機械動力系統實時控制系統

陳崢

（唐山冶金礦山機械廠，河北 唐山 063000）

機械動力系統實時控制系統

Real-time control system for mechanical power system

陳崢

（唐山冶金礦山機械廠，河北 唐山 063000）

冶金機械動力系統的研究受制于其的工況環境。為了解決這一問題在本文設計了一套對于生產工況進行監控的實時監控系統，這一系統基于西門子的S7-300PLC控制系統，最終通過上位機將測得的數據結果顯示出來，并實現實時監控。并通過結合實際冶金生產中的應用，表明這一系統具備可行性，對于冶金機械動力系統實時監控具有重要意義。

機械動力系統；S7-300PLC；可行性

任何機械系統，動力部分的好壞都直接影響著整個系統的運行和效率，對于冶金采掘機更是如此。而冶金挖掘機這一機械系統是由破碎機、刮板運輸機以及轉載機等重要的部分組成的，所以研究三者的動力系統的運行情況對于研究冶金機械動力系統具有重要的意義［1］。三種機械部分的研究主要是對于工作狀況的研究，表現在以下這些方面：軸承的溫度（包括減速器輸入軸與輸出軸，電動機軸伸端以及非軸伸端），潤滑設備的工作狀況（溫度、油質情況），減速器冷卻系統的的冷卻水量的問題，以及當系統運行時的減震以及模態振動情況等。由于這些量可以直觀的來評價系統的工作狀況，所以一般來說這些量被用來判斷設備運行部動力狀況。在本文當中，設計了一套對于冶金的機械動力部工況進行監控的實時監控系統，這一系統基于西門子的S7-300PLC控制系統，最終通過上位機將測得的數據結果顯示出來［2］。

1 結構原理

在圖1控制系統結構圖中可以觀察到，最下層是刮板運輸機、轉載機以及破碎機三個冶金采掘機的重要組成部分。三機動力部通過ET200從站，然后通過PROFIBUS總線連接上西門子S7-300PLC控制系統，這樣就可以將采集到的信號傳輸給主系統并接受其控制。西門子S7-300PLC控制系統通過連接上交換機與上位機建立起了關系并且可以實現遠程控制與檢測，最終通過上位機將測得的數據結果顯示出來。

圖1 控制系統結構圖

這一控制系統通過上位機或者是西門子S7-300PLC控制系統對軸承的溫度（包括減速器輸入軸與輸出軸，電動機軸伸端以及非軸伸端），潤滑設備的工作狀況（溫度、油質情況），減速器冷卻系統的的冷卻水量的問題，以及當系統運行時的減震以及模態振動情況等進行初始的參數設置，比如對這些參數的極限值的設置。一旦設置完成，系統就進入了運行狀態，系統中的一些傳感器諸如流量、位移振動、散熱量等傳感器對三機動力部的相關量進行采集，并且將采集到的數據實時的向上傳回到西門子S7-300PLC控制系統中。而西門子S7-300PLC控制系統具備數據處理功能，能夠對采集來的數據進行計算分析處理，并且通過相關語言開發的操作系統傳給上位機，通過上位機最終顯示出實時采集到的數據。之前已經在系統中設置好了極限值和參考值，系統會將采集到的數據與這些系統進行對比，然后通過向下傳輸實現對破碎機、刮板運輸機以及轉載機遠程控制的目的。

2 硬件選取以及軟件系統設計

2.1 硬件的選取

冶金的特殊環境使得對于系統的檢測和控制比較困難，所以必須對的使用要求、操作環境進行一定的評估，然后選擇合適的硬件系統。硬件是軟件的物質基礎，為整個系統提供了物理基礎。在綜合了的各種因素后，認為文中所設計的控制系統需要具備下面的硬件設備。正如圖1中所顯示的那樣，要想最終將結果顯示出來就要具有上機位，還要有用來進行數據交換的交換機，其功能是用來連接上位機與控制系統進行數據的交換，還有也是本系統的核心：西門子S7-300PLC控制系統，實現總判斷與控制。另外比如要有對破碎機、轉載機、刮板運輸機進行信號的采集與控制的ET200從站，應用于采集數據的系統中的一些諸如流量、位移振動、散熱量等傳感器和用來進行通訊的PROFIBUS總線。

S7-300PLC控制系統的選取。由于生產的特殊要求，譬如信號比較多，所以對三機的工況檢測就提出了要求，要求具有實時性，這就要求控制系統要具有更新速度快的特點，綜合以上各種因素考慮，在本文中選用西門子S7-300PLC模塊化的控制系統。這種系統具備了監測控制系統所需要的對數據和過程處理的反應快速、實時性強等要求得一款中小型的自動化控制系統［3］。這款控制系統操作起來方便、精巧靈活，尤其是其連接系統很是簡便，以及具有無限的模塊插入組態，給用戶帶來了很大的方便。人性化的設計以及交互界面接口服務大大提高了顯示精度與畫面的質量。這一系統自帶有編程軟件，也即STEP7編程軟件。這一款軟件系統能夠方便的對數據進行適當的修改，修改之后可以很順利的對系統參數進行優化設置，使系統的硬件結構得到很大程度的優化性能參數設置，與此同時與上機位建立聯系，并且借助于上機位對系統的需要模塊進行管理，然后顯示出來。

