達 峰

(中國礦業(yè)大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院,江蘇省徐州市,221116)

★煤炭科技·機電與信息化★

煤炭快速裝車站抑塵劑噴灑裝置自動控制系統(tǒng)的設(shè)計

達 峰

(中國礦業(yè)大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院,江蘇省徐州市,221116)

介紹了快速裝車站抑塵劑噴灑裝置以液壓站作為動作執(zhí)行元件的動力源,實現(xiàn)大臂和噴頭回轉(zhuǎn)、起降、上下等功能。電氣控制系統(tǒng)采用光電傳感器、超聲波傳感器、位移傳感器等收集列車運動時車廂的動作信號和抑塵劑自動噴灑裝置執(zhí)行元件動作信號,通過PLC的處理轉(zhuǎn)化,利用全自動的人性化界面操作,實現(xiàn)抑塵劑的自動噴灑。

快速裝車站 抑塵劑 噴灑 控制系統(tǒng) PLC

1 概述

快速裝車站抑塵劑噴灑裝置是專門針對地面定量快速裝車站的實際情況和具體要求而設(shè)計,適用于煤礦、選煤廠等鐵路運輸快速裝車站,可以自動向裝煤車廂內(nèi)煤表面噴灑抑塵劑,使車廂內(nèi)煤表面固化,在運輸過程中不起煤塵,從而達到保護鐵路周邊環(huán)境,減少煤炭運量損失的目的。

該系統(tǒng)采用機電液結(jié)合集中控制的方式,并在系統(tǒng)的設(shè)計中充分考慮了嚴(yán)寒、粉塵、濕氣大、抑塵劑腐蝕性較強等工作現(xiàn)場的惡劣條件情況。該裝置以液壓站作為動作執(zhí)行元件的動力源,實現(xiàn)大臂和噴頭回轉(zhuǎn)、起降、上下等功能。電氣控制系統(tǒng)采用光電傳感器、超聲波傳感器、位移傳感器等收集列車運動時車廂的動作信號和抑塵劑自動噴灑裝置執(zhí)行元件動作信號,通過PLC的處理轉(zhuǎn)化,利用全自動的人性化界面操作,實現(xiàn)抑塵劑的自動噴灑。

2 控制系統(tǒng)要求

2.1 系統(tǒng)工藝要求

(1)自動識別機車車頭,車頭駛過時噴灑裝置自動旋轉(zhuǎn)90°進入噴灑位置。

(2)自動識別車廂型號,噴頭自動進入相應(yīng)車廂高度位置。(3)自動識別車廂到位,噴頭自動開始噴灑。(4)自動識別車廂空當(dāng),噴頭自動停止噴灑,噴頭外罩自動旋轉(zhuǎn)90°,防止漏液。

(5)自動識別下一車廂到位,噴頭自動開始噴灑,進入車廂循環(huán)噴灑。

(6)自動識別最后一節(jié)車廂,噴灑停止后噴頭自動歸位,噴灑裝置歸位。

2.2 其他要求

(1)自動識別車頭、車廂和空當(dāng),并可為噴灑噴頭電磁閥打開和關(guān)閉提供信號,保證噴頭電磁閥及時開閉,保證噴灑效果,不浪費液體。

(2)噴灑能實現(xiàn)手動和自動兩種控制方式,在自動控制方式下能根據(jù)列車行走速度及方向進行自動啟、停噴灑,并能根據(jù)情況人為改變噴灑量。

(3)噴灑支架控制。通過液壓馬達拖動支架立柱旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)大臂從停放位置向左或向右90°旋轉(zhuǎn),進入噴灑工作位置。向左或向右旋轉(zhuǎn)由火車車頭光電信號確定。旋轉(zhuǎn)范圍180°,液壓驅(qū)動,工作高度滿足C62(高3.1 m)～C80(高3.85 m)車廂的高度,噴灑時噴頭須接近距車廂上沿10～20 cm。

(4)噴頭升降裝置控制。噴頭升降通過變速升降油缸來實現(xiàn)。變速升降油缸行程可隨車廂型號的不同而自動改變。

(5)反沖主管道通過閘閥和主管路連接,可自動進行管路反沖洗。

(6)噴頭外罩可自動旋轉(zhuǎn),以保證噴灑液不外漏到車廂連接處的空當(dāng)。

(7)液壓系統(tǒng)泵自動啟停,雙泵一備一用,可根據(jù)具體情況人為切換或自動切換。

(8)噴灑實現(xiàn)變頻恒壓控制。(9)實現(xiàn)對噴灑過程的監(jiān)控。

(10)計量裝置應(yīng)能實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動保存、查詢、打印功能;數(shù)據(jù)保存時間為兩年;可手動按時間檢索,隨時打印。

3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

使用德國西門子公司PLC為主控核心,完成順序控制和自動控制,提高了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)配置日本富士公司交流變頻器,實現(xiàn)抑塵劑自動恒壓噴灑控制和多方位旋轉(zhuǎn)噴灑控制,具有良好的控制性能和節(jié)能效果,同時實現(xiàn)大容量水泵平滑啟動,避免對電網(wǎng)的啟動沖擊。

