胡肖飛 張國(guó)鈞

（太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院，山西省太原市，030024）

基于PLC的配煤中心放炮連鎖系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

胡肖飛 張國(guó)鈞

（太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院，山西省太原市，030024）

針對(duì)汾西礦業(yè)介休洗煤廠配煤中心放炮系統(tǒng)目前存在的煤倉(cāng)清堵不及時(shí)和系統(tǒng)不穩(wěn)定的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套基于PLC的自動(dòng)放炮連鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用PLC和觸摸屏相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)介休洗煤廠6個(gè)煤倉(cāng)清堵系統(tǒng)的綜合管理和集中控制，并且可以通過(guò)觸摸屏的監(jiān)控畫面對(duì)放炮系統(tǒng)的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整。

洗煤廠 配煤中心 煤倉(cāng)清堵 放炮系統(tǒng)

配煤中心是把原煤經(jīng)過(guò)原煤車間處理后送入不同的煤倉(cāng)，然后根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)不同煤倉(cāng)的煤進(jìn)行配煤。由于同一批次煤的煤質(zhì)之間存在差異，因此經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)煤倉(cāng)堵煤現(xiàn)象，這造成了煤倉(cāng)出料不穩(wěn)，給生產(chǎn)控制和產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)較大影響。解決煤倉(cāng)堵煤現(xiàn)象常用的方法是安裝一個(gè)空氣加壓站，把空氣送入煤倉(cāng)上的空氣炮管中，利用空氣炮管釋放空氣瞬間產(chǎn)生的震動(dòng)清除堵煤?jiǎn)栴}。介休洗煤廠目前是由操作工人現(xiàn)場(chǎng)查看煤倉(cāng)是否有堵煤現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象后，操作工人手動(dòng)控制操作臺(tái)上的空氣炮按鈕進(jìn)行放炮，然而這種處理方式具有堵煤現(xiàn)象不能及時(shí)處理以及現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境對(duì)工人的身體有損害等問(wèn)題。本文針對(duì)汾西礦業(yè)介休洗煤廠配煤中心的放炮系統(tǒng)在手動(dòng)控制放炮的過(guò)程中存在的這些問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套基于PLC的放炮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空氣炮的自動(dòng)控制。

1 系統(tǒng)介紹

介休洗煤廠配煤中心總共有6個(gè)煤倉(cāng)，每個(gè)煤倉(cāng)中安裝4臺(tái)給煤機(jī)和12組空氣炮，每個(gè)給煤機(jī)的下料口安裝3組空氣炮，每臺(tái)給煤機(jī)通過(guò)相應(yīng)的變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。煤倉(cāng)下料的多少會(huì)通過(guò)傳感器反饋給變頻器，然后通過(guò)改變變頻器的頻率大小去調(diào)節(jié)給煤機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。介休洗煤廠配煤中心放炮連鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本系統(tǒng)把24臺(tái)變頻器的相關(guān)信號(hào)輸入PLC，經(jīng)過(guò)PLC的計(jì)算和比較后做出相應(yīng)的判斷，如果出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象，PLC就給相應(yīng)的空氣炮發(fā)出放炮指令或者給工作人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放炮功能。本系統(tǒng)還可以從操作臺(tái)觸摸屏、控制柜觸摸屏或者控制室觸摸屏方便地看到系統(tǒng)的各種指示和相關(guān)參數(shù)，也可以在任何一臺(tái)觸摸屏上對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)6個(gè)煤倉(cāng)的放炮連鎖系統(tǒng)的綜合管理和集中控制。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

考慮到現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境以及系統(tǒng)維修的方便性，選用穩(wěn)定性和安全性都比較好的S7-300 PLC作為控制器。由于系統(tǒng)控制器PLC需要采集的信號(hào)有變頻器的運(yùn)行信號(hào)、變頻器的頻率信號(hào)和手／自動(dòng)切換信號(hào)，需要輸出的信號(hào)有放炮信號(hào)和報(bào)警信號(hào)，因此控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)應(yīng)該包括電源模塊、CPU模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊和接口模塊。

另外，為了能夠更加直觀地看到系統(tǒng)的各種狀態(tài)和方便對(duì)系統(tǒng)的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，系統(tǒng)加入了3臺(tái)觸摸屏并分布在控制中心、控制柜和操作臺(tái)上。因?yàn)楦鱾€(gè)觸摸屏和PLC之間的距離不是很遠(yuǎn)，需要交換的數(shù)據(jù)量也不是特別的大，所以設(shè)計(jì)采用了經(jīng)濟(jì)適用的MPI工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在實(shí)際設(shè)計(jì)電路圖的過(guò)程中，要用信號(hào)隔離端子對(duì)模擬量的輸入信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理，防止模擬量信號(hào)出現(xiàn)偏差。另外要用中間繼電器對(duì)數(shù)字量輸入輸出信號(hào)進(jìn)行隔離并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的電源進(jìn)行相應(yīng)的穩(wěn)壓處理，防止損壞PLC模塊。

