田敬成，孫艷波，袁文彬

（南山集團(tuán)，山東煙臺(tái)265713）

基于PLC的煤礦運(yùn)輸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

田敬成，孫艷波，袁文彬

（南山集團(tuán)，山東煙臺(tái)265713）

針對(duì)目前煤礦傳送機(jī)提高安全性、降低故障率的要求，以及能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的情況，設(shè)計(jì)了煤礦皮帶智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由PLC、DTU、觸摸屏、上位機(jī)等組成，能夠檢測(cè)皮帶運(yùn)行時(shí)的各種參數(shù)，并通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能通過短信的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警，實(shí)現(xiàn)無人值守。實(shí)踐證明，本設(shè)計(jì)管理方便，故障率低、生產(chǎn)效率得到了極大的提高。

煤礦；皮帶；PLC；上位機(jī)；GPRS

皮帶機(jī)的綜合自動(dòng)化控制是整個(gè)礦井實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的重要組成部分。目前對(duì)膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)存在的主要問題有：

（1）在安全保護(hù)方面，為提高皮帶輸送機(jī)運(yùn)行的可靠性，安全性，減少故障，提高效率，多種檢測(cè)方法已應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)、液力偶合器、減速器和膠帶運(yùn)行系統(tǒng)故障檢測(cè)，但是這些系統(tǒng)是相互獨(dú)立的。

（2）故障檢測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)率高。誤報(bào)將造成皮帶輸送機(jī)不應(yīng)有的停機(jī)，使全礦井停產(chǎn)，對(duì)礦井生產(chǎn)造成極大影響。

（3）皮帶機(jī)的控制、運(yùn)行、保護(hù)等信息不能較好的與礦井其他控制系統(tǒng)共享，不能與整個(gè)礦井信息系統(tǒng)的集成。視頻監(jiān)視系統(tǒng)不規(guī)范，沒有語音通訊功能，不能實(shí)現(xiàn)無人值守。

針對(duì)上述的情況，設(shè)計(jì)了以PLC為核心的運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了安全性提高、故障率降低等要求，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控和無人值守。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要由PLC、DTU、觸摸屏、上位機(jī)等組成，PLC作為本系統(tǒng)的控制器檢測(cè)煤礦皮帶的各種參數(shù)，對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行控制并通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且能通過短信的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警，方便管理，故障率低、生產(chǎn)效率高。運(yùn)用基于組態(tài)王軟件構(gòu)造創(chuàng)建集控系統(tǒng)主機(jī)界面，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用S7-200PLC，CPU224適用于開關(guān)量不是很多的中小型控制系統(tǒng)中，其自身帶有兩路模擬量輸入和一路模擬量輸出。

2.1 自動(dòng)機(jī)傳送帶

該自動(dòng)傳動(dòng)帶具有漲緊輪，通過變頻器的PID控制實(shí)現(xiàn)傳送帶的恒張力控制，使用傳送的功率和效率保持不變，帶傳動(dòng)的缺點(diǎn)是動(dòng)力可能不足，需增加備用動(dòng)力電機(jī)。

2.2 故障檢測(cè)及保護(hù)

由于傳送帶的工作環(huán)境差，距離較長(zhǎng)，很容易造成損壞，主要原因如下：

（1）皮帶重量不一，應(yīng)用一段時(shí)間，張力會(huì)下降，會(huì)造成運(yùn)輸困難等，并且皮帶易被尖銳物品劃破。

（2）當(dāng)皮帶跑偏時(shí)，會(huì)與機(jī)械部分產(chǎn)生摩擦造成損壞。

（3）皮帶搭接部分不符合要求。如果接頭不齊，容易造成摩擦，產(chǎn)生破損、腐爛，造成皮帶受力不均勻而破裂。

2.3 人機(jī)界面HMI

人機(jī)界面和上位機(jī)是工作人員與PLC進(jìn)行通訊的界面，是系統(tǒng)用戶之間信息交換的媒介[6]。人機(jī)界面由軟件程序和硬件電路兩部分組成，使用者必須先使用HMI得畫面組態(tài)軟件制作“工程文件”，設(shè)置各個(gè)開關(guān)按鈕，以及可以顯示各個(gè)參數(shù)，再通過PC機(jī)和HMI的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到HMI的處理器中運(yùn)行，可顯示歷史報(bào)表，歷史曲線，實(shí)時(shí)報(bào)表，實(shí)時(shí)曲線等。

