基于新型煤位計的監(jiān)控系統(tǒng)設計

曾志偉 鄧朝艷

（六盤水師范學院 貴州 六盤水 553004）

引言

在礦山輸運煤的過程中，原煤倉起到均衡輸送煤和儲存煤的作用，是重要的生產運行中間環(huán)節(jié)。為了使得燃料系統(tǒng)能夠正常運行和生產，大多數儲煤倉需要實時準確地測量其煤位變化和控制儲煤量。目前在工業(yè)料位測量系統(tǒng)中，常采用的料位計傳感器主要有利用超聲波、雷達、重錘、核輻射等幾種形式。但因為超聲波式和雷達式都具有不接觸、測量連續(xù)、可長時工作并且對人體無危害等優(yōu)點，所以非常適合用于礦山煤位測量系統(tǒng)。針對山西木瓜煤礦生產企業(yè)的實際情況，該煤礦原煤位檢測裝置采用SITRANS LU 01超聲波料位計[1]，該傳感器在高度粉塵飛灰的惡劣環(huán)境中精確度不高，并會時常出現失靈和誤動作等故障。在結垢掛料及高度飛灰粉塵等工況下，為了提高煤位測量的精確度，采用FMCW雷達式的料位計更適合應用。

將剛制得的高鹽稀態(tài)醬醪進行淋油并充分攪拌，以日式高鹽稀態(tài)醬油的發(fā)酵工藝進行發(fā)酵，先將其混勻并分裝至9個容器中，置于15 ℃的生化培養(yǎng)箱中進行醬油前期發(fā)酵，每天攪拌1次至第15 d，按表1添加 2×106個/g(醬醪)酵母，隨后每天升高發(fā)酵溫度1 ℃，直至30 ℃并保持，持續(xù)發(fā)酵到第45 d；再按表1添加酵母2×106個/g(醬醪)，以9號樣品為空白對照；發(fā)酵約90 d時，控制醬醪發(fā)酵溫度于35 ℃到發(fā)酵結束，整個發(fā)酵周期為180 d[23]。

此外,很多學者在多通道人機交互中提出用視線追蹤代替鼠標光標移動,用眨眼等視覺行為代替鼠標點擊操作,此類概念部分已應用于VR交互設備[16].這些新型交互技術的核心基礎是對用戶操作行為意圖與眼動特征關系的準確把握,因此,基于眼動特征的用戶意圖感知和行為預測具有重要的研究意義.

1.料位監(jiān)控系統(tǒng)構成

如圖1所示，其監(jiān)控系統(tǒng)由上位機PC+組態(tài)軟件WinCC V6.2構成，下位機采用西門子S7-300可編程序控制器[2-4]，煤位計模擬信號輸入到PLC的模擬量輸入端，然后通過PLC的通信模塊接入上位機，上位機安裝了組態(tài)軟件WinCC V6.2[5]，其組態(tài)畫面監(jiān)控整個生產過程，通過操作上位機上相應的功能鍵可實現對現場的控制，并且利用組態(tài)軟件強大的數據處理功能，實現各煤倉煤位的監(jiān)控以及報警等的自動化功能。

2.7 圖表 每幅圖單獨占1頁，集中附于文后，表格隨正文附出。圖表應按其在正文中出現的先后次序連續(xù)編碼，并應冠有圖(表)題。說明性的資料應置于圖(表)下方注釋中，并在注釋中標明圖表中使用的全部非共知共用的縮寫。本刊采用三橫線表(頂線、表頭線、底線)，如遇有合計或統(tǒng)計學處理行(如t值、P值等)，則在此行上面加一條分界橫線;表內數據要求同一指標有效位數一致，一般按標準差的1/3確定有效位數。線條圖應墨繪在白紙上，高寬比例為5∶7左右。計算機繪制圖者應提供激光打印圖樣。凡能使用文字表達清楚的內容，盡量不用表和圖，如使用表和圖，則文中不必重復其數據，只需摘述其主要內容。

應具有可靠性好、抗干擾能力強、反應快速靈敏的特點。(2)具有煤位聲光報警功能。每個煤倉根據設定的上下限實現自動聲光報警，同時通過上位機進行詳細記錄以備查詢。(3)具有友好的上位機顯示界面。上位機界面要求操作方便、簡單，能夠實時顯示煤位、煤倉報警。

