千萬(wàn)噸級(jí)露天煤礦開(kāi)采成套設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)

（北方重工電控液壓設(shè)備分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

1 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

千萬(wàn)噸級(jí)露天煤礦開(kāi)采成套設(shè)備自動(dòng)化智能控制系統(tǒng)采用SIEMENS 公司S7-400 系列可編程控制器，以及分布式I/O 從站組成的PLC控制系統(tǒng)。并通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與本機(jī)組的HMI、與上位機(jī)通訊，完成機(jī)組各設(shè)備的速度給定、邏輯控制、工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和報(bào)警等控制功能。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

第一層：現(xiàn)場(chǎng)的所有控制信號(hào)通過(guò)ET200M 采集到控制系統(tǒng)里。對(duì)每個(gè)信號(hào)和檢測(cè)元件進(jìn)行編址，每個(gè)元件的地址是唯一的，采用ET200M 遠(yuǎn)程分布式I/O 替代原有的中央擴(kuò)展I/O，這樣可以將I/O 模塊放在靠近設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)，減短現(xiàn)場(chǎng)連線，減少故障點(diǎn)，降低成本，各遠(yuǎn)程分布式I/O站通過(guò)通訊電纜完成現(xiàn)場(chǎng)與主PLC之間的數(shù)據(jù)交換，既提高數(shù)據(jù)通訊的速度、減少數(shù)據(jù)錯(cuò)碼,而且方便設(shè)備的調(diào)試。

第二層：各ET200M 通過(guò)PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)與PLC進(jìn)行通訊，將已具有唯一地址的信號(hào)送到PLC控制系統(tǒng)里，進(jìn)行程序編寫(xiě)、邏輯控制，再通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)，將各設(shè)備的PLC接入整個(gè)控制系統(tǒng)中，本層主要完成機(jī)組工藝流程中提出的各個(gè)設(shè)備的控制工作；完成各設(shè)備間的連鎖保護(hù)；完成各主控系統(tǒng)的信息集成和相互間的數(shù)據(jù)交換。PLC控制系統(tǒng)配置清單如表1 所示:

第三層：構(gòu)建大型露天裝備的遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái),將現(xiàn)場(chǎng)的PLC控制系統(tǒng)連接到INTERNET 網(wǎng)絡(luò)上,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)關(guān)鍵狀態(tài)的3G 網(wǎng)絡(luò)無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸與更新，在遠(yuǎn)程監(jiān)控指揮中心和裝備制造基地均可實(shí)現(xiàn)大型露天裝備的狀態(tài)監(jiān)控。并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、記錄、無(wú)線信息傳輸系統(tǒng)的軟硬件防拆與加密功能，提高設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)記錄與傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴Ｍ瑫r(shí)，建立遠(yuǎn)程專(zhuān)家系統(tǒng)和故障診斷體系等技術(shù)支持平臺(tái)，該平臺(tái)能為順序、傳動(dòng)、運(yùn)動(dòng)、過(guò)程以及安全控制提供一個(gè)集成的控制架構(gòu)，并且還能提供通用的控制引擎、軟件編程環(huán)境，以及跨多個(gè)硬件平臺(tái)的通訊支持,實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制、智能診斷、遠(yuǎn)程服務(wù)等各種功能。

3 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

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千萬(wàn)噸級(jí)露天煤礦開(kāi)采成套裝備的智能對(duì)接功能，采用定位檢測(cè)技術(shù),以及先進(jìn)交流變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)，調(diào)速設(shè)備采用SIEMENS 公司的S120 系列多傳動(dòng)式交流變頻調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。該系列交流變頻調(diào)速裝置為全數(shù)字控制方式，再加上數(shù)字式速度閉環(huán)控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)有較高的控制精度。多傳動(dòng)式傳動(dòng)系統(tǒng)中的整流回饋裝置，在設(shè)備制動(dòng)時(shí)，可將能量可回饋電網(wǎng)，各交流變頻調(diào)速裝置均設(shè)有通訊模板，通過(guò)Profilbus-DP 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線與PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)大型裝備復(fù)雜工況下機(jī)群集成控制、快速準(zhǔn)確自動(dòng)對(duì)接控制。

自移式破碎站在實(shí)際作業(yè)中，由于不同采幅煤層特性不同、爆破工藝參數(shù)的差異，使得各采幅的粒度級(jí)配差異較大。根據(jù)研究物料參數(shù)感知、機(jī)械設(shè)備受力強(qiáng)度等重要參數(shù)的測(cè)量及感知方法，并針對(duì)物料輸送和破碎歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和挖掘,可以根據(jù)破碎機(jī)負(fù)荷及運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物料特性，通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)·調(diào)節(jié)喂料速度，既做到功率消耗最小，又能有效防止大塊卡料造成停機(jī)故障,實(shí)現(xiàn)智能破碎。

裝備具有位姿感知及智能預(yù)警功能。通過(guò)配置水平、豎直位置傳感器，信號(hào)處理器、風(fēng)速測(cè)量?jī)x、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自移式破碎站行走姿態(tài)、并根據(jù)監(jiān)測(cè)信息及時(shí)實(shí)施速度調(diào)整、危險(xiǎn)姿態(tài)報(bào)警、高危姿態(tài)停車(chē)以保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

4 應(yīng)用體會(huì)

4.1 S7-400 系列PLC具有超強(qiáng)的實(shí)時(shí)處理能力，數(shù)據(jù)交換速度快，存儲(chǔ)能力強(qiáng)。非常適用于過(guò)程控制行業(yè)中需要處理大量數(shù)據(jù)的任務(wù)。采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無(wú)需估計(jì)插槽規(guī)則，無(wú)論是集中式組態(tài)還是分布式組態(tài)，都有種類(lèi)眾多的模塊可供使用。

4.2 一個(gè)大型自動(dòng)化項(xiàng)目中常常包括若干個(gè)控制相對(duì)獨(dú)立的從站，各個(gè)從站之間通常需要傳遞一些連鎖信號(hào)，這些都需要通過(guò)PLC的通訊功能實(shí)現(xiàn)，通信功能在大型項(xiàng)目中尤為重要。本機(jī)組采用了Industrial Ethernet 和Profibus DP 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信，從而實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制，提高生產(chǎn)效率。

[1]西門(mén)子公司.西門(mén)子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南[S].

[2]西門(mén)子公司.SIMATIC S7-400.