2.4 DTU與組態(tài)王之間的數(shù)據(jù)傳遞

無線傳輸模塊DTU，是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的重要模塊，其作用是能將485信號(hào)通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)傳輸，傳輸速率可達(dá)187.5 K，支持UDP和TCP兩種方式傳送，目前無線傳輸有兩種方式，一種是固定IP，另一種為動(dòng)態(tài)域名解析。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)程序及工作方式

（1）公共操作是在每次掃描程序前進(jìn)行自檢，若發(fā)現(xiàn)故障，除了故障燈外，還可判斷故障性質(zhì)：一般性故障，只報(bào)警不停機(jī)，等待處理；嚴(yán)重故障，則停止運(yùn)行用戶程序，此時(shí)PLC切斷一切輸出聯(lián)系。

（2）數(shù)據(jù)I/O操作

數(shù)據(jù)I/O操作也稱為I/O狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：一個(gè)是采樣輸入信號(hào)，即刷新輸入狀態(tài)表的內(nèi)容；二是送出處理結(jié)果，即用輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路。

（3）執(zhí)行用戶程序操作

在程序執(zhí)行前復(fù)位監(jiān)控定時(shí)器T1，即執(zhí)行程序并開始計(jì)時(shí)。監(jiān)控定時(shí)器T1就是通常所說的“看門狗”，它是用來監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常的，正常時(shí)，執(zhí)行完用戶程序所用的時(shí)間不會(huì)超過T1的設(shè)定值，執(zhí)行完用戶程序后立即使“看門狗”復(fù)位，表示程序執(zhí)行正常。當(dāng)程序執(zhí)行過程中因某種干擾使掃描失控或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，“看門狗”會(huì)發(fā)出超時(shí)報(bào)警信號(hào)，使程序重新開始執(zhí)行。如果是偶然因素造成超時(shí)，重新掃描程序不會(huì)再遇到“偶然干擾”，系統(tǒng)便轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行；若由于不可恢復(fù)的確定性故障，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地停止執(zhí)行用戶程序、切斷外部負(fù)荷、發(fā)出故障信號(hào)，等待處理。

3.2 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

限于文章篇幅，僅給出電動(dòng)機(jī)定子溫度檢測(cè)子程序和DTU與S7-200PLC之間的數(shù)據(jù)傳遞子程序。

3.2.1 電動(dòng)機(jī)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理子程序

子程序如2所示，調(diào)用模擬量輸入庫指令塊。AIW0是定子溫度1的輸入值存儲(chǔ)地址，PT100測(cè)量的實(shí)際溫度變成4-20MA與輸入PLC.VD100是定子溫度1實(shí)際溫度存儲(chǔ)地址變量。

圖2 電機(jī)溫度監(jiān)測(cè)子程序

通過PLC內(nèi)部計(jì)算得到實(shí)際的模擬量值，并且在觸摸屏以及上位機(jī)上實(shí)時(shí)顯示。

3.2.2 通訊程序

S7-224XP PLC的POT0口支持MODBUS RTU從站協(xié)議，通過標(biāo)準(zhǔn)485通訊口連接到DTU，PLC端口，為3正8負(fù)，在程序中可將要傳送的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)區(qū)，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳輸。實(shí)際PLC和DTU、組態(tài)王之間，DTU只起到過渡作用，相當(dāng)于遠(yuǎn)程透明傳輸。

