基于S7-300PLC的空氣清倉(cāng)遠(yuǎn)程智能系統(tǒng)

王本治 金春雷 方勝海

（安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)南山礦業(yè)有限公司）

圓盤(pán)給料機(jī)是選礦廠的常見(jiàn)給料設(shè)備。馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)南山礦業(yè)公司和尚橋選礦廠的12臺(tái)圓盤(pán)給料機(jī)的來(lái)礦為上方12 個(gè)粉礦倉(cāng)內(nèi)的粉礦，由14 號(hào)皮帶卸料小車實(shí)施布料，通過(guò)集礦皮帶將圓盤(pán)給料機(jī)的給礦輸送至2臺(tái)大型球磨機(jī)。

圓盤(pán)給料機(jī)作為連接粉礦倉(cāng)與球磨機(jī)的橋梁，發(fā)揮重要的紐帶作用［1］。當(dāng)圓盤(pán)給料機(jī)因堵塞下料不暢時(shí)，不僅影響球磨機(jī)礦石處理量，影響生產(chǎn)穩(wěn)定，增加礦石單位處理成本，還危及球磨機(jī)的安全。

圓盤(pán)給料機(jī)出口的堵塞一般由于礦石在潮濕擁堵的環(huán)境下，在倉(cāng)內(nèi)向下流動(dòng)的過(guò)程中相互擠壓，從而粘附在礦倉(cāng)側(cè)壁上，形成蓬拱所致。為了解決礦石堵塞的問(wèn)題，選礦廠在12 臺(tái)圓盤(pán)給料機(jī)礦倉(cāng)斜壁上均安裝了空氣清倉(cāng)系統(tǒng)，東西方向上下各6 層，充分解決了礦石堵塞問(wèn)題，確保了生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行。

1 空氣清倉(cāng)系統(tǒng)

空氣清倉(cāng)系統(tǒng)由儲(chǔ)氣罐、活塞及缸體、安全閥、電磁快速排氣閥、進(jìn)氣球閥組成，見(jiàn)圖1。利用氣壓平衡的原理，先將壓縮空氣貯存于鋼制炮體中，當(dāng)炮體內(nèi)氣壓達(dá)到0.4～0.8 MPa 時(shí)，通過(guò)電動(dòng)式（或手動(dòng)式）氣動(dòng)元件操作，切斷壓縮氣流，打開(kāi)電磁塊擺閥的排氣口，活塞瞬間形成前后壓力差，迫使活塞后移，打開(kāi)排氣口，壓縮氣體以一馬赫（音速）以上的速度直接沖擊礦倉(cāng)阻塞故障區(qū)［2］。

選礦廠目前12臺(tái)空氣清倉(cāng)系統(tǒng)均由值班人員手動(dòng)控制，不僅效率低，而且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，存在一定的安全隱患。為了解決以上問(wèn)題，應(yīng)用電氣控制系統(tǒng)對(duì)12 臺(tái)圓盤(pán)給料機(jī)的空氣清倉(cāng)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能自動(dòng)清倉(cāng)功能［3］，生產(chǎn)效率的大大提高為減少操作人員創(chuàng)造了條件。此次升級(jí)改造選用可編程控制器為系統(tǒng)的核心［4］。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與功能

空氣自動(dòng)清倉(cāng)系統(tǒng)主要涉及的選礦設(shè)備包括12臺(tái)圓盤(pán)給料機(jī)、4 條集礦皮帶以及4 條給礦皮帶。系統(tǒng)包括上位機(jī)操作流程畫(huà)面、可編程控制器和現(xiàn)場(chǎng)操作箱。上位機(jī)操作畫(huà)面設(shè)置東西氣源啟動(dòng)和停止按鈕，每層空氣清倉(cāng)氣閥開(kāi)啟點(diǎn)動(dòng)按鈕?？删幊炭刂破鲬?yīng)用S7-300PLC，選用CPU315-2PN/DP 以及擴(kuò)展模塊。圓筒倉(cāng)堵料信號(hào)來(lái)自給礦皮帶的稱量結(jié)果并結(jié)合圓盤(pán)給定頻率的計(jì)算結(jié)果［5］。

本設(shè)計(jì)以S7-300PLC 為核心，通過(guò)PLC 控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清倉(cāng)功能。PLC 輸入采樣信號(hào)包括圓盤(pán)運(yùn)行信號(hào)、給礦皮帶運(yùn)行信號(hào)、氣源壓力及12臺(tái)清倉(cāng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程/就地信號(hào)。設(shè)計(jì)過(guò)程主要包括根據(jù)功能要求繪制順序功能圖、PLC 輸入輸出點(diǎn)的定義（表1）、梯形圖的編程、功能的調(diào)試與完善等內(nèi)容。

可編程控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，選用CPU315-2PN/DP 和擴(kuò)展模塊。每臺(tái)空氣清倉(cāng)系統(tǒng)的手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)接入PLC 的輸入端，圓盤(pán)的運(yùn)行信號(hào)取自圓盤(pán)控制柜的運(yùn)行繼電器上的一對(duì)常開(kāi)點(diǎn)，給礦皮帶運(yùn)行信號(hào)同樣取自給礦皮帶運(yùn)行繼電器上的一對(duì)常開(kāi)點(diǎn)。模擬量輸入端接12 臺(tái)圓筒倉(cāng)的料位，以及4臺(tái)皮帶秤的稱量結(jié)果信號(hào)。

