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        煤礦井下帶式輸送機自動控制系統(tǒng)設(shè)計研究

        2018-10-09 02:51:56李志鴻
        機電工程技術(shù) 2018年9期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)圖晶閘管帶式

        李志鴻

        (陽泉煤業(yè)集團長溝煤礦有限責(zé)任公司,山西陽泉 032700)

        0 引言

        某煤礦東一采區(qū)帶式輸送機主要負(fù)責(zé)運輸東一采區(qū)的煤炭,年設(shè)計運輸量148萬t。膠帶長度及傾角:L1=1 390 m,a1=6°32′59″;L2=341 m,a2=9°29′11″;L3=49 m,a3=0°。年工作天數(shù)約329天,日工作時間17 h。運輸能力500 t/h,不平衡系數(shù)1.2。為提高運輸效率和降低帶式輸送機的故障率,設(shè)計自動控制系統(tǒng),運用傳感器進(jìn)行監(jiān)測,PLC進(jìn)行參數(shù)顯示。將檢測數(shù)據(jù)傳遞到公司調(diào)度,實現(xiàn)實時監(jiān)測,以提高帶式輸送機的運轉(zhuǎn)率[1]。

        1 設(shè)計要求

        進(jìn)行各類傳感保護裝置的選型。如:電流檢測保護、膠帶跑偏保護、打滑保護等裝置。以實現(xiàn)實時監(jiān)測輸送機的運行狀態(tài),并起到保護作用。為直觀顯示各項監(jiān)測數(shù)據(jù),運用通信模塊和監(jiān)測主機進(jìn)行數(shù)據(jù)交換(文字、圖像等顯示)。

        2 硬件設(shè)計

        2.1 結(jié)構(gòu)組成

        選用S7-300PLC作為核心控制單元。主要控制PLC主站、輸送機保護部分、機身PLC控制分站、通信等方面內(nèi)容。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、信息傳送、交換數(shù)據(jù)、顯示、報警等[2]。該系統(tǒng)需要準(zhǔn)確各控制單元的啟停功能。該系統(tǒng)必須具備遠(yuǎn)程控制、單機控制、多機聯(lián)動等功能。通過以太網(wǎng)接口向指揮中心傳遞信息。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

        圖1 系統(tǒng)硬件圖

        S7-300PLC控制單元包含MAX485串行芯片、電平轉(zhuǎn)換電路(12 V、24 V),節(jié)點閉合電路值5 mA,開路電壓大于200 V。

        帶式輸送機驅(qū)動方式采用雙直流電機實現(xiàn),對控制系統(tǒng)而言,主要控制兩方面的內(nèi)容,即電樞和勵磁回路的調(diào)節(jié)[3]。電樞調(diào)節(jié):通過2組晶閘管整流器串聯(lián)供電,順序控制晶閘管的開關(guān)電路通斷進(jìn)行主電機的壓降啟動,從而減輕對電網(wǎng)的無功沖擊;勵磁調(diào)節(jié):2組晶閘管整流器并聯(lián)供電,從而實現(xiàn)主電機運行中的平緩調(diào)速。

        2.2 傳感器選型

        輸送機保護裝置主機型號選用KHP128-Z。

        (1)速度傳感器對輸送機進(jìn)行速度檢測,若出現(xiàn)帶速異常,立即通過主控裝置向電樞(勵磁)回路的晶閘管發(fā)出信號;

        (2)溫度傳感器對輸送機進(jìn)行超溫保護,對設(shè)備待測點進(jìn)行溫度檢測,超溫進(jìn)行自動灑水保護(采用集成感溫探頭檢測,選用本安型);

        (3)煙霧傳感器對輸送機的工作環(huán)境進(jìn)行煙霧檢測,若煙霧含量超過0.1 mg/m2,將會輸出低電平信號,進(jìn)行對應(yīng)的保護功能;

