李月蘭

（寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750001）

基于變頻器和PLC的給煤機控制系統(tǒng)應(yīng)用探討

李月蘭

（寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750001）

本文針對給煤機手動給煤的缺點，指出提高原煤配洗的精準和自動化程度，是當前洗煤廠發(fā)展的迫切需求。介紹了往復(fù)式給煤機采用變頻器和PLC控制的自動化方法，具體闡述了其原理、硬件設(shè)備、技術(shù)特點和應(yīng)用可行性。

給煤機；變頻器；PLC

1 引言

當今機電設(shè)備的自動化水平在不斷提高，洗煤廠的自動化程度也隨之不斷改進，但在實際生產(chǎn)中，仍有某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在著自動化水平低，可靠性不強，操作不方便的環(huán)節(jié)。某洗煤廠一個分區(qū)原有的老受煤坑在原煤受配煤系統(tǒng)改造之前，擔負著全年150萬噸的入洗任務(wù)，共有10臺給煤機進行配洗原煤。2007年原煤受配煤系統(tǒng)改造投運之后，改為5臺給煤機進行受配煤，主要配洗來自汝芨溝和卡布梁的末煤，另加大峰礦的分選末煤。5臺給煤機采用直接工頻啟動方式，在受煤坑內(nèi)崗位司機采用手動方式啟動給煤機，給煤量的調(diào)節(jié)主要通過手動調(diào)節(jié)倉口擋板的開距來實現(xiàn)，倉口擋板的開距大小主要靠調(diào)整焊接在倉門和倉壁的圓環(huán)鏈的節(jié)數(shù)來實現(xiàn)。

這種人工調(diào)節(jié)給煤量的方式相較于自動化程度較高的現(xiàn)代化洗煤廠，顯然配煤不夠精確，不利用于人員安全，不符合選煤廠的安全自動化要求。提高原煤配洗的精準和自動化程度，是當前該廠發(fā)展的迫切需求，也是實現(xiàn)該廠快速發(fā)展的要求。

2 K1型給煤機給煤量調(diào)節(jié)的工作原理

2.1 配洗原煤途徑

配洗原煤途徑如圖1所示，進旋流器入洗的原煤來自原煤倉和老受煤坑的煤。途徑通過兩條路線，一是通過新建原煤4個倉由原煤倉下給煤機給煤到倉下260皮帶，再經(jīng)過301轉(zhuǎn)載皮帶、302皮帶入旋流器，煤種主要是塊煤。另一條有老受煤坑堆放的末煤入倉由106#～110＃給煤機給煤到201#皮帶上，再上301＃皮帶與塊煤混摻入旋流器入洗。

圖1 配洗煤途徑原理

2.2 K1型給煤機使用現(xiàn)狀和存在問題

使用現(xiàn)狀：老受煤坑共有5臺給煤機，電機功率都為3KW,控制方式采用的就地直接啟動方式，且不參與主洗系統(tǒng)的集中控制。給煤機的起停主要由密控室司機用電話與受煤坑操作司機聯(lián)系并進行選擇。即在開機前，密控室司機將介質(zhì)懸浮液密度、介質(zhì)泵壓力、磁性物含量等參數(shù)調(diào)節(jié)設(shè)定好后，再通知受煤坑崗位司機進行起停給煤機，調(diào)節(jié)倉門實現(xiàn)給煤多少。

存在問題：

（1）調(diào)節(jié)給煤機的給煤量，是通過人工調(diào)節(jié)圓環(huán)鏈節(jié)數(shù)來改變倉門開距大小控制給煤量的，給煤量的多少完全靠現(xiàn)場崗位司機的經(jīng)驗來實現(xiàn)，無法做到精確配洗原煤。而且，在轉(zhuǎn)動設(shè)備旁進行操作，很不安全。如圖2所示：

圖2 給煤量調(diào)節(jié)原理

（2）5臺給煤機與201＃運輸皮帶無閉鎖關(guān)系，即201＃皮帶因故障停機，給煤機仍然給煤，使皮帶壓煤，造成重負荷起車。對設(shè)備的性能和壽命都存在嚴重的影響。

（3）受煤坑環(huán)境陰暗潮濕，對常年工作在崗位上操作人員的身體健康存在一定影響。

（4）夜間生產(chǎn)過程中，崗位司機站在運轉(zhuǎn)的皮帶旁調(diào)節(jié)圓環(huán)鏈節(jié)數(shù)調(diào)節(jié)煤量時，存在著安全隱患。