2.2 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)的控制原理

本系統(tǒng)的控制器PLC是根據(jù)煤倉(cāng)下煤量來(lái)判斷是否有堵煤現(xiàn)象進(jìn)而進(jìn)行空氣炮控制的，下煤量的多少通過(guò)傳感器反饋給變頻器，下煤量少時(shí)就說(shuō)明煤倉(cāng)出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象，反之正常。本系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)控變頻器的頻率來(lái)得到煤倉(cāng)下煤量的數(shù)據(jù)，并把系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)同步顯示在3臺(tái)觸摸屏上。如果出現(xiàn)煤倉(cāng)堵煤等情況，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出放炮指令來(lái)使煤倉(cāng)恢復(fù)正常工作。如果經(jīng)過(guò)連續(xù)的幾組放炮指令后煤倉(cāng)還處于堵煤的狀態(tài)中，那么系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到手動(dòng)放炮并發(fā)出報(bào)警信號(hào)來(lái)通知工作人員，同時(shí)記錄此時(shí)的各種數(shù)據(jù)以便進(jìn)行分析參考。另外，為了避免連續(xù)的一組空氣炮長(zhǎng)時(shí)間工作而造成系統(tǒng)的不合理應(yīng)用，本系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)了循環(huán)放炮的功能。當(dāng)給煤機(jī)的下料口出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)第一組空氣炮清除堵煤現(xiàn)象，當(dāng)下次再出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)跳過(guò)第一組空氣炮而直接啟動(dòng)第二組空氣炮；如果第一組空氣炮啟動(dòng)后堵煤現(xiàn)象沒(méi)有被清除，那么就繼續(xù)啟動(dòng)第二組空氣炮清除堵煤現(xiàn)象，當(dāng)下次再出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)跳過(guò)前面兩組空氣炮而直接啟動(dòng)第三組空氣炮；如果第二組空氣炮啟動(dòng)后煤倉(cāng)的出料口還是處于堵煤狀態(tài)，那么系統(tǒng)就繼續(xù)啟動(dòng)第三組空氣炮，此時(shí)如果堵煤現(xiàn)象還繼續(xù)存在，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)給工作人員并停止放炮系統(tǒng)工作。系統(tǒng)控制流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)控制流程圖

2.2.2 控制程序設(shè)計(jì)

考慮到系統(tǒng)程序的復(fù)雜性，本設(shè)計(jì)把程序分為程序塊來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免了控制程序的混亂。程序塊結(jié)構(gòu)主要包括主程序塊OB1、模擬量轉(zhuǎn)換程序塊FB1-FB24、時(shí)間轉(zhuǎn)換程序塊FB25-FB48、放炮程序塊FC201-FC224、報(bào)警程序塊FC225以及慣性濾波子程序FC3等。本程序采用慣性濾波法對(duì)模擬量進(jìn)行處理，因?yàn)閼T性濾波法能很好地消除周期性干擾和較寬頻率的隨機(jī)干擾信號(hào)。

2.3 觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作需要，采用3臺(tái)觸摸屏可同步進(jìn)行顯示和操作的一機(jī)多屏技術(shù)，在這個(gè)技術(shù)上工作人員可以在任何一個(gè)觸摸屏上觀察到系統(tǒng)的工作狀態(tài)，也可在任何一個(gè)觸摸屏上修改系統(tǒng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息無(wú)縫交換。另外，在觸摸屏上也可進(jìn)行一些相關(guān)參數(shù)的記錄查詢，如報(bào)警記錄、放炮時(shí)間以及每天的放炮次數(shù)等，方便生產(chǎn)者和管理者查詢和管理。觸摸屏的運(yùn)行畫面如圖4所示。

圖4 觸摸屏的運(yùn)行畫面

4 設(shè)計(jì)效果

對(duì)比介休洗煤廠原來(lái)的放炮系統(tǒng)存在的系統(tǒng)不穩(wěn)定、維修復(fù)雜和處理堵煤不及時(shí)等問(wèn)題，新系統(tǒng)能夠及時(shí)地清除堵煤現(xiàn)象，而且運(yùn)行穩(wěn)定和可靠，使配煤的產(chǎn)量和質(zhì)量都得到了較大提高，帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)效益。放炮系統(tǒng)改造前后對(duì)比情況如表1所示。

表1 放炮系統(tǒng)改造前后對(duì)比情況

5 結(jié)語(yǔ)

PLC和觸摸屏在配煤中心放炮連鎖系統(tǒng)中的應(yīng)用把各個(gè)煤倉(cāng)的放炮系統(tǒng)連接到了一起，實(shí)現(xiàn)了對(duì)配煤中心幾個(gè)煤倉(cāng)的綜合管理和集中控制。該系統(tǒng)在汾西礦業(yè)介休洗煤廠實(shí)際運(yùn)行半年，克服了手動(dòng)放炮的種種弊端，減少了人工以及工人的工作量，提高了配煤效率。

［1］唐印偉.礦用大型帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 ［J］.煤炭技術(shù)，2010 （2）

［2］孫振海，羅成名，宋風(fēng)華.浮選自動(dòng)跟蹤加藥控制系統(tǒng) ［J］.煤炭技術(shù)，2011 （4）

［3］李翠蘭，李遠(yuǎn)清，杜香蓮.西門子PLC在煤礦帶式輸送機(jī)運(yùn)輸控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 ［J］.煤礦機(jī)械，2004 （8）

［4］劉琛，宮慶剛，趙紅藝.東灘煤礦選煤廠配煤自動(dòng)化技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用 ［J］.中國(guó)煤炭，2002（8）

Design of shooting chain system for coal blending center based on PLC

Hu Xiaofei，Zhang Guojun
（College of Information Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

In view of such existing issues as block clearing not in time and system instability for shooting system in coal blending center of Jiexiu coal washing plant of Fenxi Mining Group，a PLC-based automatic blaster chain system was designed.A combination of PLC and touch screen achieved the centralized control on six coal blocking systems in coal washing plant，and the realtime monitoring and adjustment of the various parameters of shooting system can be achieved through the monitoring pictures of touch screen.

coal washing plant，coal blending center，block clearing，shooting system

TD94.7

A

胡肖飛 （1987-），男，山西運(yùn)城人，在讀研究生，主要從事工業(yè)自動(dòng)化研究。

（責(zé)任編輯 路 強(qiáng)）