3.1 組成結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)由控制柜和操作臺組成。控制柜為前開門結(jié)構(gòu),前門布置控制按鈕、二次儀表、操作器、報警裝置、手動控制開關(guān)、電機運行指示燈和電壓電流顯示儀表,柜中安裝主控PLC等控制部件,內(nèi)裝刀閘開關(guān)、空氣斷路器、交流接觸器、變頻器等元件,變頻器是電機進行無級調(diào)節(jié)和實現(xiàn)節(jié)能運行的關(guān)鍵變換驅(qū)動裝置。操作臺布置控制開關(guān)、工控機,其中工控機是核心,對系統(tǒng)進行監(jiān)控操作。抑塵控制系統(tǒng)流程圖見圖1。

圖1 抑塵系統(tǒng)流程圖

3.2 控制功能的實現(xiàn)

PLC的CPU模塊通過專用電纜接智能數(shù)字監(jiān)控儀和工控機。CPU模塊的輸入端接旋鈕、按鈕、接近開關(guān)和光電開關(guān)等輸入元件,輸出端接接觸器、繼電器、電磁閥和指示燈等輸出元件。PLC的模擬量輸入模塊接溫度變送器、壓力變送器和電磁流量計等傳感器。

(1)三組紅外對射式光電開關(guān);二組用于測車廂的進入和離開,發(fā)出噴液電磁閥啟、停信號;一組用于識別火車頭。

(2)大臂向左或向右旋轉(zhuǎn)由火車車頭光電信號確定。

(3)噴灑電磁閥與噴頭外罩旋轉(zhuǎn)電機建立連鎖,噴灑電磁閥停,則噴頭外罩旋轉(zhuǎn)電機旋轉(zhuǎn)90°。

(4)接近開關(guān)用于感知旋轉(zhuǎn)大臂旋轉(zhuǎn)角度,確保大臂到位后噴灑,無車時歸位。

(5)溫度變送器用于測量環(huán)境溫度,它與機車類別信息共同作用自動給出噴液量。

(6)壓力變送器用于反饋管網(wǎng)壓力,PLC程控系統(tǒng)通過P ID調(diào)節(jié),經(jīng)變頻器實現(xiàn)水泵電機動態(tài)調(diào)速,達到液流系統(tǒng)壓力恒定。

(7)超聲波距離傳感器用于在失電或故障狀態(tài)下發(fā)出大臂抬起信息。

(8)直線位移傳感器用于感知噴頭的具體位置,以使噴頭位置隨車廂型號而自動變化。

(9)超聲波流量計用于計量抑塵劑使用量,并在流量小于設(shè)定值時自動啟動反沖洗泵,對管路進行反沖洗。

(10)采用滿足夜間監(jiān)控要求的紅外線攝像頭,并帶有自清掃功能,控制室內(nèi)監(jiān)視器選用壁掛式17英寸液晶顯示器。

(11)上位機用于對系統(tǒng)進行監(jiān)控操作,其中包括設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控、參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)的控制操作等。

具體的畫面設(shè)計:流程畫面(流程和參數(shù)),運轉(zhuǎn)準(zhǔn)備畫面(電氣條件、機械條件、液壓條件),參數(shù)設(shè)置、操作畫面,傳動系統(tǒng)監(jiān)控(傳動裝置狀態(tài)、參數(shù)),液壓系統(tǒng)及泵站監(jiān)視畫面及故障分類報警畫面。

3.3 PLC程序

(1)車頭的判斷。由于使用對射式光電開關(guān),而同一火車頭的寬度是變化的,這樣在車頭運行中對射式光電開關(guān)容易誤動作,為防止錯誤發(fā)生,在PLC梯形圖編制時對車頭有無判斷增加了0.5 s的保持確認(rèn)。即在檢測到車頭對射式光電開關(guān)動作脈沖的下降沿后且保持無變化狀態(tài)0.5 s后,程序才發(fā)出大臂旋轉(zhuǎn)指令。

(2)車廂的判斷。因為有些車廂尾端有手輪、吊鉤等副件,為防止在兩節(jié)車廂中漏液,使用了前后兩組相距0.4 m的對射式光電開關(guān),在PLC梯形圖編制時,對前一節(jié)車箱尾端判斷是在檢測到第二組車廂對射式光電開關(guān)動作脈沖的下降沿時,發(fā)出噴灑電磁閥關(guān)斷指令;對后一節(jié)車箱首端判斷是在檢測到兩組車廂對射式光電開關(guān)都動作時,發(fā)出噴灑電磁閥開啟指令。

(3)大臂的自動調(diào)整。在不同車型下,大臂的自動調(diào)整采用直線位移傳感器動態(tài)檢測控制大臂高度,直線位移傳感器采用4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)輸出方式,利用PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊數(shù)字化顯示大臂在線高度,動態(tài)調(diào)節(jié)大臂的高度,以滿足不同車型的需求。

