基于PLC和組態(tài)的多源物料自動配料系統(tǒng)設(shè)計

閆善飛

摘 要 煤礦井下充填配料的精度是影響充填質(zhì)量的一個重要因素，為了解決這一復(fù)雜問題，本文分別從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩個方面對自動配料控制系統(tǒng)進行了設(shè)計。采用可編程控制器PLC實現(xiàn)了按比例精準配料，攪拌輸送等功能，利用組態(tài)王軟件進行了系統(tǒng)仿真，驗證了技術(shù)實施的可行性，使充填效果更好。

關(guān)鍵詞 煤礦充填 自動配料 PLC 組態(tài)

中圖分類號：TP27 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）12-0013-02

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，通過皮帶運輸至采空區(qū)，經(jīng)過推壓密實以到達對上覆巖層的支撐作用，其中物料的精準混合是影響充填質(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)，實現(xiàn)對充填物料的快速準確配料，這在加強對上覆巖層的控制以及落實建設(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)以及運輸系統(tǒng)，是集矸石、膠凝材料以及水的運輸、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、PLC、皮帶秤、攪拌輸送機、皮帶等部分組成，自動配料控制系統(tǒng)采用上位機管理、PLC控制的原則來進行設(shè)計[3-4]（配料工藝流程如圖1所示）。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)[5-6]下位機選用西門子S7-1200型PLC，它具有較高的處理速度、較多的I/O點、適用范圍廣、結(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點。上位機選用互視達廠家的工控觸摸一體機，具有防震、防爆、防燃以及高穩(wěn)定性等特點，能夠與西門子PLC之間實現(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）。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

組態(tài)王[7]是亞控科技針對自動化市場，以實現(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)可以實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場的實時監(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)命令語言來實現(xiàn)動畫連接實時監(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)運行，即完成卸料、攪拌、皮帶機運行等操作，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)運行界面

運行界面是對整個系統(tǒng)運行狀態(tài)的描述，包括矸石、膠凝材料下料，攪拌輸送機排料等。一般情況下，企業(yè)都需要對生產(chǎn)過程進行監(jiān)管，利用組態(tài)王和PLC上下位機相結(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)場的實時監(jiān)管。因此對組態(tài)軟件的設(shè)計需要包括兩個部分：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混合均勻后經(jīng)由皮帶輸送至工作面采空區(qū)進行充填。

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，實現(xiàn)了煤礦井下充填物料的精準配比，且在觸摸屏上實現(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，又能達到工藝要求，同時還降低了企業(yè)成本。

參考文獻：

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