選煤廠帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)研究

歐陽(yáng)子文

（西山煤電馬蘭礦選煤廠， 山西 古交 030200）

引言

帶式輸送機(jī)是煤炭洗選過(guò)程中主要運(yùn)輸設(shè)備，受到設(shè)備安裝位置、輸送距離以及角度等影響，選煤廠多采用帶式輸送機(jī)搭接方式實(shí)現(xiàn)多級(jí)運(yùn)輸[1-2]。目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)選煤廠帶式輸送機(jī)多采用恒速運(yùn)行方式，無(wú)法實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度智能控制，因?yàn)閹捷斔蜋C(jī)處于輕載或者空載狀態(tài)，輸送帶仍高速運(yùn)行，所以勢(shì)必增加帶式輸送機(jī)運(yùn)行能耗[3-4]。為此，眾多的研究學(xué)者對(duì)帶式輸送機(jī)智能控制展開研究，其中奐光潤(rùn)、張豪等[5-6]綜合使用PLC 技術(shù)、SCADE 組態(tài)軟件對(duì)煤礦井下帶式輸送機(jī)進(jìn)行智能化改造，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程啟動(dòng)以及無(wú)人值守，有效降低生產(chǎn)運(yùn)輸成本；王繼東等[7]提出綜合使用現(xiàn)場(chǎng)控制以及集中控制構(gòu)建帶式輸送機(jī)智能節(jié)能控制系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)以S7-300PLC 為核心，并設(shè)計(jì)軟件控制程序。因此，就以往學(xué)者研究成果基礎(chǔ)上，根據(jù)選煤廠帶式輸送機(jī)生產(chǎn)特點(diǎn)提出智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括PLC、變頻器、電機(jī)以及各類安全監(jiān)測(cè)傳感器等，并對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及控制軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

山西某選煤廠洗選能力為500 萬(wàn)t/年，采用先進(jìn)的重介選煤工藝，洗選效率高、能耗低以及污染小等特點(diǎn)。塊煤（粒徑13～100 mm）、中煤（粒徑2～13 mm）、末煤（粒徑0.15～2 mm）分別采用重介淺槽分選、重介旋流器分選、螺旋分流器分選，煤泥（粒徑0.15 mm 以下）以及尾礦煤泥水等經(jīng)濃縮池沉降后經(jīng)由板壓車間回收。選煤廠布置有6 臺(tái)帶式輸送機(jī)，選用的帶式輸送機(jī)型號(hào)均為DT II 型，采用機(jī)頭單電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，機(jī)尾液壓張緊，具體技術(shù)參數(shù)見表1所示。

表1 帶式輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)

文中根據(jù)選煤廠帶式帶式輸送機(jī)搭接運(yùn)輸特點(diǎn)，綜合使用PLC、變頻器、各類傳感器等設(shè)計(jì)智能控制系統(tǒng)，具體該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

智能控制系統(tǒng)依據(jù)首臺(tái)帶式輸送機(jī)煤流信息作為控制輸入?yún)?shù)，并通過(guò)PLC 向后續(xù)帶式輸送機(jī)發(fā)出控制指令，通過(guò)變頻器輸出電流頻率變化控制帶式輸送機(jī)運(yùn)速。

2 智能控制系統(tǒng)硬件

2.1 PLC 控制流程

智能控制系統(tǒng)中PLC 是實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)智能運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備之一。PLC 需要與各類安全傳感器進(jìn)行連接，對(duì)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性、性能以及接口數(shù)量等均有較多要求，同時(shí)PLC 應(yīng)具備較強(qiáng)的抗干擾能力以及適應(yīng)性。為此，文中選擇使用經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性等較好以及在工礦企業(yè)應(yīng)用較為普遍的S7-1200PLC，該P(yáng)LC 采用雙電源供電，并具備封堵的I/O 模塊以及擴(kuò)展模塊。