（5）受煤質(zhì)變化的影響，受煤坑的各倉經(jīng)常出現(xiàn)蓬倉現(xiàn)象，造成倉口下煤不暢，另外皮帶運轉(zhuǎn)時人工捅倉存在著嚴重的安全隱患。

（6）原有的106#～110#電控系統(tǒng)是2006年改造自配的，標準較低，可靠性、穩(wěn)定性差。

以上六點是以實際出發(fā)，不僅考慮到了選煤廠機電設(shè)備控制要求，而且更重要的是人員和設(shè)備的安全因素。改變?nèi)斯ふ{(diào)節(jié)方式實現(xiàn)自動化控制是該廠當前發(fā)展的迫切要求。結(jié)合在生產(chǎn)實踐過程中經(jīng)驗，對老受煤坑的給煤機控制方式進行改造。

3 給煤機的電氣控制改造方案

3.1 技術(shù)改造方案

根據(jù)目前給煤機在實際生產(chǎn)過程中存在的問題和給煤機現(xiàn)場使用調(diào)查，建議給煤機采用變頻器和可編程控制器PLC控制的改造方案，具體控制過程見圖3：

圖3 自動控制結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)該分區(qū)的具體情況，原煤的入洗量主要由密控司機根據(jù)生產(chǎn)實際情況來調(diào)配，建議給煤量的調(diào)節(jié)由密控室司機來執(zhí)行，即集中控制，可以省去在倉門口人工給煤的環(huán)節(jié)。具體控制過程是，實現(xiàn)5臺給煤機的給煤量調(diào)節(jié)可在密控室加裝變頻器增減速按鈕或電位計進行調(diào)節(jié)，安裝頻率顯示儀表，以監(jiān)測5臺給煤機的給煤量。使用可編程控制器PLC實現(xiàn)變頻器的起停及給煤機與201#皮帶的閉鎖。根據(jù)控制原理及工藝要求對PLC編程，實現(xiàn)給煤機的集中控制。

3.2 設(shè)備選型及電氣控制原理

（1）變頻器選用西門子MM440型

根據(jù)實現(xiàn)給煤機自動給煤控制要求和功能需求，本方案中變頻器選用MICROMASTER 440型。變頻器MM440系列（MicroMaster440）是德國西門子公司廣泛應(yīng)用與工業(yè)場合的多功能標準變頻器。它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動態(tài)特性，同時具備超強的過載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場合。其采用現(xiàn)代先進技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件。具有很高的運行可靠性和功能的多樣性；脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，可降低電動機運行的噪聲；具有2個模擬量輸入，即AIN1和AIN2。具有比例積分和微分（PID）控制功能的閉環(huán)控制；具有過電壓/欠電壓保護、變頻器過熱保護、接地故障保護、短路保護、電動機過熱保護等保護特性，且接線簡單，易于調(diào)試。

本設(shè)計中選擇變頻器為MM440,380V，4KW共5臺。變頻器加裝在低壓配電室配電柜內(nèi)，在密控室加裝給煤機變頻控制操作臺，使用變頻器6個帶隔離的數(shù)字輸入點，加裝按鈕實現(xiàn)手動增加速，或加裝頻率表及電位計來實現(xiàn)給煤機給煤量的調(diào)節(jié)。

給煤量的大小主要根據(jù)給煤機下運輸皮帶安裝的電子秤測量的大小，皮帶給煤量主要在密控室控制電腦上顯示，通過對單臺或多臺給煤機的頻率調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)給煤機的曲柄快慢，以及調(diào)節(jié)給煤量的大小。

（2）PLC選用西門子S7-300型

選用可編程控制器PLC主要實現(xiàn)變頻器的起停及給煤機的集中控制。這樣將受煤坑所有的給煤機參與主洗集中控制系統(tǒng)，并與原煤輸送皮帶進行程序閉鎖，集中聯(lián)鎖，提高設(shè)備運行的可靠性，減少受煤坑崗位司機的勞動強度。

西門子S7-300plc具有以下明顯的優(yōu)勢：可靠性強，具有極強的抗干擾能力，相比傳統(tǒng)繼電器技術(shù)更加適合于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境；反應(yīng)快，由于PLC中將傳統(tǒng)的機械觸電繼電器替換為內(nèi)部自定義的輔助繼電器，同時也取消了連接導(dǎo)線，而使用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替，為此就可以忽略其節(jié)點變位時間，不必考慮傳統(tǒng)繼電器的返回系數(shù)；操作簡單，此項控制技術(shù)通過使用簡單的指令形式、直觀簡單的程序?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場的操作，避免了由于操作人員參差不齊的電氣技術(shù)帶來的問題。

