丁集選煤廠裝車平煤裝置自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳 偉

（淮滬煤電有限公司丁集煤礦，安徽 淮南 232100）

引言

煤炭挖掘后的主要環(huán)節(jié)就是外運(yùn)，煤炭的外運(yùn)主要由煤礦選煤廠完成，其裝車平煤過程的自動化程度高低直接影響煤炭對各個領(lǐng)域的供應(yīng)速度。由于裝車設(shè)備技術(shù)更新慢，現(xiàn)場操作復(fù)雜，自動化程度低，人工勞動強(qiáng)度大等一系列問題，選煤廠裝車過程一直是限制煤炭運(yùn)輸量的重要因素[1-3]。本文以丁集煤礦選煤廠裝車平煤過程為例，通過采用西門子PLC與MCGS組態(tài)軟件對控制系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，裝車平煤裝置由人工控制到自動控制的改變，實(shí)現(xiàn)了對裝車平煤裝置的遠(yuǎn)程集中控制。

1 原始裝車過程

原始裝車工藝流程：空皮車進(jìn)入礦方預(yù)定軌道，由火車頭牽引火車車廂進(jìn)入合適的軌道，停在放煤緩沖倉下；車廂停放合適后，工作人員人工觀察車廂狀態(tài)和位置，手動控制裝車溜槽按鈕，進(jìn)行煤炭的裝載，煤炭的裝載量由定量倉控制，工作人員看到定量倉數(shù)字已經(jīng)接近裝完后，由工作人員手工掐煤，再進(jìn)行下一個車廂的裝載。由于工作人員手工掐煤存在誤差，會導(dǎo)致車廂前后裝煤量存在分布不勻、偏載等現(xiàn)象，對煤炭產(chǎn)品的運(yùn)輸帶來較大風(fēng)險(xiǎn)[4-5]。

滿載的車廂由車頭牽引經(jīng)過平煤器，工作人員判斷平煤板是否到達(dá)指定位置，即平煤板放入車廂內(nèi)，并控制平煤板從車廂前端落下，依靠車廂的向前行駛，平煤板將鏟下凸起的煤炭，平煤板到達(dá)車廂尾部時，工作人員人工控制平煤板升起，并觀察下一個車廂平煤板下降的時刻，重復(fù)每個車廂的步驟。對于平整過后車廂依然不滿足要求的，需要進(jìn)行倒車重新進(jìn)行平整。對于車廂出現(xiàn)虧空問題，需要人工上至車廂頂部進(jìn)行手工調(diào)補(bǔ)空缺，平整好后用白灰做好標(biāo)記。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)建立在對丁集煤礦現(xiàn)有裝車站的改造升級的基礎(chǔ)上，達(dá)到提高選煤廠出煤量，降低企業(yè)運(yùn)行成本的目的。裝車平煤自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可對車廂位置進(jìn)行定位、動態(tài)分析裝煤過程、遠(yuǎn)程對裝車過程監(jiān)控，利用工業(yè)傳感器對裝車各個環(huán)節(jié)進(jìn)行定位，提高了自動化程度，減少了人工操作，車廂煤炭量裝載更加準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了煤炭裝車平煤系統(tǒng)的全自動化[6]。

2.1 工作原理

本系統(tǒng)采用多傳感器協(xié)同的方式實(shí)現(xiàn)車廂定位，將料斗的人工控制改為自動控制，由PLC進(jìn)行傳感器信息的讀取，以及數(shù)據(jù)處理后對相應(yīng)料斗裝置的自動控制。控制平煤板下降到車廂前端位置，車廂相對向前運(yùn)動，平煤整個車廂后，平煤板自動升起。將車廂移動與煤炭裝滿進(jìn)行連鎖控制，通過數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程組態(tài)畫面的監(jiān)控，見圖1。