        (4)跑偏傳感器對輸送機的輸送帶進(jìn)行跑偏檢測,使用探桿牽引探桿軸旋轉(zhuǎn)實現(xiàn),轉(zhuǎn)動至某個角度會波動行程開關(guān),然后先主機發(fā)出跑偏信號;

        (5)堆煤傳感器實現(xiàn)煤位保護作用;

        (6)撕裂傳感器起輸送帶撕裂保護作用,當(dāng)作用力大于20 N時,發(fā)揮作用,電阻輸出值在2kΩ以下,輸送帶無物料時電阻值大于1kΩ,當(dāng)電阻值在2kΩ以下時,PLC發(fā)出撕裂信號,延時2 s主機停止;

        (7)急停傳感器當(dāng)拉桿承受動力后,隨后將信號輸出,并進(jìn)行鎖定。一旦鎖定,需要人工進(jìn)行復(fù)位后才可以啟動[4-5]。

        3 軟件設(shè)計

        PLC現(xiàn)場控制和控制中心是通過以太網(wǎng)模塊CP343-1進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,實現(xiàn)通信功能。在控制中心操作服務(wù)器配置SSIEMENS SOFTNET、Intouch的OPCLINK客戶端驅(qū)動,在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)兩者間的數(shù)據(jù)交換功能。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

        圖2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

        3.1 上位機軟件

        設(shè)計基本上從數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)管兩個角度進(jìn)行開發(fā)。上位機檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

        3.1.1 人機界面

        人機界面通過鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器等實現(xiàn)人機對話,實現(xiàn)操作者對監(jiān)控系統(tǒng)的具體操控。界面有按鈕(圖標(biāo))和菜單,易于操作。另外,監(jiān)控系統(tǒng)可以對數(shù)據(jù)和不同類別的動態(tài)曲線進(jìn)行實時顯示,具有打印功能。系統(tǒng)的菜單、提示、圖形等采用漢字界面,易于識別。若系統(tǒng)出現(xiàn)故障,會出現(xiàn)對應(yīng)故障報警[6]。Database對報警信息進(jìn)行整理歸檔,可按照需求進(jìn)行查詢。

        3.1.2 圖形界面

        主要表現(xiàn)為各類顯示。如:監(jiān)控軟件總貌、報警、數(shù)據(jù)實時顯示等[7]。所有畫面均可通過動畫的方式顯示,畫面顯示可以對實際情況進(jìn)行模擬,便于操作。

        圖3 上位機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

        3.1.3 故障信息database

        故障信息database涉及實時記錄、查詢、故障等信息。若發(fā)生故障,可迅速查出故障發(fā)生點,便于故障查找和處理。系統(tǒng)在運行中,所有數(shù)據(jù)實時保存在database界面。數(shù)據(jù)保存具有實時性和完整性。

        3.2 PLC控制軟件

        用戶將程序通過編程器傳遞到PLC的存儲器,PLC依照預(yù)設(shè)程序進(jìn)行操作,按照存儲地址號從大到小的次序進(jìn)行程序掃描,同時進(jìn)行操作指令的核實。PLC執(zhí)行過程:將輸入信號傳輸?shù)郊拇嫫鞅4?。?zhí)行過程不受輸入狀態(tài)的改變而變化,寄存器數(shù)據(jù)保持不變[8]。PLC掃描程序,自上而下、從左至右的次序進(jìn)行,沒掃描一條指令,從輸入映像寄存器和元素映像寄存器中讀取,將執(zhí)行結(jié)果實時輸送。

        4 小結(jié)

        依據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)計帶式輸送機自動控制系統(tǒng),按照需求應(yīng)用各種傳感器,采用S7-300PLC,確立PLC規(guī)格及相關(guān)功能模塊,進(jìn)行控制流程圖設(shè)計,實現(xiàn)帶式輸送機自動化控制。有效提高設(shè)備的運轉(zhuǎn)率,同時降低工人的勞動強度,有利于提高生產(chǎn)效率。

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