本煤位監(jiān)控系統(tǒng)要求完成如下幾個功能:(1)煤位檢測信號

2.1 煤位判別流程 在程序中設置SITRANS LR 460雷達煤位計檢測到煤倉的煤位高度20%以下，認為此煤倉是空倉狀態(tài)的；當檢測到煤位為20%～40%，系統(tǒng)判斷為低煤位狀態(tài)。在系統(tǒng)集控的工作方式下，系統(tǒng)程序優(yōu)先依次對處在空倉和低煤位狀態(tài)的煤倉進行裝料，直至該煤倉煤位上升到95%，然后系統(tǒng)再次檢測所有煤倉的煤位，依次選擇對其最低煤位的煤倉進行裝煤。如果在此過程中有煤倉出現低于20%的煤位，系統(tǒng)則停止向當前煤倉運煤，轉向該煤倉裝煤，這樣循環(huán)檢測保證各個煤倉煤位都達到規(guī)定要求，使最后每個煤倉的煤位都在95%，停止送煤。若在此過程中有某個煤倉出現故障，則工作人員可以選擇手動方式對煤倉進行操作。

2.煤倉配煤控制

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S7-300系列PLC作為本監(jiān)控系統(tǒng)的控制核心部分,主要負責信號數據(如料位計檢測得到的料位信號)的采集、運算和判斷,并進行控制信號（如料位超限報警)的發(fā)出等功能。

本監(jiān)控系統(tǒng)可編程控制器采用西門子公司的S7-300系列PLC,根據對現場輸入、輸出點的統(tǒng)計,本套PLC控制器的主要配置如下：電源：PS307，24VDC；機架：IM365，擴展2個機架，2*32；CPU：CPU314-2DP, 64K內存，PROFIBUS-DP口；模擬量輸入模塊：SM331，8點模擬量輸入；通訊模塊：CP343-1，連接S7-300和上位機的接口模塊。

通過調制器調制壓控振蕩器(VCO)產生隨時間變化的連續(xù)高頻等幅波，VCO的輸出經環(huán)行器后送到天線，通過天線發(fā)射的微波傳播到固面并產生回波，回波通過環(huán)行器后與VCO直接耦合過來的信號加到混頻器內。調制信號可以對發(fā)射信號的頻率進行調制，此時發(fā)射信號頻率與其前面的回波頻率不一樣。因此在混頻器的輸出端便出現了差拍信號，其頻率與天線固面距離有關，隨著煤位的升高，反射波與發(fā)射波差頻頻率越小，通過信號處理電路測出差拍信號的頻率就可以出煤位的高低。SITRANS LR 460雷達物位計其內部有內置運算芯片，通過計算最后輸出一個和料位成比例的電流信號，反映在輸出端為輸出4-20mA電流標準信號[6,7]，為了測量信號的遠距離傳輸這里選擇了電流信號輸出。

2.3 FMCW雷達測距原理 FMCW雷達調制波有調頻等幅波、偽隨機二相碼連續(xù)波、隨機二相碼連續(xù)波等多種形式，其中線性和正弦調頻是過去常用的兩種方式，本系統(tǒng)采用線性調頻FMCW，其主要思想是信號的頻率發(fā)生了改變，通過測量器差拍信號的頻率可以計算出煤位的高低。

3.利用PLC實現整個監(jiān)控系統(tǒng)控制

2.2 料位檢測 本系統(tǒng)采用SITRANS LR 460雷達物位計，SITRANS LR 460是4線制24GHzFMCW雷達液位測量變送器，具有極高的信噪比以及針對測量固體料位達100m量程的先進的信號處理方法，高頻的雙核處理器技術，使回波信號處理更快速，更可靠，它是極度粉塵工況下的理想解決方案。參數如下:頻率：24.2~ 25.2GHz FMCW；測量范圍：0.35~ 100m；通訊：HART， 可選 PROFIBUS PA；過程溫度范圍：-40~ +200℃；工作電源：120~ 230VAC，或24VDC +25/-20%,6W ( 可選)。