(4)固化劑噴灑壓力的恒壓調(diào)節(jié)。系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境溫度,自動給出噴灑需求壓力,將壓力傳感器輸入壓力作為反饋信號,運用PLC的數(shù)字P ID技術(shù),實現(xiàn)不同環(huán)境溫度下噴灑壓力的恒壓動態(tài)調(diào)節(jié)。

3.4 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用西門子S7-200系列中的216高端PLC,上位機組態(tài)軟件采用組態(tài)王128點6.35軟件平臺,PLC與上位機通訊采用PC-PPI通訊方式;PLC與裝車站控制系統(tǒng)通訊采用Profibus-DP方式,控制采用手/自動選擇模式。

當(dāng)設(shè)備調(diào)試、或檢測元件故障、或一列火車中含有不確定車皮時,操作人員可選擇系統(tǒng)手動模式作為臨時操作,但此操作必需是操作人員全程跟蹤;當(dāng)設(shè)備正常時,操作人員選擇自動模式,系統(tǒng)可根據(jù)裝車站下傳的車型參數(shù)和環(huán)境溫度,全自動控制噴灑系統(tǒng)中各單機設(shè)備的運行。與此同時上位機把含有噴液量、噴灑時間、驅(qū)動設(shè)備運行狀態(tài)等參數(shù)的文件上傳裝車站控制系統(tǒng),為實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)管理提供了基礎(chǔ)平臺。

當(dāng)系統(tǒng)接到裝車站下傳的車型參數(shù)和環(huán)境溫度等參數(shù)且控制方式在自動選擇模式時,系統(tǒng)程序執(zhí)行如下操作:

(1)開啟液壓油泵,打開大臂升降油缸電磁閥,根據(jù)升降位移傳感器的反饋量與程序中設(shè)定的相應(yīng)車型的噴灑高度參數(shù)相比較,使大臂高度達到動態(tài)平衡。

(2)開啟固化劑供給泵,依據(jù)壓力傳感器反饋量與程序中預(yù)制的不同溫度下的壓力設(shè)定量,運用P ID調(diào)節(jié)原理,實現(xiàn)固化劑恒壓供給。

(3)當(dāng)程序認(rèn)定火車頭已駛過時,打開大臂旋轉(zhuǎn)馬達,大臂順時針旋轉(zhuǎn)90°,其定位停止由支撐大臂立柱上的兩個接近開關(guān)(原點位一個,90°位一個)感知。當(dāng)程序認(rèn)定大臂旋轉(zhuǎn)到位且第一節(jié)車廂首端已進入,自動順時針旋轉(zhuǎn)噴頭外罩90°,打開噴灑電磁閥,進行恒壓噴灑;當(dāng)程序認(rèn)定進入車廂尾端時,自動逆時針旋轉(zhuǎn)噴頭外罩90°,關(guān)閉噴灑電磁閥;當(dāng)程序檢測到火車兩組光電開關(guān)全部由高電平變?yōu)榈碗娖?且保持狀態(tài)3 min以上時,程序認(rèn)定此列火車已全部通過,打開大臂旋轉(zhuǎn)馬達,大臂逆時針旋轉(zhuǎn)90°,到原點后停止。進入下一輪循環(huán)。

(4)在噴灑的全過程中,PLC程序?qū)姙⒘髁縿討B(tài)跟蹤,實時累計,以壓力、溫度、車型、班次、日期等形成報表文件。

4 結(jié)語

實踐證明,抑塵劑噴灑裝置自動控制系統(tǒng)在地面快速裝車站的成功應(yīng)用,不但達到了最初設(shè)計要求,而且還從技術(shù)、經(jīng)濟等方面有了較大的提高。它的應(yīng)用不但減少了抑塵劑的消耗,提高了噴灑質(zhì)量和噴灑效率,更大大降低了勞動強度,減少了人員的使用,有很好的經(jīng)濟和社會效益,從而為抑塵劑噴灑裝置的推廣應(yīng)用起了極大的推動作用。

[1]吳清平.快速定量裝車站液壓系統(tǒng)的安裝和調(diào)試[J].煤礦機械,1997(2)

[2]耿德玉.選煤廠外運裝車站集控系統(tǒng)的研究[J].山西煤炭,2008(6)

(責(zé)任編輯 張艷華)

Design of dust suppression agent sprinkling system automation control for use at fast coal loading stations

Da Feng
(School ofApplied Technology,China University ofMining and Technology,Xuzhou,Jiangsu province 221116,China)

In this paper,a description is provided about the use of hydraulic station as the power source for the manoeuvring of coal fast loading stations’dust suppression agent sprinkling system.This is to realize the working arm and sprinkling head’s slewing,up-and-down and relevant actions.The electrical control system uses photoelectric sensors,ultrasonic wave sensors,displacement sensors to collect the manoeuvring signalsof the train carriages inmovement aswell as themanoeurving signalsof the automatic dust suppression agent sprinkling apparatuses.All these signals are processed by the PLC.On manipulation on the all automatic human-friendly interface,automatic dust suppression agent sprinkling is realized.

fast loading station,dust suppression agent,sprinkling,control system,PLC

TD714.4

B

達峰(1988-),男,山西太原人,主要從事自動化控制的研究應(yīng)用。