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        基于PLC的輸煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

        2013-08-15 00:48:29雷振偉
        河南科技 2013年7期
        關(guān)鍵詞:皮帶機(jī)皮帶報(bào)警

        雷振偉

        (鄭州煤炭工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司,河南 鄭州 450042)

        1 PLC的概念及發(fā)展

        PLC是一專門為在工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。其運(yùn)用儲存器執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)等操作指令。并通過數(shù)字或模擬輸入輸出來對各類機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。早期的PLC稱為可編程邏輯控制器,它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展,采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制裝置功能已大大超過了邏輯控制,從而如今的裝置稱為可編程控制器,簡稱PC,為了與個人電腦區(qū)分,所以仍然把它叫做PLC。

        2 控制對象分析

        某系統(tǒng)共有12條皮帶組成,一共2個煤場,用來儲存來煤。系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先要對來煤進(jìn)行卸煤控制,斗輪機(jī)的堆煤和取煤通常由其自己的PC控制按照控制順序和連鎖關(guān)系進(jìn)行控制。煤從煤場、碼頭或者火車站通過皮帶運(yùn)輸機(jī)送往轉(zhuǎn)運(yùn)站,然后再由轉(zhuǎn)運(yùn)站皮帶給煤機(jī)的不同運(yùn)行方式和擋板的不同位置將煤運(yùn)送到下一條皮帶運(yùn)輸機(jī),再經(jīng)過碎煤房,最終將煤送到燃料倉庫。這個過程控制主要通過選擇輸煤順序,在相對應(yīng)的連鎖條件下,實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)的啟動、停止和保護(hù)(皮帶運(yùn)輸機(jī)的保護(hù)有:撕帶保護(hù)、速度保護(hù)、跑偏保護(hù)、超載保護(hù)等),自動確定皮帶給煤機(jī)的運(yùn)行方向和擋板位置,并對設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視,發(fā)送報(bào)警信號。燃料倉庫是否需要加煤由煤倉的煤位決定,當(dāng)煤倉出現(xiàn)低煤位時(shí),因及時(shí)加煤;當(dāng)煤倉出現(xiàn)高煤位時(shí),應(yīng)停止加煤,換其他煤倉加煤。燃料倉庫加煤由皮帶上的犁煤器來實(shí)現(xiàn),它屬于輸煤控制的一部分,但必須參與系統(tǒng)的連鎖運(yùn)行。皮帶能否正常運(yùn)行需要傳感器來檢測,需要對皮帶進(jìn)行各種必要的保護(hù),遇故障能及時(shí)報(bào)警處理。

        3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要

        3.1 皮帶機(jī)設(shè)計(jì)

        本設(shè)計(jì)由于皮帶機(jī)較多,系統(tǒng)工作可選情況也較多。對皮帶機(jī)需要設(shè)計(jì)的內(nèi)容是互為備用的12條皮帶機(jī)運(yùn)煤系統(tǒng)。對皮帶機(jī)啟動、停車的順序設(shè)計(jì)。需要對其進(jìn)行PLC編程,上位機(jī)監(jiān)控皮帶的運(yùn)行情況。

        3.2 傳感器設(shè)計(jì)

        為了使輸煤系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠的運(yùn)行,避免在運(yùn)作工程中無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。所以必須有大量的傳感器對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行檢測,并將檢測信號及時(shí)傳輸給PLC,以便于及時(shí)排除故障。

        3.3 擋板設(shè)計(jì)

        一條皮帶機(jī)出現(xiàn)故障需要啟用備用皮帶時(shí),這時(shí)就需要將煤流切換到備用皮帶進(jìn)行運(yùn)輸,這就需要由擋板來切換煤流運(yùn)送方向。同時(shí)煤流需要完成正反轉(zhuǎn)。

        4 硬件設(shè)計(jì)

        4.1 速度保護(hù)

        (1)選型:GSH5。

        (2)接線端口:數(shù)字量接口DI。

        (3)工作原理:GSH5型速度傳感器為礦用本質(zhì)安全型,適用于煤礦井下有煤塵、瓦斯爆炸性氣體環(huán)境,作為皮帶機(jī)速度檢測、低速打滑、斷帶保護(hù)裝置。將磁鋼固定到從動面,將傳感器固定在機(jī)架上,感應(yīng)端靠近磁鋼。皮帶電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后,按下標(biāo)定按鈕即可。當(dāng)傳感器靠近磁鋼時(shí),傳感器接收到來自磁鋼的的頻率信號,傳感器根據(jù)額定值進(jìn)行對比,正常時(shí)輸出高電平,當(dāng)不符合額定值時(shí)輸出低電平,并有脈沖信號輸出,從而進(jìn)行報(bào)警保護(hù)。