ET200叢臺的選取。在圖1中，最終是想要對刮板運輸機、轉載機以及破碎機三機動力部工況實時的進行監測，需要將三者與S7-300PLC控制系統建立關系。可是假如直接將兩個部分連接起來會出現由于他們的距離遠直接連接會造成布線相當的繁瑣，這樣一來就使得系統看起來不夠簡潔，而且操作起來不夠方便，甚至一旦出現故障給排查故障源都帶來了一定的麻煩，這種狀況實在設計是不愿看到的。為了解決這種矛盾，可以在兩部分之間加接ET200從站。這種器件是分布式的I/O擴展模塊，可以將由傳感器得到的信號直接傳輸到它上一級的控制系統中去，從而解決了上面遇到的問題，使得監測與控制得到了簡化大大增加了效率與信號傳遞的有效性。除了這些優點以外，ET200從站能夠工作于危險的區域，比如將其安裝1區，那么對于最高危險級別的0去的信號可以通過它傳輸出來，為冶金的安全提高做出了貢獻。也為整個系統的連接創造了便利的條件。

傳感器的選擇。系統中的一些諸如流量、位移振動、散熱量等三機動力部的相關變化量是整個系統運行狀況的直接放映。但是這些參數的變化并不能直觀的看見，需要將其轉化成控制系統可以接受的信號數據，這時就需要傳感器這種將變化量轉化為數據信號的器件。本文中選用的傳感器為：GW50（A）型溫度傳感器、ZH7362冶金流量傳感器、GPY6型壓力傳感器等［4］。這些傳感器的應用對于信號采集的重復性是一種有效的辦法，在工業中得到了大量的應用。傳感器將采集到的數據向上傳輸到ET200從站中去，然后在經從站向上傳輸到控制器中，最終實現了控制的目的。

通訊設備的選取。硬件與硬件之間要進行連接，這種連接需要保證在傳輸過程中信號要不失真與泄露，保證信號能夠準確無誤的傳輸。本文中選取PROFIBUS總線，它是一種現場總線系統，能夠保證信號快速傳送的全集成自動化定制系統。它的應用可以實現信號的高速傳送，實現了系統的實時性的特點并且，其信號傳輸并未超出本質安全區域，所以對于冶金的應用來說是能夠滿足的。

2.2 軟件的選取

前面已經提到，西門子S7-300PLC控制系統自帶有編程軟件，也即STEP7編程軟件。這款軟件是在基于VB環境下編寫出來的，它能夠方便地實現對PLC的編程控制。首先控制系統一上來先要進行初始化的設置，然后進行數據的監測，例如對三機的工況情況進行監測，然后通過編程控制系統。然而這一軟件系統對采集來的數據的模擬量不能直接顯示，而是要借助于上位機軟件才能夠顯示出來。

3 實際應用

本文中設計的控制系統進行了實際應用。通過將設計系統安裝于潞安冶金集團司馬煤業從投產以來，運行狀況良好，生產量達到了170多萬噸。這一系統對于之前冶金三機動力部存在的軸承的溫度（包括減速器輸入軸與輸出軸，電動機軸伸端以及非軸伸端），潤滑設備的工作狀況（溫度、油質情況），減速器冷卻系統的的冷卻水量的問題，以及當系統運行時的減震以及模態振動情況等問題的解決具有明顯的優勢，對系統的實時監測很穩定。實際應用發現例如減速器冷卻水水量過少時，系統會第一時間進行預報，顯示減速器冷卻水水量出現異常狀況，隨后系統會自動進行調控水量，防止因為水量過少造成冷卻不及時而對減速器造成破壞。這樣一來，不但節省了當量的人力物力，而且給生產帶了很大的便利與事故的防治監測。對于重特大事故的消除起到了重要作用，實現了企業的有效管理與檢修。

4 結語

冶金的復雜環境造成了對于機械的監測不是很方便，鑒于這種狀況本文提出設計了一套對于冶金的機械動力部工況進行監控的實時監控系統，這一系統基于西門子的S7-300PLC控制系統，最終通過上位機將測得的數據結果顯示出來，并且能夠控制整個機械系統。能夠很方便實現遠距離，精確防止干擾的實現機械系統控制。克服了以往的傳統方法和手段的缺點，并通過結實際在線的應用，表明開發設計的這一實時控制系統能夠滿足實際生產需要，在線運行狀況良好。不但節省了大量的人力物力，而且對于冶金機械安全事故的防治具有重要的意義，保證了設備運行的安全性，實現了企業的有效管理與檢修。

［1］ 王金華. 中國冶金現代化開采技術裝備現狀及其展望［J］. 煤炭科學技術，2011，39（001）： 1～5.

［2］ 陳寇忠，雷汝海，胡志強. 基于S7-300PLC 的煤炭裝車自動控制系統［J］. 煤炭技術，2012，31（005）： 28～30.

［3］ 張宏宇. 冶金綜合機械化采煤工藝研究［J］. 中國新技術新產品，2013 （4）：124～126.

［4］ 劉紅霞，張建鋒. 基于無線傳感器網絡的冶金瓦斯預警系統設計研究［J］. 煤炭技術，2010，29（4）： 33～35.

TH113

1009-797X （2015） 18-0106-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.18.041

陳崢（1985-）男，專科學歷，助理工程師，研究方向為冶金機械類。

2015-08-14