圖1 裝車平煤系統(tǒng)組成

2.2 裝車平煤系統(tǒng)組成

通過對傳統(tǒng)裝車平煤過程的分析得知，控制系統(tǒng)由車廂牽引系統(tǒng)、放煤裝車裝置、裝煤量檢測系統(tǒng)、稱重子系統(tǒng)、平煤裝置、噴灑裝置、上位機(jī)控制系統(tǒng)七部分組成[9]。其中車廂牽引系統(tǒng)、稱重子系統(tǒng)、放煤裝車裝置、平煤裝置為選煤廠原有的控制系統(tǒng)，且為本文自動裝車平煤系統(tǒng)的集中控制對象，裝煤量檢測系統(tǒng)、噴灑裝置子系統(tǒng)和上位機(jī)控制系統(tǒng)為自動裝車平煤系統(tǒng)新添檢測控制系統(tǒng)。各控制系統(tǒng)按照工藝順序協(xié)同運(yùn)行，共同完成裝車平煤過程。

3 PLC控制設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)控制采用PLC作為控制核心單元，實(shí)現(xiàn)對選煤廠裝車過程、平煤過程以及噴灑過程的自動控制改進(jìn)。

3.1 PLC模塊選型

通過對選煤廠裝車過程的分析，統(tǒng)計(jì)出系統(tǒng)要求的數(shù)字量輸入DI控制口34點(diǎn)，數(shù)字量輸出口DO控制口19點(diǎn)，無模擬量輸入?？紤]對改造過程的成本控制，選用西門子S7-1500系列1511-1PN，支持博途V14版本仿真和調(diào)試，是S7-300系列的升級版本，集成交換機(jī)功能的PROFINET端口，而且集成有16點(diǎn)24 V數(shù)字量輸入和16點(diǎn)24 V數(shù)字量輸出。查詢訂貨號為6ES7 516-3AN01-0AB0。根據(jù)數(shù)字輸入輸出點(diǎn)數(shù)，選用32點(diǎn)24 V數(shù)字量輸入模塊，以及8點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊，在提供足夠的輸入輸出點(diǎn)之外，并且可以考慮到10%的備用點(diǎn)。電源可選用西門子1500系列PS 60W的電源，訂貨號6ES7 505-0RA00-0AB0。

3.2 PLC程序設(shè)計(jì)

裝車平煤過程的運(yùn)行由PLC各個程序控制，包括料斗控制程序、車廂前進(jìn)控制程序、卸料口裝車控制程序、平煤裝置運(yùn)行控制程序、噴灑裝置運(yùn)行控制程序、絞車故障報(bào)警。PLC運(yùn)行由OB1主程序調(diào)用各個子程序運(yùn)行[10-11]。平煤程序是絞車牽引車廂到達(dá)指定平煤位置，自動控制平煤板到達(dá)車廂前部，平煤板下降到車廂高度，絞車牽引車廂前進(jìn)，通過車廂的運(yùn)動，使得平煤板將多出來的煤鏟平。采用光電傳感器控制平煤板，通過PLC進(jìn)行延時觸發(fā)平煤板下降。平煤板的位置控制通過限位器進(jìn)行定位，精確控制平煤板上下移動。

4 MCGS組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)

MCGS被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以實(shí)時顯示PLC傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并且可以對裝車平煤工藝參數(shù)進(jìn)行報(bào)警和遠(yuǎn)程調(diào)整。本監(jiān)控系統(tǒng)采用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行工控人機(jī)交互界面的搭建，實(shí)現(xiàn)對傳輸皮帶啟停、卸料口開關(guān)、噴灑裝置啟停、火車車廂運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控。在MCGS工程主界面顯示裝車平煤的整體流程，使用組態(tài)動畫的方式顯示并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。組態(tài)軟件通過圖形工具和元件庫繪制組態(tài)畫面，顯示現(xiàn)場實(shí)際設(shè)備的工作狀態(tài)。工藝變動情況下，用戶可以通過修改MCGS組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)值來改變PLC設(shè)備的工作狀態(tài)，見圖2。

圖2 裝車平煤系統(tǒng)顯示界面

5 應(yīng)用效果分析

通過調(diào)整平煤設(shè)備，調(diào)整裝車平煤控制條件，應(yīng)用PLC集中控制、組態(tài)監(jiān)控等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了丁集選煤廠裝車平煤自動控制與檢測。裝車平煤裝置自動控制系統(tǒng)在丁集選煤廠的應(yīng)用降低了工人的勞動強(qiáng)度和勞動成本，提高了裝車的精度，具有顯著成效。