該型號PLC主要由中央處理單元（CPU）、存儲器（ROM/ RAM）、I/O單元、編程器、電源等部件組成。模塊化S7-300 PLC適用于快速的過程處理或?qū)?shù)據(jù)處理能力有特別要求的中小型自動化控制系統(tǒng)。簡便的連接系統(tǒng)和無限的插入模塊組態(tài)，使系統(tǒng)組態(tài)處理更加方便；其快速的指令處理速度，可縮短系統(tǒng)循環(huán)時間；同時高性能模塊和多種CPU為各種各樣的需求提供了合適的解決方案；模塊擴展能力最多可增加3個擴展機架（ER），極高的安裝密度，背板總線安裝在每個模塊中，預(yù)先接線系統(tǒng)（TOP接線），減少了所需空間和費用，同時為連接SIMATIC系列的各種部件提供了接口，它具有友好的WINDOWS STEP7 MINI編程軟件和功能強大的編程器。

根據(jù)現(xiàn)場實際考察，該區(qū)2＃轉(zhuǎn)載點配電室安裝空間余量較大，可重新配置一臺變頻器控制柜。集中控制在此配電室有分站，利用原有的PLC控制柜內(nèi)的數(shù)字量、模擬量DI、DO、AI、AO模塊端口，或通過模塊擴展方式增加5臺給煤機DI、DO模塊。根據(jù)變頻器二次控制原理，接好PLC柜內(nèi)與變頻控制柜內(nèi)的控制線。通過通訊總線方式在集控中心計算機上根據(jù)給煤機的控制原理及輸入、輸出量的選擇進行硬件組態(tài)、編程、控制，實現(xiàn)5臺給煤機的PLC程序控制。

為了現(xiàn)場檢修試機方便，或集中控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障而影響生產(chǎn)，可在老受煤坑現(xiàn)場加裝就地控制箱，實現(xiàn)就地手動給煤機控制。鑒于5臺給煤機給煤量的多少與密控室的調(diào)節(jié)參數(shù)有關(guān)，可在密控室安裝一臺工控機，通過總線方式，與2＃轉(zhuǎn)載點配電室分站的PLC連接，在密控室實現(xiàn)給煤機的集中控制。

實現(xiàn)5臺給煤機的控制，選用PLC硬件配置為：電源：PS307 5A;中央處理器：CPU315-2 DP(6ES7 315-2AG10-0AB0)；數(shù)字量輸入模塊：DI16XAC120/230V;輸出模塊：DO16XAC120/230V/2A；通訊模塊：MPI/DP；模擬量輸入模塊：AI8X12Bit。

（3）頻率測控儀

LU-904MF00I2V21智能測控儀是智能型、高精度的數(shù)顯液位、溫度、壓力測量控制儀表，與液位、壓力、溫度傳感器及變送器配接可構(gòu)成各種量程和規(guī)格的液位、溫度、壓力測控系統(tǒng)。LU-904M智能測控儀的輸入信號可任意改變，同時可配熱電偶、熱電阻、0～10mA、4～20mA標準電流或0～5V、1～5V標準電壓信號。具有四路報警輸出，每路報警輸出可任意定義為上限或下限報警；可帶0～10mA、4～20mA標準電流變送輸出及12VDC/50mA、5VDC/50mA、24VDC/ 50mA饋電輸出。

智能測控儀是給煤機運行狀態(tài)下顯示當前給煤量或頻率或電流信號，可根據(jù)顯示數(shù)據(jù)，進行手動/自動頻率調(diào)整，來調(diào)整給煤量。智能測控儀，接線簡單，只需接如AC220V電源，再將變頻器的模擬量輸出信號(AOUT1+,AOUT1-)接入其4～20mA的模擬量信號端子（10、11）即可。

4 應(yīng)用效果

（1）節(jié)電效果明顯。每臺給煤機為3KW,共5臺，15KW。按電費價格0.5元/(kw.h)計算，則變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用可為洗煤廠降低電耗費用。

