基于PLC的煤倉煤位監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)

張雅潔， 張自強(qiáng)

(1.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽 合肥 231603，2.合肥財(cái)經(jīng)職業(yè)學(xué)院,安徽 合肥 230601)

煤炭生產(chǎn)中礦井下煤倉的供煤皮帶機(jī)(轉(zhuǎn)載皮帶機(jī))、吐煤給煤機(jī)以及煤倉的煤量為人工操作控制，給煤機(jī)司機(jī)在煤倉下口，不能及時(shí)獲得煤倉上口的情況，只能由上口人員通過電話聯(lián)系通知，但也不能確定煤倉內(nèi)的具體情況。實(shí)際監(jiān)控、操作過程中勞動強(qiáng)度大，而且極易出現(xiàn)誤判誤操作，造成滿倉溢出煤倉后需人工和時(shí)間清理；也容易出現(xiàn)煤倉空倉，造成煤流直接沖擊煤倉底部，損壞給煤機(jī)。出現(xiàn)空倉和滿倉等情況對輸煤系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響，從而影響生產(chǎn)。因此，對煤倉煤位的實(shí)時(shí)監(jiān)控及控制尤為重要，本文以山西嵐縣昌恒煤焦有限公司某礦為研究對象，開發(fā)設(shè)計(jì)一套以西門子S7-200PLC為核心的煤倉煤位監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示煤倉煤位、自動控制給煤機(jī)及轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)的自動啟停功能以及控制與監(jiān)視一體化。

1 系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能

系統(tǒng)的主要功能如下：①實(shí)時(shí)顯示煤倉煤位；②當(dāng)煤位高于高設(shè)定值或低于低設(shè)定值時(shí)，聲光報(bào)警器報(bào)警；③系統(tǒng)具有低煤位停給煤機(jī)；(可以更好的保護(hù)緩沖倉不被砸壞)；④系統(tǒng)具有高煤位停轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)的功能；(這樣不會滿眼，堆煤，減少了清理人員的勞動力)；⑤系統(tǒng)具有解除報(bào)警、應(yīng)急狀態(tài)開車功能；⑥系統(tǒng)具有就地手動控制和遠(yuǎn)程自動及手動控制；⑦系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面。

2 系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)的組成如圖1所示。主要包括物位儀、可編程控制箱、環(huán)網(wǎng)及上位機(jī)，說明如下：

圖1 系統(tǒng)框圖

(1)數(shù)據(jù)采集。利用雷達(dá)物位傳感器采集煤倉煤位數(shù)據(jù)信號，探頭發(fā)出高頻脈沖，當(dāng)脈沖遇到煤倉煤表面時(shí)反射回來被儀表內(nèi)的接收器接收，并將脈沖信號轉(zhuǎn)化為煤倉煤位信號。

(2)可編程控制箱。核心部件采用西門子200系列的S7-226PLC及EM231模擬量輸入模塊，用來接入傳感器信號及控制給煤機(jī)和轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)。

(3)系統(tǒng)顯示。包括井下觸摸屏顯示及集控中心上位機(jī)界面顯示，井下觸摸屏顯示采用昆侖通態(tài)TPC1061Ti觸摸屏和報(bào)警裝置作為輸出原件，實(shí)現(xiàn)煤倉煤位、給煤機(jī)及轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)的實(shí)時(shí)顯示，并按設(shè)定發(fā)出報(bào)警信號。

(4)信號傳輸。采用工業(yè)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，上位機(jī)通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)和可編程控制箱進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)運(yùn)程監(jiān)控。

2.2 煤倉煤位控制要求

本系統(tǒng)中有1個(gè)井下煤倉，并且供煤皮帶機(jī)甲和吐煤給煤機(jī)乙連接。要求煤倉出現(xiàn)滿倉時(shí)供煤皮帶機(jī)甲自動停車，不影響吐煤給煤機(jī)乙運(yùn)行；煤倉即將放空前，吐煤給煤機(jī)乙自動停車，不影響供煤皮帶機(jī)甲運(yùn)行；同時(shí)為滿足提醒需要，在滿倉、空倉設(shè)備動作前要有報(bào)警功能。通過監(jiān)測點(diǎn)實(shí)測，煤倉煤位高度h，滿足h=25m，即將滿足，設(shè)為甲停車煤位；h=4m時(shí)，可減少煤流對煤倉底部沖擊，可以保護(hù)底部設(shè)備，設(shè)為乙停車煤位；4m

2.3 項(xiàng)目實(shí)施

(1)硬件電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)核心部件主要采用西門子S7-200系列的226、EM231模擬量輸入模塊、CP243通信模塊。

(2)軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)包括3部分：①下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。利用西門子S7-200編程軟件對下位機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，程序主要由主程序、初始化程序及子程序構(gòu)成，其中子程序又包括煤位報(bào)警程序、給煤機(jī)控制程序和皮帶機(jī)控制程序。②觸摸屏界面顯示設(shè)計(jì)。利用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行觸摸屏顯示界面設(shè)計(jì)，顯示畫面中包括：煤位實(shí)際采集量、煤位實(shí)際輸出值、給煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、轉(zhuǎn)載皮帶運(yùn)行狀態(tài)、煤位高報(bào)警、煤位低報(bào)警、煤位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和動態(tài)畫面、年月日時(shí)分秒時(shí)間顯示、設(shè)定煤位參數(shù)及在煤位低于4m時(shí)，屏蔽開機(jī)的煤位屏蔽指示。

給煤機(jī)運(yùn)行時(shí),4m>煤位>25m,畫面中皮帶機(jī)動態(tài)的運(yùn)行狀態(tài)。皮帶機(jī)動態(tài)畫面制作，是利用兩副重疊畫面根據(jù)計(jì)數(shù)1=1和計(jì)數(shù)1=0進(jìn)行隱現(xiàn)產(chǎn)生的視覺效果，使的皮帶機(jī)畫面出現(xiàn)轉(zhuǎn)動的效果。具體如圖2所示。③上位機(jī)監(jiān)控界面。上位機(jī)監(jiān)控界面集成到集控中心畫面內(nèi)，利用iFIX軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),界面如圖3所示。

圖2 觸摸屏顯示畫面

圖3 上位機(jī)監(jiān)控畫面

3 方案成效

該系統(tǒng)的投入運(yùn)行減少了現(xiàn)場操作人員，為該礦每年至少減少30萬元的人員工資，同時(shí)提高了生產(chǎn)效益，每年至少為該礦生產(chǎn)提高100萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 論

減員增效、降低生產(chǎn)成本，井下煤倉煤位監(jiān)控系統(tǒng)的投入使用，消除了人員操作失誤造成的安全隱患，為礦井下緩沖倉安全運(yùn)行提供了有力的保障，從根本上解決了煤倉運(yùn)行存在的各種隱患，從而進(jìn)一步提高了礦井自動化的生產(chǎn)水平。