丁集選煤廠裝車平煤裝置自動控制系統(tǒng)的設計與應用

陳 偉

（淮滬煤電有限公司丁集煤礦，安徽 淮南 232100）

引言

煤炭挖掘后的主要環(huán)節(jié)就是外運，煤炭的外運主要由煤礦選煤廠完成，其裝車平煤過程的自動化程度高低直接影響煤炭對各個領域的供應速度。由于裝車設備技術更新慢，現(xiàn)場操作復雜，自動化程度低，人工勞動強度大等一系列問題，選煤廠裝車過程一直是限制煤炭運輸量的重要因素[1-3]。本文以丁集煤礦選煤廠裝車平煤過程為例，通過采用西門子PLC與MCGS組態(tài)軟件對控制系統(tǒng)進行構建，裝車平煤裝置由人工控制到自動控制的改變，實現(xiàn)了對裝車平煤裝置的遠程集中控制。

1 原始裝車過程

原始裝車工藝流程：空皮車進入礦方預定軌道，由火車頭牽引火車車廂進入合適的軌道，停在放煤緩沖倉下；車廂停放合適后，工作人員人工觀察車廂狀態(tài)和位置，手動控制裝車溜槽按鈕，進行煤炭的裝載，煤炭的裝載量由定量倉控制，工作人員看到定量倉數(shù)字已經(jīng)接近裝完后，由工作人員手工掐煤，再進行下一個車廂的裝載。由于工作人員手工掐煤存在誤差，會導致車廂前后裝煤量存在分布不勻、偏載等現(xiàn)象，對煤炭產(chǎn)品的運輸帶來較大風險[4-5]。

滿載的車廂由車頭牽引經(jīng)過平煤器，工作人員判斷平煤板是否到達指定位置，即平煤板放入車廂內，并控制平煤板從車廂前端落下，依靠車廂的向前行駛，平煤板將鏟下凸起的煤炭，平煤板到達車廂尾部時，工作人員人工控制平煤板升起，并觀察下一個車廂平煤板下降的時刻，重復每個車廂的步驟。對于平整過后車廂依然不滿足要求的，需要進行倒車重新進行平整。對于車廂出現(xiàn)虧空問題，需要人工上至車廂頂部進行手工調補空缺，平整好后用白灰做好標記。

2 系統(tǒng)總體設計

本系統(tǒng)建立在對丁集煤礦現(xiàn)有裝車站的改造升級的基礎上，達到提高選煤廠出煤量，降低企業(yè)運行成本的目的。裝車平煤自動控制系統(tǒng)的設計可對車廂位置進行定位、動態(tài)分析裝煤過程、遠程對裝車過程監(jiān)控，利用工業(yè)傳感器對裝車各個環(huán)節(jié)進行定位，提高了自動化程度，減少了人工操作，車廂煤炭量裝載更加準確，實現(xiàn)了煤炭裝車平煤系統(tǒng)的全自動化[6]。

2.1 工作原理

本系統(tǒng)采用多傳感器協(xié)同的方式實現(xiàn)車廂定位，將料斗的人工控制改為自動控制，由PLC進行傳感器信息的讀取，以及數(shù)據(jù)處理后對相應料斗裝置的自動控制。控制平煤板下降到車廂前端位置，車廂相對向前運動，平煤整個車廂后，平煤板自動升起。將車廂移動與煤炭裝滿進行連鎖控制，通過數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)遠程組態(tài)畫面的監(jiān)控，見圖1。

圖1 裝車平煤系統(tǒng)組成

2.2 裝車平煤系統(tǒng)組成

通過對傳統(tǒng)裝車平煤過程的分析得知，控制系統(tǒng)由車廂牽引系統(tǒng)、放煤裝車裝置、裝煤量檢測系統(tǒng)、稱重子系統(tǒng)、平煤裝置、噴灑裝置、上位機控制系統(tǒng)七部分組成[9]。其中車廂牽引系統(tǒng)、稱重子系統(tǒng)、放煤裝車裝置、平煤裝置為選煤廠原有的控制系統(tǒng)，且為本文自動裝車平煤系統(tǒng)的集中控制對象，裝煤量檢測系統(tǒng)、噴灑裝置子系統(tǒng)和上位機控制系統(tǒng)為自動裝車平煤系統(tǒng)新添檢測控制系統(tǒng)。各控制系統(tǒng)按照工藝順序協(xié)同運行，共同完成裝車平煤過程。

3 PLC控制設計

本系統(tǒng)控制采用PLC作為控制核心單元，實現(xiàn)對選煤廠裝車過程、平煤過程以及噴灑過程的自動控制改進。

3.1 PLC模塊選型

通過對選煤廠裝車過程的分析，統(tǒng)計出系統(tǒng)要求的數(shù)字量輸入DI控制口34點，數(shù)字量輸出口DO控制口19點，無模擬量輸入。考慮對改造過程的成本控制，選用西門子S7-1500系列1511-1PN，支持博途V14版本仿真和調試，是S7-300系列的升級版本，集成交換機功能的PROFINET端口，而且集成有16點24 V數(shù)字量輸入和16點24 V數(shù)字量輸出。查詢訂貨號為6ES7 516-3AN01-0AB0。根據(jù)數(shù)字輸入輸出點數(shù)，選用32點24 V數(shù)字量輸入模塊，以及8點數(shù)字量輸出模塊，在提供足夠的輸入輸出點之外，并且可以考慮到10%的備用點。電源可選用西門子1500系列PS 60W的電源，訂貨號6ES7 505-0RA00-0AB0。

3.2 PLC程序設計

裝車平煤過程的運行由PLC各個程序控制，包括料斗控制程序、車廂前進控制程序、卸料口裝車控制程序、平煤裝置運行控制程序、噴灑裝置運行控制程序、絞車故障報警。PLC運行由OB1主程序調用各個子程序運行[10-11]。平煤程序是絞車牽引車廂到達指定平煤位置，自動控制平煤板到達車廂前部，平煤板下降到車廂高度，絞車牽引車廂前進，通過車廂的運動，使得平煤板將多出來的煤鏟平。采用光電傳感器控制平煤板，通過PLC進行延時觸發(fā)平煤板下降。平煤板的位置控制通過限位器進行定位，精確控制平煤板上下移動。

4 MCGS組態(tài)監(jiān)控設計

MCGS被廣泛應用于工業(yè)過程遠程監(jiān)控，可以實時顯示PLC傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并且可以對裝車平煤工藝參數(shù)進行報警和遠程調整。本監(jiān)控系統(tǒng)采用MCGS組態(tài)軟件進行工控人機交互界面的搭建，實現(xiàn)對傳輸皮帶啟停、卸料口開關、噴灑裝置啟停、火車車廂運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。在MCGS工程主界面顯示裝車平煤的整體流程，使用組態(tài)動畫的方式顯示并進行遠程控制。組態(tài)軟件通過圖形工具和元件庫繪制組態(tài)畫面，顯示現(xiàn)場實際設備的工作狀態(tài)。工藝變動情況下，用戶可以通過修改MCGS組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)值來改變PLC設備的工作狀態(tài)，見圖2。

圖2 裝車平煤系統(tǒng)顯示界面

5 應用效果分析

通過調整平煤設備，調整裝車平煤控制條件，應用PLC集中控制、組態(tài)監(jiān)控等技術，實現(xiàn)了丁集選煤廠裝車平煤自動控制與檢測。裝車平煤裝置自動控制系統(tǒng)在丁集選煤廠的應用降低了工人的勞動強度和勞動成本，提高了裝車的精度，具有顯著成效。