顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤等，其主要的功能是實現(xiàn)人機(jī)之間的對話，借助于人機(jī)界面，操作者可以對皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行具體的監(jiān)控和操作。在本次設(shè)計的系統(tǒng)中，人機(jī)界面上進(jìn)行了菜單以及操作按鈕等圖標(biāo)設(shè)計，更加便于操作。同時，人機(jī)界面也可以將數(shù)據(jù)以及類別各異的動態(tài)曲線實時顯示出來，且?guī)в写蛴」δ?，操作者可以對需要打印的?shù)據(jù)信息隨時進(jìn)行打印。另外，在該系統(tǒng)的人機(jī)界面中，所有的圖形、提示以及菜單文字應(yīng)用的都是中文，這樣也就更加便于操作者識別。在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，系統(tǒng)自身會發(fā)出相應(yīng)的故障報警。借助于Datebase這款軟件，可以整理和歸檔報警信息，操作者或者是管理者可以根據(jù)實際需求來進(jìn)行報警信息的隨時查詢。

3.2.2 圖形界面設(shè)計

在煤礦皮帶運(yùn)輸自動化控制系統(tǒng)中，圖形界面的主要功能是進(jìn)行監(jiān)控軟件全貌、數(shù)據(jù)以及報警等各類信息的實時顯示。在圖形界面中，所有的畫面都以動畫的形式顯示。借助于圖形界面，操作人員可以進(jìn)行實際情況的模擬操作，進(jìn)而讓操作人員的操作更加簡單便捷。

3.2.3 故障信息Database軟件設(shè)計

在煤礦皮帶運(yùn)輸自動化控制系統(tǒng)的上位機(jī)系統(tǒng)中，Database軟件的主要功能是對故障信息的實時記錄以及實時查詢。在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，借助于Database軟件，可迅速進(jìn)行故障發(fā)生位置的查詢，進(jìn)而為系統(tǒng)故障的查找以及處理提供足夠便利。同時，在煤礦皮帶運(yùn)輸自動化控制系統(tǒng)的具體運(yùn)行過程中，所有數(shù)據(jù)都會在Database軟件的界面上進(jìn)行實時儲存，讓數(shù)據(jù)儲存更具實時性以及完整性。

3.3 PLC自動化控制軟件的設(shè)計

在本次所研究的煤礦皮帶運(yùn)輸自動化控制系統(tǒng)中，用戶可以通過編程的方式將相應(yīng)程序傳遞給PLC儲存器，這樣就可以讓PLC自動化控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序來進(jìn)行相應(yīng)的操作，根據(jù)儲存地址號碼由大到小的順序來掃描程序，并對相應(yīng)的操作指令進(jìn)行核實，其主要的執(zhí)行過程是將信號傳送到寄存器內(nèi)進(jìn)行保存。在該系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，輸入狀態(tài)并不會對PLC的執(zhí)行過程造成影響，儲存在寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)將一直保持不變。PLC會按照從左到右、從上到下的順序?qū)ο到y(tǒng)程序進(jìn)行掃描，然后在輸入映像寄存器以及元素映像寄存器中進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，并實時進(jìn)行執(zhí)行結(jié)果的輸送。

4 結(jié)束語

綜上所述，在煤礦企業(yè)的作業(yè)過程中，皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)是一項關(guān)鍵性的煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)，憑借著運(yùn)輸量大、運(yùn)輸距離長、運(yùn)輸效率高等諸多優(yōu)勢，該系統(tǒng)在當(dāng)今的煤礦領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。但是在皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的實際應(yīng)用中，因為一些因素會對其應(yīng)用效果及其安全性造成一定程度的不利影響，所以該系統(tǒng)的自動化控制技術(shù)需要進(jìn)一步研究。PLC自動化控制系統(tǒng)是機(jī)械自動化控制的關(guān)鍵技術(shù)，因此在煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的自動化控制中，可以將PLC加以合理引入，以此來實現(xiàn)煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)自動化程度的進(jìn)一步提升，滿足煤礦實際作業(yè)所需，促進(jìn)煤炭行業(yè)的良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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