劉凱源　劉信　劉凱

摘 要 煤炭運輸是煤礦生產(chǎn)中必不可少的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。膠帶輸送機具有運行可靠靈活、動力消耗低、輸送線路適應性強等技術優(yōu)勢，在煤礦中得到廣泛應用，為了保證煤礦運輸系統(tǒng)安全可靠運行，對膠帶輸送機進行集中監(jiān)視和控制很重要。本文以某礦主斜井及地面膠帶輸送機為背景，設計出了以PLC技術為核心的皮帶集中控制系統(tǒng)，保證了煤礦運輸系統(tǒng)安全可靠運行。

關鍵詞 PLC 膠帶輸送機 S7-300 集中控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A

1概述

煤炭運輸是煤礦生產(chǎn)中必不可少的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。煤炭運輸線路往往比較長最遠可達數(shù)千米以上，巷道條件變化大，運輸如果不通暢，整個礦井生產(chǎn)將會受到影響，嚴重時可導致整個煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)癱瘓。

膠帶輸送機具有運行可靠靈活、動力消耗低、輸送線路適應性強等技術優(yōu)勢，非常適合煤礦運輸，因此在煤礦中得到廣泛應用。

2 設計背景介紹

某礦是年產(chǎn)125萬噸的大型礦井，采用膠帶輸送機作為其主要運輸方式，其主運輸系統(tǒng)包括主提升膠帶輸送機、走廊膠帶輸送機、振動篩、中煤塊膠帶輸送機、大煤塊膠帶輸送機、過橋膠帶輸送機和末煤刮板輸送機、煤倉等。各條皮帶機都由一臺電動機驅動，正常運行速度為2m/s，其中振動篩為雙層的，每條皮帶機均設置跑偏、堆煤、煙霧、拉線急停、打滑、縱撕等保護。其工藝流程圖如圖1所示。其中箭頭指示煤流方向。

本礦井皮帶運輸系統(tǒng)控制采用繼電器控制，可靠性差、體積大、故障率高、勞動強度較大。其控制方式有兩種：集中手動控制和就地控制，沒有集中自動控制，所有的控制都由人來操作。集中控制室設在選煤樓振動篩的附近，由控制柜、操作臺和觸摸屏組成。皮帶機的控制通過操作臺上對應的啟停按鈕集中控制，觸摸屏實時顯示皮帶的運行狀態(tài)和故障狀態(tài)集、故障位置。各皮帶機的機頭或機尾都設置就地控制箱，在檢修或特殊情況下進行現(xiàn)場的就地啟?？刂?。皮帶按逆煤流啟動，順煤流停車。啟動順序為：末煤刮板機、過橋皮帶、大小塊皮帶、振動篩、走廊皮帶、主提升皮帶、給煤機；停止順序與此相反。每一條皮帶安排一人專門負責巡視，勞動量大、效率低。

3膠帶機集中控制系統(tǒng)的總體設計

3.1膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)的功能設計

本膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)具有的功能如下所述：

（1）本系統(tǒng)有集控、就地、檢修三種工作模式。一般系統(tǒng)運行在集控工作模式下，當組成生產(chǎn)流水線時，本機根據(jù)前后閉鎖關系自動啟、停，同時檢測各檢測保護設備的狀況；運行就地工作模式時，操作員手動操作按鈕啟動、停止膠帶機，所有保護設備均投入使用；運行檢修工作模式時，操作員手動啟動、停止膠帶，保護設備可有選擇性的投入使用，在檢修模式下，我們使膠帶低速運行。工作模式的改變，只有在膠帶輸送機停止工作時進行，膠帶輸送機運轉時，不能改變其工作模式；

（2）報警停車等故障信號自動保持，即運轉過程中一旦發(fā)出故障信號停車，即使維修人員將故障排除后，設備仍然無法啟動，這時可以通過計算機的復位指令功能就可以消除掉故障信號狀態(tài)，設備才能啟動；

（3）煤礦膠帶輸送機按照逆煤流啟動，順煤流延遲停車，同時具有閉鎖保護功能；

（4）系統(tǒng)具有膠帶機低速打滑、機頭堆煤、超溫灑水、煙霧、滾筒超溫、沿線急停和跑偏等多種保護；

（5）對設備運行狀況及工藝參數(shù)變化進行實時監(jiān)測，并具有聲光報警功能；

（6）可與工業(yè)電視系統(tǒng)進行連接，通過工業(yè)電視系統(tǒng)實時監(jiān)視皮帶機重點部位運行情況，以確保人員及設備的安全。具有喊話、打點通訊功能，可實現(xiàn)現(xiàn)場無人值守；

（7）膠帶運輸機的開、停有就地啟動和遠程集控啟動兩種操作方式，方便根據(jù)需要自主選擇操作方式。設備啟動前發(fā)出預警信號，提示有關人員應立即遠離設備；

（8）具有聯(lián)網(wǎng)功能，可與礦井綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)可靠的連接、實現(xiàn)一體化全局監(jiān)控。

