基于PLC的煤礦配煤裝車系統(tǒng)探討

邢攀

摘要：煤炭被稱為工業(yè)的糧食，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)步伐的不斷前進(jìn)，煤炭開采量持續(xù)上升，煤礦開采加工企業(yè)每日運(yùn)輸?shù)拿禾抠Y源多達(dá)數(shù)十萬噸。可見，煤礦開采加工企業(yè)的單日裝卸配煤任務(wù)量很大。基于此，文章探討了煤礦配煤裝車系統(tǒng)的構(gòu)成及控制原理，基于PLC對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：PLC;煤礦;配煤裝車;控制系統(tǒng)

由于煤礦企業(yè)的煤礦裝卸及配煤任務(wù)十分繁重，而煤礦運(yùn)輸車輛的運(yùn)行速度、電液推桿下料速度直接影響到煤礦裝卸配煤效率。傳統(tǒng)的裝車配煤操作因?yàn)槿斯げ僮髌顚?dǎo)致的煤炭資源浪費(fèi)非常嚴(yán)重，急需提升煤礦裝車配煤自動(dòng)化、智能化水平，這樣能夠有效降低生產(chǎn)成本，減少煤炭資源浪費(fèi)。[1]因此煤礦企業(yè)應(yīng)該重視自動(dòng)配煤裝車系統(tǒng)的建設(shè)。而PLC體積小巧，可靠性好，可以靈活組合，只需要修改程序就可以調(diào)整控制功能，同時(shí)還具備計(jì)算、通信等功能，因此可以利用PLC實(shí)現(xiàn)煤礦自動(dòng)裝車配煤。

1基于PLC的配煤裝車系統(tǒng)構(gòu)成

以PLC為基礎(chǔ)的煤礦配煤裝車系統(tǒng)主要包括電子皮帶秤、電液推桿、牽引絞車、輸煤給煤裝置、傳感器、操作臺(tái)、PLC控制裝置等部分。[2]PLC是系統(tǒng)的控制核心，調(diào)速器控制絞車和煤車，皮帶機(jī)將煤運(yùn)輸至電液推桿中，通過皮帶秤獲取相應(yīng)的電流、電壓信號(hào)，然后配煤皮帶機(jī)將煤倉中的煤運(yùn)輸至裝車皮帶機(jī)。煤炭運(yùn)輸車的位置信息通過位置傳感器獲取并輸送至PLC，由PLC控制皮帶機(jī)啟停。基于PLC的配煤裝車系統(tǒng)控制原理是通過控制配煤比例、灰分含量來實(shí)現(xiàn)給煤量的控制。因此，可以將核子秤、分灰儀設(shè)置在皮帶下，通過采樣獲得灰分值，根據(jù)灰分參數(shù)、煤炭比例參數(shù)，結(jié)合實(shí)際，計(jì)算并設(shè)定煤炭流量，同時(shí)將灰分、煤成分等信息輸送到上位機(jī)，最終得到科學(xué)的配煤方案，并下達(dá)指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配煤。

2基于PLC的配煤裝車控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1PLC選型

在工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域PLC的應(yīng)用非常廣泛。在設(shè)計(jì)基于PLC的配煤裝車控制系統(tǒng)時(shí)，可以選擇具有強(qiáng)悍運(yùn)算能力的S7-300系列PLC。該系列PLC采用模塊化無風(fēng)扇設(shè)計(jì)，擴(kuò)展性強(qiáng)、通信能力良好。CPU可以選用CPU315-2DP，其運(yùn)算能力較高。

2.2輸入輸出接口IO口設(shè)計(jì)

煤礦配煤裝車控制系統(tǒng)需要監(jiān)控的可變量主要包括儲(chǔ)煤倉的煤儲(chǔ)量;回路的電壓、電流及其他電訊號(hào)、輸送機(jī)、給煤機(jī)的運(yùn)行參數(shù)、皮帶秤、電子軌道衡的參數(shù)等。[3]使用料位計(jì)監(jiān)控儲(chǔ)煤倉的煤儲(chǔ)量;回路的電壓、電流及其他電信號(hào)則可以通過RS-485接口傳輸?shù)街骺豍LC;利用集控系統(tǒng)監(jiān)控輸送機(jī)、給煤機(jī)的運(yùn)行參數(shù);利用傳感器及AD、DA模塊傳輸電子軌道衡、皮帶秤數(shù)據(jù)。考慮到設(shè)備擴(kuò)展需要做好通道設(shè)計(jì)，按照系統(tǒng)實(shí)際配置分配輸入、輸出信號(hào)。

2.3外部接線設(shè)計(jì)

