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        基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的煤礦篩選系統(tǒng)集控設(shè)計(jì)與研究

        2015-11-12 06:23:15馬文超
        科技傳播 2015年18期
        關(guān)鍵詞:功能塊運(yùn)輸機(jī)篩分

        馬文超

        河南理工大學(xué),河南焦作 454000

        河南省新鄭煤電有限責(zé)任公司,河南新鄭 451100

        基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的煤礦篩選系統(tǒng)集控設(shè)計(jì)與研究

        馬文超

        河南理工大學(xué),河南焦作 454000

        河南省新鄭煤電有限責(zé)任公司,河南新鄭 451100

        本文分析了趙家寨煤礦篩選系統(tǒng)集中控制的設(shè)計(jì)原理及實(shí)施過程,對集中控制系統(tǒng)的軟件及硬件配置進(jìn)行了技術(shù)探討和實(shí)踐應(yīng)用,具有良好的推廣價(jià)值。

        現(xiàn)場總線;煤礦;篩選系統(tǒng);集中控制

        1 趙家寨煤礦及篩選系統(tǒng)簡介

        河南趙家寨煤礦年產(chǎn)原煤300萬噸,井田面積48.96km2,可采儲(chǔ)量2.23億噸。該礦篩分系統(tǒng)流程如下:原煤由箕斗提升至井口卸載位置,卸入受煤倉,通過倉下給煤機(jī)運(yùn)入原煤膠帶運(yùn)輸機(jī)至準(zhǔn)備車間。原煤經(jīng)過除鐵后,進(jìn)入兩臺(tái)50mm三段螺旋篩進(jìn)行分級,50mm篩上品進(jìn)入兩條手選膠帶運(yùn)輸機(jī),手選揀煤,矸石進(jìn)入四部排矸皮帶進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。揀出的大塊煤由大塊煤上倉膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)至大塊煤汽車倉地銷,倉容400t。兩臺(tái)螺旋篩篩下品分別進(jìn)入兩臺(tái)二級螺旋篩進(jìn)行分級,二級螺旋篩篩下末煤直接經(jīng)混煤上倉膠帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)入裝車倉,13~50mm小塊煤由小塊煤轉(zhuǎn)載膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)至小塊煤裝車倉,倉下設(shè)液動(dòng)扇形閘門,裝汽車地銷。

        2 設(shè)計(jì)原理

        2.1硬件設(shè)計(jì)部分

        根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況可將地面篩選系統(tǒng)設(shè)計(jì)為三部分:原煤篩選系統(tǒng)、排矸控制系統(tǒng)和返煤裝車控制系統(tǒng)。三個(gè)子系統(tǒng)通過地面生產(chǎn)集控系統(tǒng)并接入綜合自動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái),實(shí)現(xiàn)就地和綜合集控中心遠(yuǎn)方監(jiān)測監(jiān)控。電控系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

        在篩選系統(tǒng)設(shè)備室建立系統(tǒng)集控室,在篩選系統(tǒng)集控室設(shè)置操作臺(tái),并配有上位機(jī)集控系統(tǒng)。在篩選集控車間安裝集控操作臺(tái)、1臺(tái)工控機(jī)、工業(yè)液晶顯示器1臺(tái)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)視頻監(jiān)控1套、語音網(wǎng)關(guān),通過視頻、語音和控制三位一體,實(shí)現(xiàn)新篩分系統(tǒng)自動(dòng)控制,并通過工業(yè)以太網(wǎng)上傳礦綜合集控中心實(shí)現(xiàn)地面篩分系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

        該系統(tǒng)采用多臺(tái)PLC組成數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),通過中央集控室上位機(jī)控制和視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),完成系統(tǒng)對整個(gè)篩分過程的遙控、遙測,遙信、遙調(diào),遙視,最終構(gòu)成一個(gè)完善的篩選系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)??刂葡到y(tǒng)組成的系統(tǒng)框圖如圖2所示。

        2.2軟件設(shè)計(jì)部分

        PLC的軟件設(shè)計(jì)主要完成皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制和相應(yīng)的故障處理、應(yīng)急處理,同時(shí)響應(yīng)人機(jī)交互指令,為上位機(jī)提供皮帶運(yùn)行中實(shí)時(shí)的狀態(tài)信號參數(shù)。PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括主程序的設(shè)計(jì)、各功能塊程序的設(shè)計(jì)、故障程序和通信程序的設(shè)計(jì)、PLC的I/O地址分配、模擬量的輸入輸出分配等部分。主程序和各個(gè)功能塊程序的設(shè)計(jì)應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)所有被控設(shè)備的順序啟停,單部設(shè)備的啟動(dòng)停止,遠(yuǎn)程/就地切換等功能。故障檢測保護(hù)程序主要實(shí)現(xiàn)對皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控,通過讀取各個(gè)傳感器狀態(tài)參數(shù),實(shí)現(xiàn)對皮帶運(yùn)輸機(jī)故障的發(fā)現(xiàn)及采取必要的措施。通信程序包括從站和主站之間的PROFIBUS現(xiàn)場總線通信程序和主站與上位機(jī)之間的以太網(wǎng)通信程序。在PLC設(shè)計(jì)之初,應(yīng)該對所需的輸入、輸出點(diǎn)有一個(gè)大概的了解,同時(shí)保證選用的PLC型號要留有一定的富余量。