PLC輸出端接對(duì)應(yīng)空氣閥門(mén)的繼電器，繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)并接在現(xiàn)場(chǎng)按鈕點(diǎn)動(dòng)控制回路中，當(dāng)繼電器得電發(fā)出閉合信號(hào)，使氣閥打開(kāi)，空氣清倉(cāng)運(yùn)行。PLC 輸出端還應(yīng)接對(duì)應(yīng)的12 臺(tái)空氣清倉(cāng)的報(bào)警鈴，氣源打開(kāi)即代表將放炮，報(bào)警鈴閃爍并響鈴，提醒附近工人離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)。

3 遠(yuǎn)程手動(dòng)控制

當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊畫(huà)面點(diǎn)動(dòng)按鈕時(shí)，上位機(jī)關(guān)聯(lián)的PLC對(duì)應(yīng)變量輸出，輸出繼電器得電，常開(kāi)點(diǎn)閉合，由于將繼電器的常開(kāi)點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)動(dòng)按鈕并聯(lián)，常開(kāi)點(diǎn)的閉合就相當(dāng)于在現(xiàn)場(chǎng)按了點(diǎn)動(dòng)按鈕，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程點(diǎn)動(dòng)控制。電氣控制原理示意見(jiàn)圖2。

4 自動(dòng)控制過(guò)程

當(dāng)通過(guò)比例計(jì)算得到的堵料信號(hào)持續(xù)5 s以上即視為料倉(cāng)堵住，需要放炮清倉(cāng)，以第一組的1、2、3 號(hào)倉(cāng)為例，當(dāng)堵料信號(hào)到來(lái)后，確定清倉(cāng)，東西氣源打開(kāi)，檢測(cè)1～3號(hào)正在運(yùn)行的圓盤(pán)，對(duì)應(yīng)的報(bào)警鈴閃爍預(yù)警，然后運(yùn)行的圓盤(pán)對(duì)應(yīng)的1層空氣清倉(cāng)按東西順序輪流放炮5 s，沒(méi)有運(yùn)行的圓盤(pán)會(huì)跳過(guò)，直接到下一臺(tái)運(yùn)行的圓盤(pán)繼續(xù)放炮，直到本組全部放炮結(jié)束，氣源關(guān)閉，堵料信號(hào)也隨之消失?？刂七^(guò)程見(jiàn)圖3。

5 系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)

可編程控制器是為使工業(yè)生產(chǎn)中能有更好的控制能力而研發(fā)的系統(tǒng)。S7-300PLC 是中型可編程控制器，雖然體積小，但功能強(qiáng)大。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)論是用于檢測(cè)或者控制，都能很好地完成目標(biāo)任務(wù)［6］。

本設(shè)計(jì)為完成功能，至少需48 個(gè)輸入點(diǎn)和190個(gè)輸出點(diǎn)。因此，選擇的CPU 型號(hào)為CPU315-DP，加一個(gè)擴(kuò)展模塊，每個(gè)DI 模塊具有16 個(gè)數(shù)字輸入、每個(gè)DO模塊具有32個(gè)數(shù)字輸出，每個(gè)AI模塊具有8對(duì)模擬量輸入。輸入、輸出點(diǎn)都留有余量，方便擴(kuò)展。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)南山礦業(yè)公司和尚橋選礦廠的12 臺(tái)圓盤(pán)給料機(jī)間接為球磨機(jī)供礦，在礦石潮濕情況下其上方礦倉(cāng)易蓬拱阻塞出口，原空氣清倉(cāng)系統(tǒng)為人工操作，工作效率和安全性均存在不足。

（2）設(shè)計(jì)擬采用西門(mén)子S7-300PLC 解決空氣清倉(cāng)系統(tǒng)的人工操作問(wèn)題。系統(tǒng)選用CPU315-2PN/DP和擴(kuò)展模塊，PLC 輸出端接對(duì)應(yīng)空氣閥門(mén)的繼電器，繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)并接在現(xiàn)場(chǎng)按鈕點(diǎn)動(dòng)控制回路中，當(dāng)繼電器得電發(fā)出閉合信號(hào)，使氣閥打開(kāi)，空氣清倉(cāng)運(yùn)行。PLC 輸出端還應(yīng)接對(duì)應(yīng)的12 臺(tái)空氣清倉(cāng)的報(bào)警鈴，氣源打開(kāi)即代表將放炮，報(bào)警鈴閃爍并響鈴，提醒附近工人離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)。

（3）系統(tǒng)投入生產(chǎn)運(yùn)行后，改善了圓盤(pán)給料機(jī)崗位工人的工作環(huán)境，減少了每班當(dāng)班人數(shù)1 人，避免了圓盤(pán)給料機(jī)不下料導(dǎo)致的皮帶空轉(zhuǎn)，有效地提高了圓盤(pán)給料機(jī)的下礦效率，保證了下級(jí)設(shè)備GK 篩的持續(xù)供礦。本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，易于操作，實(shí)用性較強(qiáng)，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。