年節(jié)電：15*12*30*12=64800度 年節(jié)約電費=6.48*0.5= 3.24萬元。

（2）給煤量通過調(diào)節(jié)變頻器頻率來調(diào)節(jié)，無需人工對倉口門進行調(diào)節(jié)，減少了職工的勞動強度，5臺給煤機集中控制后，設(shè)備電氣閉鎖可靠，出現(xiàn)故障，聯(lián)鎖停車，對設(shè)備損壞小，職工維護工作量大大減少。

（3）調(diào)速范圍廣，變頻調(diào)速技術(shù)科使設(shè)備方便地在f=0～50HZ范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，操作簡單，且系統(tǒng)功率因數(shù)高，額定工況下功率因數(shù)高達97%，壽命長，故障率低，并可有效減小設(shè)備機械磨損。

（4）實現(xiàn)自動化控制，即由密度司機根據(jù)運輸皮帶秤的顯示量的大小，根據(jù)配煤比例，調(diào)節(jié)變頻器頻率，從而調(diào)節(jié)給煤機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)給煤量的大小，無需人工給煤倉的倉門大小，減輕操作人員的工作強度，提高的人員操作的安全性。

5 結(jié)語

以上自動給煤控制系統(tǒng)的改造方案主要采用上位機組加PLC的結(jié)構(gòu)，其中S7-200PLC系統(tǒng)主要采用三層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架（信息層，控制層，設(shè)備層）。信息層以集中控制室為核心，涵蓋監(jiān)控計算機、交換機，其與控制層之間由監(jiān)控室主站實現(xiàn)連接。設(shè)備層包括膠帶秤、給煤機變頻器等，其與控制層通過自動配煤分站實現(xiàn)連接。這種結(jié)構(gòu)下，可以實現(xiàn)圖形監(jiān)控、圖形顯示、數(shù)據(jù)監(jiān)控與記錄，還帶有警報、診斷功能。能夠?qū)崿F(xiàn)選煤系統(tǒng)的自動化，減輕操作人員的勞動強度，同時還能夠保證選煤的質(zhì)量。

在皮帶運輸系統(tǒng)除了s7―300PLC，還包含操作系統(tǒng)、Siemens MM440變頻器。s7―300PLC的主要作用在于控制運輸機的運行速度、啟動順序，如果出現(xiàn)故障時能夠及時診斷和報警，從而使得整個系統(tǒng)更為穩(wěn)定和安全。同時該廠根據(jù)皮帶運輸機運輸距離短、負載量不大的特點，選用了轉(zhuǎn)動慣量小、相應(yīng)快的MM440變頻器。該變頻器采用微處理器控制，輸出器件為絕緣柵雙極晶體管，能夠為變頻器和電動機提供較高質(zhì)量的保護。運行時操作系統(tǒng)向s7―200PLC輸出控制指令，進行邏輯控制，并向MM440發(fā)送指令，控制運行。

西門子MM440和S7-300型PLC在該廠電氣控制應(yīng)用中

占據(jù)了重要位置。通過對我廠老受煤坑給煤機電氣改造方案作分析，認為實施該方案后可解決以下三個方面的問題：

① 根據(jù)每個煤倉的煤種情況自動控制給煤機給煤量，提高了原煤配洗效率和質(zhì)量，提高該廠的整體效益。

② 給煤機采用變頻器＋PLC控制，自動化程度提高，提高給煤機電控電氣故障率降低，維修量小。

③ 實現(xiàn)自動控制后，減少人員和設(shè)備不安全因素，減少的職工的勞動強度。

[1]劉美俊，西門子S7-300/400應(yīng)用案例分析[M]，電子工業(yè)出版社，2009．

[2]鄧小盾，基于西門子變頻器MM440和PLC的礦井提升機控制系統(tǒng)[J]．煤炭技術(shù)，2012，31(10)：131-133．

Coal Feeder Control System Based on Frequency Converter and PLC

Li Yuelan
(Ningxia Industry and Commerce Career Technical College,Yinchuan 750001,Ningxia)

tract】 Aiming the shortcomings of manual coal feeder,this paper proposes to improve the accuracy and automation of coal washing,which is an urgent need for the development of the coal washery.In this paper,the automatic technology of inverter and PLC control for reciprocating feeder is introduced,and its principle,hardware equipment,technical characteristics and application feasibility are expounded.

words】 coal feeder;frequency converter;PLC

TP273

A

1008-6609(2016)09-0050-04

李月蘭，女，寧夏人，研究生，講師，研究方向：電路與系統(tǒng)。