本實驗建立了濃硫酸凈化的前處理方法，在乳制品六六六、滴滴涕，七氯，艾氏劑和指示性多氯聯苯的檢測中取得較好的凈化效果，并且結合氣相色譜法實現對乳制品中六六六、滴滴涕，七氯，艾氏劑和指示性多氯聯苯的同時定量分析，適用于乳制品中六六六、滴滴涕，七氯，艾氏劑和指示性多氯聯苯的快速檢測。

4.上位監(jiān)控界面

4.1 組態(tài)軟件 WinCC監(jiān)控軟件專為SIMATIC S7組件設計。它結合SIMATIC PLC可以實現與幾乎所有自動化設備組合，其組建的控制系統(tǒng)具有使用方式靈活，穩(wěn)定可靠。實際應用中可以根據系統(tǒng)需要進行組態(tài)、設計實時界面和管理信息，對相關設備進行監(jiān)視、控制、報警等操作，兼具有打印報表、記錄報警，動態(tài)顯示歷史曲線等記錄功能。利用 SIMATIC WINCC和SIMATIC PLC組建系統(tǒng)，不僅可以減少軟件設計周期，避免國產軟件安裝驅動不兼容等情況。同時，由于其設計界面的人性化，操作簡單化，大大提高了工作效率。

4.2 組態(tài)監(jiān)控畫面 本文針對山西木瓜煤礦生產企業(yè)的實際情況，本系統(tǒng)煤倉為圓柱型，直徑為20米的煤倉，高度為28米，在這里系統(tǒng)設置4mA對應煤倉為空倉，20mA對應煤倉為滿倉。給煤機、強力皮帶、原煤篩、撿矸皮帶、轉載皮帶、入倉皮帶輸送機、可逆皮帶和煤倉等幾部分構成了運輸系統(tǒng)。

當系統(tǒng)運行的時候，SITRANS LR 460雷達物位計根據現場煤倉的高度，輸出與之相對應的電流信號。并將煤位信號傳給模擬量輸入模塊SM331，模擬量輸入模塊將信號轉換成數字信號送PLC，PLC經過處理后與上位機進行通信，工作人員可以通過人機交互界面，實時監(jiān)測煤倉煤位高度，并可以遠程控制整個入倉皮帶的運行方向。可以在上位機上界面中，顯示實時煤倉的煤位，以及報警記錄等。具體監(jiān)控界面如圖2、圖3所示：

圖2為原有料位計監(jiān)控界面圖，木瓜煤礦原有煤位檢測裝置采用的是SITRANS LU 01超聲波料位計。在結垢掛料及高度飛灰粉塵同等工況下，基于該料位計檢測不穩(wěn)定、誤差大，通過圖2可以看出，原煤倉1#出現滿倉及原煤倉3#出現空倉以致檢測不準確，使得在長時間使用過程中，出現失靈、誤動作等故障，使原有煤位監(jiān)控界面不能夠顯示煤倉煤位實時信息。圖3為采用SITRANS LR 460雷達料位計的煤位檢測裝置監(jiān)控界面圖，工作人員可以通過現場設備顯示屏，觀察實時煤位、波幅、溫度、置信度、輸出電流等檢測信號，也可以通過上位機動態(tài)監(jiān)控界面，直觀地了解煤位的實時變化，以及煤位上下限報警等功能。

5.結論

本系統(tǒng)基于SITRANS LR 460雷達料位計的煤位監(jiān)控系統(tǒng)設計，在結垢掛料及高度飛灰粉塵等工況下，與原SITRANS LU 01超聲波料位計的物位監(jiān)測系統(tǒng)設計相比，具有穩(wěn)定、密封性好、實時性，且誤差小等優(yōu)點；同時，系統(tǒng)結合PLC與上位機的優(yōu)勢，具有煤倉的自動檢測、超限報警、動態(tài)監(jiān)控界面等功能。實現了生產過程和監(jiān)控管理的一體化，使得系統(tǒng)運行穩(wěn)定、功能完善、可維護性強，推進了煤炭企業(yè)的生產自動化。

[1] 沈兆振,丁保華,管連俊.煤倉料位監(jiān)控系統(tǒng)中智能超聲波料位計的研制[J].工礦自動化,2007,(1)[2] 曹成. 礦用帶式輸送機監(jiān)控系統(tǒng)研究[D]. 安徽理工大學 2010