        (4)主要技術(shù)參數(shù)

        額定電壓:12VDC;工作電流:≤80mA;基本誤差:±2.5%;線性誤差:±2.5%;重復(fù)性:1.5%;回程誤差:2.5%;測量范圍:0~4r/s;環(huán)境溫度:0~40℃;相對濕度:≤98%;線制:二線制;相應(yīng)時(shí)間:不大于1秒;輸出狀態(tài)的電流信號:恒流信號5mA/1mA。

        4.2 跑偏保護(hù)

        (1)選型:GEJ(A)。

        (2)接線端口:數(shù)字量接口DI。

        (3)工作原理:GEJ(A)型跑偏傳感器適用于煤礦井下含有爆炸性氣體的環(huán)境以及露天煤礦、選煤廠等工作場所,作為礦用帶式傳送機(jī)保護(hù)裝置的跑偏保護(hù)信號檢測用。跑偏傳感器分別安裝于皮帶機(jī)頭部與機(jī)尾部兩側(cè)的機(jī)架上。傳感器軸輥在正常狀態(tài)下,軸輥與皮帶邊緣線垂直,兩者間距離大約為5cm。當(dāng)皮帶發(fā)生跑偏時(shí),當(dāng)軸輥擺動角≥25°時(shí),第一級微動開關(guān)動作,發(fā)出預(yù)警信號,當(dāng)軸輥擺動角≥35°時(shí),第二級微動開關(guān)動作,切斷皮帶機(jī)控制回路停機(jī)或控制站發(fā)出跑偏故障信號。當(dāng)故障排除后,跑偏傳感器軸輥又恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。

        (4)主要技術(shù)參數(shù)

        工作電壓:24VDC;工作電流:0.5A;觸點(diǎn)動作時(shí)軸輥擺動角度:一級25°二級35°;探桿動作力:20N~100N;接點(diǎn)接探電阻≤0.1Ω,振動、沖擊后≤0.2Ω。

        4.3 撕帶保護(hù)

        (1)選型:GVD1200。

        (2)接線端口:數(shù)字量接口DI。

        (3)工作原理:將撕裂傳感器兩根引出線接入主機(jī),正常時(shí),傳感器處于斷開狀態(tài),輸出高電平。當(dāng)皮帶撕裂,有煤約1200g落入傳感器上時(shí),導(dǎo)點(diǎn)橡膠使兩根引線短路,輸出低電平,撕裂指示燈亮,主機(jī)執(zhí)行繼電器釋放,實(shí)現(xiàn)撕裂保護(hù),同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。

        (4)主要技術(shù)參數(shù)

        接點(diǎn)容量:12V/0.2A;接點(diǎn)接觸電阻≤0.1Ω,沖擊振動后≤0.2Ω;動作值:傳感器其上100CM2處落入1200g物料時(shí),傳感器輸出低電平;動作允許誤差:±10%;接通電阻<0.2Ω;輸出信號:開關(guān)量。

        4.4 堆煤保護(hù)

        (1)型號:KGU-1。

        (2)接線端口:數(shù)字量接口DI。

        (3)工作原理:傳感器正常時(shí),煤位傳感器輸出高電平,當(dāng)煤位增高推動傳感器15~60°或者兩電極同時(shí)碰觸到煤時(shí),延時(shí)3秒,皮帶機(jī)停機(jī),指示燈亮,同時(shí)發(fā)出報(bào)警。

        4.5 煤位保護(hù)

        (1)型號:NYTD803。

        (2)接線端口:模擬量接口AI。

        (3)工作原理:通過天線系統(tǒng)發(fā)射并接收能量很低的極短的微波脈沖。雷達(dá)波運(yùn)行時(shí)通過電子部件被轉(zhuǎn)換為物位信號,可確保極短的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定和測量的精確。即使工作情況比較復(fù)雜,存在虛假回波,也可以用最新的軟件技術(shù)準(zhǔn)確的分析出物位回波。天線接收反射的脈沖并傳輸給電子線路,微處理器對其處理,識別脈沖在物料表面形成的回波。離物料表面的距離D與脈沖的時(shí)間T成正比:D=C×T/2其中C為光速,因罐的高度E已知,則物位L=E-D。