3.2膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)結構設計

系統(tǒng)結構采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術，組成主從系統(tǒng)結構。根據(jù)工藝流程劃分，系統(tǒng)以PLC為控制主站，以每條皮帶就地控制箱配備的遠程I/OET200M為從站，共設7個從站，這樣就節(jié)約了大量電纜等材料。本系統(tǒng)由集中控制臺、PLC控制柜、觸摸屏、就地箱、各種保護傳感器及執(zhí)行器組成。完成一個系統(tǒng)內多條皮帶多個設備全過程的控制、監(jiān)測，構成一個完善的集中控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)結構如圖2所示。

3.3膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)設備構成

膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)主要由PLC、人機界面等組成，它主要控制膠帶輸送機、各種參數(shù)檢測和故障保護裝置，將各種信息在觸摸屏上集中顯示。

3.4膠帶輸送機集控系統(tǒng)硬件設計

3.4.1集控系統(tǒng)PLC的設計

（1）CPU的選擇。

①I/O點數(shù)的確定。經(jīng)過對各輸入輸出的大略計算，本設計中需要數(shù)字量輸入164點，數(shù)字量輸出69點，模擬量輸入通道14路。

②存儲器容量選擇。PLC的I/O點數(shù)估算值大小，在很大程度上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可以在I/O點數(shù)估算值的基礎上計算對PLC存儲器容量的需求。目前，大多用統(tǒng)計經(jīng)驗公式進行存儲器容量估算。這種方法是以PLC處理每個信息量所需存儲器數(shù)的統(tǒng)計平均經(jīng)驗值為依據(jù)，乘以信息量數(shù)再考慮一定的裕量計算得到存儲器需要容量。作為一般應用下的一種經(jīng)驗公式是：

存儲器容量（KB）=（1.1～1.25）€祝―I€？0+DO€？+AI/O€？00）/1024

其中：DI為數(shù)字量輸入總點數(shù)；

DO為數(shù)字量輸出總點數(shù)；

AI/O為模擬量I/O通道總數(shù)。

DI點數(shù)估計值為164€？.15=189，DO點數(shù)估計值為69€？.15=80，AI通道估計值為14€？.15=17個。所以存儲器容量為：

1.2€？189€？0+69€？+17€？00）/1024=4.62KB

工程實踐中，大多采用粗略估算，加大裕量，實際選型時參考此值采用就高不就低的原則。

③響應速度。PLC是為工業(yè)自動化而設計的通用控制器，不同檔次的PLC的響應速度一般能滿足起應用范圍內的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者應用中的某些功能或信號有特別的速度要求時，確定PLC的型號就應特別慎重。

通過上面的計算，考慮系統(tǒng)通訊和冗余的要求，選用SIMATIC S7-300系列中的CPU315-2 DP是最合適的。其中最主要的原因是CPU315-2 DP是S7-300系列中唯一帶現(xiàn)場總線（PROFIBUS） SINEC L2-DP接口的CPU模塊。內置80KB RAM，隨機存儲器為48KB，最大數(shù)字量I/O點數(shù)為1024個，最大模擬量I/O通道數(shù)為128個。最大配置4個機架，32塊模塊。滿足設計需要。

3.5 膠帶集中控制系統(tǒng)軟件設計

3.5.1 集中控制的流程圖

西門子的S7-300系列PLC所用的編程語言是西門子開發(fā)的STEP7，這是一種可運行于通用微機中，在WINDOWS環(huán)境下進行編程的語言。將它通過計算機的串行口和一根PC/MPI轉接電纜與PLC的MPI口相連，即可進行相互間的通信。通過STEP7編程軟件，不僅可以非常方便地使用梯形圖和語句表等形式進行離線編程，經(jīng)過編譯后通過轉接電纜直接送入PLC的內存中執(zhí)行，而且在調試運行時，還可以在線監(jiān)視程序中各個輸入輸出或狀態(tài)點的通斷狀況，甚至可以在線修改程序中變量的值，給調試工作也帶來極大的方便。

該集中控制系統(tǒng)共有三種工作方式。集控方式下，膠帶機和給煤機根據(jù)生產(chǎn)工藝流程預先編制的程序來集中控制啟停，各種保護均投入；就地方式下，膠帶機和給煤機由操作員控制手動按鈕通過PLC分別控制它們的啟停，保護也均投入；檢修方式下，膠帶機和給煤機也采用手動按鈕通過PLC分別控制啟停，但是保護可根據(jù)需要有選擇的進行投入，各故障的投入選擇可在顯示屏內進行控制。

4總結

礦井膠帶運輸系統(tǒng)是分布復雜，部件繁多，且又要求運行協(xié)調一致的連續(xù)運輸系統(tǒng)。為了保證煤礦運輸系統(tǒng)可靠安全運行，對膠帶輸送機進行集中監(jiān)視和控制很重要。通過以PLC技術為核心的皮帶集中控制系統(tǒng)，大大提高了運輸系統(tǒng)的自動化監(jiān)測和控制水平，保證了煤礦運輸系統(tǒng)安全可靠運行。

參考文獻

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