具體PLC 模塊控制流程為：當(dāng)接收到煤流量以及輸送機(jī)帶速信息后，智能控制系統(tǒng)首先通過(guò)比對(duì)確定最佳運(yùn)行速度，并通過(guò)對(duì)比當(dāng)前速度與確定的最佳速度對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整；控制系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算確定變頻器輸出頻率、輸送機(jī)運(yùn)行速度調(diào)整時(shí)間并將控制指令發(fā)送至PLC。具體智能控制系統(tǒng)中PLC 與其他硬件設(shè)備連接結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 智能控制系統(tǒng)中PLC 與其他硬件設(shè)備連接結(jié)構(gòu)圖

2.2 傳感器

為了實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行智能控制，需要使用各類傳感器對(duì)帶式輸送機(jī)帶速、運(yùn)量等進(jìn)行檢查，為此提出采用跑偏傳感器、煙霧傳感器、打滑保護(hù)傳感器、速度傳感器、超聲波傳感器等對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

采用型號(hào)UM30-2 超聲波傳感器，該傳感器具備有背景抑制功能，可實(shí)時(shí)獲取到輸送帶上煤量值并精準(zhǔn)獲取測(cè)量距離；速度傳感器為光電式傳感器，型號(hào)為GSG8 型，速度測(cè)量范圍為0～8 m/s；溫度傳感器為熱電阻式傳感器，型號(hào)為PT-100，測(cè)溫范圍為-20～500 ℃；選用的煙霧傳感為GQQ0.1 型，當(dāng)輸送帶出煙霧后傳感器會(huì)發(fā)出預(yù)警信息；跑偏傳感器采用GEJ30 型，分別布置在輸送帶兩側(cè)，當(dāng)輸送帶偏移角度分別超過(guò)22°、40°時(shí)會(huì)分別發(fā)出報(bào)警以及停機(jī)運(yùn)行信號(hào)；打滑傳感器緊貼輸送帶布置用以監(jiān)測(cè)輸送帶與滾筒間速度差，避免輸送帶打滑故障發(fā)生。具體在選煤廠帶式輸送機(jī)上各類傳感器布置位置如圖3 所示。

圖3 各傳感器安裝位置示意圖

2.3 上位機(jī)

上位機(jī)用以實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行監(jiān)控，上位機(jī)系統(tǒng)內(nèi)嵌軟件包括有IFIX、MATLAB 等，IFIX 軟件主要應(yīng)以監(jiān)控帶式輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)，MATLAB 軟件則用以對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理。當(dāng)智能監(jiān)控系統(tǒng)開始運(yùn)行后，IFIX 軟件即開始對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸量、帶速、煙霧報(bào)警器等各類傳感器運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)改變變頻器輸出電流頻率對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)安全、智能運(yùn)行。具體上位機(jī)平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 上位機(jī)平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)圖

3 智能控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

采用軟件平臺(tái)獲取各傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)存儲(chǔ)、處理及分析，采用OPC 軟件將上位機(jī)獲取到的各傳感器數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)IFIX 組態(tài)軟件，并通過(guò)IFIX 組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程控制、運(yùn)行曲線顯示等。IFIX 組態(tài)軟件通過(guò)計(jì)算機(jī)串口、總線、以太網(wǎng)以及GPRS 等與PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集以及管理模塊。數(shù)據(jù)采集模塊可對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析并通過(guò)I/O 模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；管理模塊則主要包括監(jiān)控主界面、登陸界面、故障查詢界面、開機(jī)查詢界面以及歷史曲線界面等。

智能控制系統(tǒng)中PLC 程序軟件主要包括有智能控制子程序、啟動(dòng)子程序、故障以及保護(hù)子程序等。

4 結(jié)語(yǔ)

在分析山西某選煤廠帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出一種帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由PLC、變頻器、各傳感器等構(gòu)成。對(duì)帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及各硬件設(shè)備以及軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。該選煤廠帶式輸送機(jī)采用該智能控制系統(tǒng)后可根據(jù)輸送煤量以及控制需要自動(dòng)調(diào)整輸送機(jī)運(yùn)行速度，從而在滿足煤炭運(yùn)輸需要同時(shí)降低輸送機(jī)磨損以及運(yùn)輸投入。