（1）電源。PLC電源是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。運(yùn)行穩(wěn)定可靠的電源是保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本前提。因此PLC生產(chǎn)商十分重視PLC電源設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。通常PLC電源的交流電壓變動(dòng)范圍控制在+10%～+15%內(nèi)，可以直接將PLC連接到交流電網(wǎng)，一般采用220V交流電。

（2）I＼＼O模塊是PLC連接外部設(shè)備的重要橋梁。輸入接口用于接收輸入設(shè)備，如傳感器輸送的控制信號(hào)。在設(shè)計(jì)I＼＼O模塊時(shí)要重視設(shè)備兼容性的測試，同時(shí)還要考慮負(fù)載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的影響。輸出接口的主要作用是輸出經(jīng)主機(jī)處理后的結(jié)果，驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備，如電磁閥。

（3）抗干擾。為了有效減少電壓波動(dòng)、工頻干擾，可以設(shè)置交流穩(wěn)壓器、隔離變壓器，并進(jìn)行濾波，全部屏蔽層都要做好接地。

3基于PLC的配煤裝車控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1PLC軟件設(shè)計(jì)

本文選用的是S7-300型PLC，該型號(hào)PLC可以通過STEP7實(shí)現(xiàn)編程。STEP7軟件能使用語言表、梯形圖實(shí)現(xiàn)離線編程，代碼經(jīng)過編譯載入PLC，調(diào)試運(yùn)行，可以監(jiān)測輸入、輸出點(diǎn)通斷情況并進(jìn)行調(diào)整，極大地方便了工作人員。[4]依照煤礦自動(dòng)裝車工藝流程，該程序采用模塊化編程，由主程序，多個(gè)子程序構(gòu)成。

（1）初始化程序。初始化程序主要作用是給出系統(tǒng)控制變量，煤炭運(yùn)輸車的長度，車廂數(shù)量、牽引絞車初始速度等參數(shù)。

（2）主程序。主程序主要作用是調(diào)用主要各個(gè)子程序的調(diào)用。如放料、裝車、稱重、輸送等過程的相關(guān)子程序都需要通過主程序加以調(diào)用。例如，料位計(jì)會(huì)每隔一定時(shí)間向PLC輸送一次裝煤量參數(shù)，便于控制系統(tǒng)控制絞車速度。

（3）啟停程序。在PLC控制程序中，需要確保下級(jí)設(shè)備順利啟動(dòng)的前提下，上級(jí)執(zhí)行命令才有效;如果下級(jí)設(shè)備發(fā)生故障則自動(dòng)停止，并報(bào)警。

3.2上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)采用組態(tài)軟件WinCC，該軟件適用范圍大、可靠性很好，界面簡潔，最關(guān)鍵的是可以改變驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)兼容。WinCC自身就帶有S7300PLC的驅(qū)動(dòng)程序，因此本文研究的配裝車系統(tǒng)中很容易連接PLC與上位機(jī)。WinCC提供了相應(yīng)的通信驅(qū)動(dòng)程序，支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以建立和S7-300PLC的通信。具體流程為：通過通信驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行WinCC變量獲得所需變量值。通信驅(qū)動(dòng)程序經(jīng)由通道單元構(gòu)建WinCC、過程處理之間的接口。通信驅(qū)動(dòng)程序向PLC發(fā)送請(qǐng)求消息，過程值回傳至WinCC，從而實(shí)現(xiàn)WinCC、PLC之間的通信。建立通信的基本步驟包括：第一步，建立物理連接;第二部，選用適當(dāng)?shù)耐ǖ莉?qū)動(dòng)程序;第三部，在相應(yīng)的通道單元下建立連接;第四部，在連接下建立變量。

4結(jié)語

綜上所述，本文探討的煤礦配煤裝車系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)思路是結(jié)合煤礦實(shí)際生產(chǎn)需求，利用PLC、上位機(jī)聯(lián)控制方式實(shí)現(xiàn)煤礦礦車自動(dòng)配煤裝車。在設(shè)計(jì)中采用模糊控制的方法實(shí)現(xiàn)放料門控制，有效提高了裝車作業(yè)的效率。除此以外，可編程控制器PLC具備計(jì)算、邏輯功能，PLC編程簡單，高效，靈活，便于修改，大大提高了PLC的操作性。基于PLC設(shè)計(jì)煤礦配煤裝車系統(tǒng)可以提高煤礦企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息化管理水平，促進(jìn)煤礦生產(chǎn)效率的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]王浩然，尉濤，宗加銀.裝車站自動(dòng)配煤控制系統(tǒng)的研究及應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電，2017（6）：53-56.

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[3]宋鵬.洗煤廠裝車系統(tǒng)自動(dòng)配煤過程控制及其算法的研究[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2011.

[4]申小玲，牟明福.基于PLC的煤礦配煤裝車系統(tǒng)研究[J].煤礦機(jī)械，2013，34（9）：248-249.