采集的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過遠(yuǎn)程通訊方式上傳到上位機(jī)，為使通信安全可靠且容易實(shí)現(xiàn)，采用MODBUS通訊協(xié)議，PLC中的子程序如圖3所示，只要有手機(jī)信號(hào)的地方都能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，傳輸范圍廣，通訊程序如下。

4 系統(tǒng)的調(diào)試仿真

4.1 系統(tǒng)的調(diào)試與仿真

（1）檢測(cè)的溫度，濃度信號(hào)不準(zhǔn)確，有偏差

傳感器發(fā)出的為4-20MA信號(hào)，兩線制，需檢查正負(fù)是否接反，4-20MA在PLC程序中要寫入，若寫入0-20MA則檢測(cè)也是不準(zhǔn)確，傳感器的量程也要寫入PLC，若寫錯(cuò)量程則測(cè)量精度也是不準(zhǔn)確。

（2）觸摸屏與PLC聯(lián)機(jī)不上

PLC與觸摸屏連接不上，需檢查觸摸屏的程序設(shè)置與觸摸屏的是否一致，檢查觸摸屏程序PLC型號(hào)設(shè)置是否正確，PLC的通訊地址是否設(shè)置正確，觸摸屏的通訊口是否選擇串口通信等。

（3）電腦與遠(yuǎn)傳模塊連接不上

遠(yuǎn)程傳輸模塊需通過電腦進(jìn)行設(shè)置，電腦系統(tǒng)需采用XP或WIN7 32位系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)終端，WIN7系統(tǒng)不自帶數(shù)據(jù)終端，需要用軟件輔助實(shí)現(xiàn)，遠(yuǎn)程模塊需采用USB轉(zhuǎn)串口線實(shí)現(xiàn)通訊。

（4）檢測(cè)的傳感器信號(hào)波動(dòng)比較大

傳感器的檢測(cè)波動(dòng)比較大時(shí)，需檢查各個(gè)模塊是否接地，實(shí)現(xiàn)信號(hào)屏蔽，信號(hào)地與變頻器等強(qiáng)電地不能接到一塊，否則會(huì)有相反的作用。

（5）急停

報(bào)警時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信息Q0.5報(bào)警燈亮，按下I0.3緊急停止，M0.4緊急停止標(biāo)志得電實(shí)現(xiàn)M0.4停止輸出。

（6）模擬量輸入

模擬量由AIW0輸入，AIW0是字故而轉(zhuǎn)換成實(shí)數(shù)，因?yàn)榱砍淌?~200℃，經(jīng)過計(jì)算調(diào)試除以640，得到實(shí)際溫度存在VD8中。

5 結(jié)束語

皮帶運(yùn)輸是煤礦生產(chǎn)的重要組成部分，本論文采用西門子PLC代替原有的繼電器控制系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中故障率大大降低，提高了其自動(dòng)化程度和整個(gè)系統(tǒng)的安全性，實(shí)現(xiàn)了無人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高了生產(chǎn)效率，具備很大的推廣價(jià)值。

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Design of Coal Mine Transportation Control System Based on PLC

TIAN Jing-cheng，SUN Yan-bo，YUAN Wen-bin
（Nanshan Group，Yantai Shandong 265713，China）

In this paper，based on the current situation of coal mine production transportation，design of coal mine belt intelligent control system，mainly composed of PLC，DTU，touch screen，and other components of the upper machine，PLC as the controller of this system to detect the various parameters of the coal mine belt to the appropriate equipment to control and remote transmission to the monitoring center through GPRS wireless network，realtime monitoring of equipment，and can realize the remote alarm through text messages and convenient management，low failure rate，high production efficiency.This system using the control system based on kingview software construction to create sets the host interface，to monitor the whole system.

coal mine；belt；PLC；upper computer；GPRS

TP278

A

1672-545X（2017）06-0038-03

2017-03-04

田敬成（1978-），男，山東濰坊人，研究生，工程師，研究方向：電氣自動(dòng)化。