        根據(jù)篩選廠篩分系統(tǒng)的工藝流程,設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)了主程序和各個(gè)功能模塊的功能。主站S7-300PLC負(fù)責(zé)接收分站ET-200上傳的數(shù)據(jù),并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分散控制集中管理。

        3 項(xiàng)目實(shí)施的運(yùn)行情況及改造效益

        3.1項(xiàng)目的運(yùn)行情況

        項(xiàng)目實(shí)施周期8個(gè)月。項(xiàng)目投入運(yùn)行以來,效果良好,完全實(shí)現(xiàn)了對整個(gè)原煤篩選系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控,實(shí)現(xiàn)原煤篩選系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制。在運(yùn)行的過程中,根據(jù)運(yùn)行的實(shí)際情況和工人的操作習(xí)慣,后期也做了部分的改動(dòng)??傮w而言,雖然項(xiàng)目后期還有大量工作需要做,但是項(xiàng)目的運(yùn)行基本達(dá)到預(yù)期效果。

        3.2項(xiàng)目改造效益

        3.2.1社會(huì)效益

        1)提高礦井安全生產(chǎn)管理水平,實(shí)現(xiàn)了煤礦安全生產(chǎn)狀態(tài)的遙感、遙調(diào)、遙信、遙測和遠(yuǎn)程診斷,進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)度協(xié)調(diào)工作。

        2)礦井安全保障。提高了自動(dòng)化水平和安全生產(chǎn)水平,可向礦井管理系統(tǒng)提供準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的各種安全、生產(chǎn)信息,發(fā)揮綜合監(jiān)控和協(xié)調(diào)作用,正常情況下確保礦井的安全生產(chǎn),事故情況下,可以為搶險(xiǎn)工作提供必要的指導(dǎo)。

        3)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)安全信息集中監(jiān)測;實(shí)現(xiàn)無人值守或少人值守,達(dá)到減人增效的目的。

        4)提高企業(yè)自動(dòng)化管理水平,提升了企業(yè)綜合形象。

        3.2.2經(jīng)濟(jì)效益

        1)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化減人。原煤篩選系統(tǒng)集控,降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)崗位無人值守和減崗減員的目的,每班可減少出勤人員10人,按照月4200元工資算,每年節(jié)省成本151.2萬元。改造前原煤篩選系統(tǒng)每班需出勤22人,改造完成后12人就能滿足正常生產(chǎn)。

        2)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化增效。原煤篩選系統(tǒng)集控中心投入運(yùn)行后,設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,故障自動(dòng)報(bào)警,發(fā)現(xiàn)、處理故障時(shí)間比以往大大縮短,平均每班影響時(shí)間僅為10min,而且切換生產(chǎn)路徑、配倉時(shí)間只需30秒,并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)流量、煤位測量。按照每班減少故障影響10min計(jì)算,每年累計(jì)減少事故影響時(shí)間約180小時(shí),增加經(jīng)濟(jì)效益230萬元。

        2)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)過程反解。

        已知機(jī)器人的平動(dòng)盤中心點(diǎn)坐標(biāo)位置,反過來推算每根軸的旋轉(zhuǎn)角度機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸。根據(jù)已知Lt、Lb、L1、L2、(X,Y),我們通過列舉方程式求解得出θ1、θ2。最后在程序里建立相應(yīng)的變量,編寫相應(yīng)梯形圖或者ST語言程序?qū)崿F(xiàn)這個(gè)反解算式。這樣,對相應(yīng)變量輸入預(yù)計(jì)坐標(biāo)后,就能實(shí)時(shí)得到電機(jī)應(yīng)該旋轉(zhuǎn)的角度了。反解算法功能塊如圖5所示。

        反解功能塊采用分步計(jì)算的原理,整合各功能在一個(gè)功能塊中,包括:(1)根據(jù)兩點(diǎn)坐標(biāo)算出兩點(diǎn)距離;(2)通過構(gòu)建三角形的數(shù)學(xué)方法在多個(gè)三角形中依次解出角度θ1、θ2。

        正反解算法靈活運(yùn)用Sysmac Studio環(huán)境中的ST語言和LD語言編寫,分步式的編程思路邏輯性強(qiáng),能夠?yàn)楹笃诔绦蛘{(diào)試以及修改提供極大便利。

        4 結(jié)論

        本文以歐姆龍NJ501-1500PLC為控制器核心,深入研究了在Sysmac Studio環(huán)境中實(shí)現(xiàn)Delta并聯(lián)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制的算法以及編程、調(diào)試,并使用NS系列觸摸式可編程終端進(jìn)行上位機(jī)監(jiān)控。

        [1]劉彥伯.一種Delta型并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[J].科技信息,2011(21).

        [2]王月芹.基于歐姆龍NJ控制器機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2013(3).

        [3]徐世許.機(jī)器自動(dòng)化控制器原理與應(yīng)用[Z].機(jī)械工業(yè)出版社,2013.

        TP3

        A

        1674-6708(2015)147-0158-02

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