        5 監(jiān)控設(shè)計(jì)

        5.1 概述

        力控是由北京三維力控科技有限公司研發(fā)的一款組態(tài)軟件,是國產(chǎn)監(jiān)控組態(tài)軟件唯一的擁有完整的冗余與熱備體系統(tǒng)設(shè)計(jì),完整的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。支持設(shè)備冗余、多客戶端冗余、多網(wǎng)絡(luò)冗余。人機(jī)界面與數(shù)據(jù)處理分離,內(nèi)設(shè)獨(dú)立實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫。力控特點(diǎn):開發(fā)環(huán)境方便靈活,內(nèi)部提供各種模板,可嵌入各種格式的圖片,畫面制作方便,降低開發(fā)的工作量。強(qiáng)大的分布式報(bào)警功能,事件處理功能,恢復(fù)功能。支持多個圖層,可以通過腳本進(jìn)行圖層的顯示和隱藏。強(qiáng)大的ACTIVEX控件對象容器,增加了可通過腳本對對象將進(jìn)行直接操作的功能,通過腳本對對象進(jìn)行方法和屬性進(jìn)行調(diào)用。靈活的報(bào)表設(shè)計(jì)工具,含有豐富的操作函數(shù)集、支持復(fù)雜的腳本控制、提供報(bào)表設(shè)計(jì)器。

        5.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn):(1)皮帶機(jī)靜態(tài)動態(tài)畫面生成,包括煤倉煤位趨勢、歷史趨勢、各皮帶運(yùn)行狀態(tài)等。(2)故障顯示、報(bào)警,顯示故障發(fā)生的時(shí)間、位置等。(3)報(bào)表生成、歷史記錄。

        監(jiān)控畫面設(shè)計(jì):監(jiān)控畫面包括輸煤工藝流程界面、報(bào)警界面、煤位趨勢界面、歷史報(bào)表界面、煤位報(bào)警界面等。監(jiān)控人員能從監(jiān)控畫面上看到輸煤系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異?,F(xiàn)象,從而確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。工作人員能在上位機(jī)上用鼠標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的操作,可以對系統(tǒng)的啟停以及對輸煤線路進(jìn)行選擇。

        輸煤系統(tǒng)中保護(hù)是一個非常重要的環(huán)節(jié),這個環(huán)節(jié)中傳感器的應(yīng)用起到了很大的作用,傳感器能及時(shí)檢測系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生的故障,并進(jìn)行報(bào)警處理。故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理對煤礦的經(jīng)濟(jì)效益和正常工作都有著密不可分的關(guān)系。當(dāng)檢測到故障或者煤位問題發(fā)出報(bào)警時(shí),不僅僅報(bào)警界面指示燈亮,與此同時(shí)在報(bào)警記錄界面還會記錄報(bào)警發(fā)生的時(shí)間、類型等,以便于之后的查看。

        6 結(jié)語

        煤礦輸煤系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行不僅僅影響了煤礦的效益,還有工人的生命安全,這也是輸煤系統(tǒng)研究和開發(fā)的一個需要不斷提高和完善的重點(diǎn)。本設(shè)計(jì)在比較國內(nèi)外煤礦輸煤系統(tǒng)在控制技術(shù)的差距上,對輸煤系統(tǒng)控制進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì),確保了系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。本設(shè)計(jì)注重器件的選擇,系統(tǒng)的整體概念,以實(shí)現(xiàn)逆煤流啟動,順煤流停車的功能。利用各種傳感器對系統(tǒng)進(jìn)行檢測,及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并實(shí)施報(bào)警以及處理。在監(jiān)控系統(tǒng)上采用力控軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測記錄。為了確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行,采用皮帶機(jī)互為備用的設(shè)計(jì)方案,當(dāng)一條皮帶出現(xiàn)故障時(shí),可及時(shí)切換到想也備用皮帶機(jī)進(jìn)行工作。該設(shè)計(jì)是對煤礦輸煤系統(tǒng)的研究和分析,對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了合理的設(shè)計(jì)方案,實(shí)現(xiàn)了輸煤系統(tǒng)的有效監(jiān)控,提高了輸煤系統(tǒng)的自動化程度,最后使系統(tǒng)正常、安全、可靠的運(yùn)行,對系統(tǒng)的操作簡單,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會利益。

        [1]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007

        [2]胡健.西門子 S7-300PLC應(yīng)用教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007

        [3]柴瑞娟.西門子PLC編程技術(shù)及工程應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007

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