張晨凱

（晉能集團(tuán)金辛達(dá)煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

1 智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

下位機(jī)是煤礦主流遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的核心，其主要組成部件由可編程控制器（PLC）、觸摸控制屏、硬件控制裝置等設(shè)備組成。在自動(dòng)化控制過(guò)程中的核心組件為PLC，其在控制系統(tǒng)中主要起到以下作用：

1.1 被測(cè)量信號(hào)的分析和處理

PLC 帶有多種功能塊，其中PLC 的擴(kuò)展輸入/輸出模塊用于信號(hào)的收集與輸出，傳感器通過(guò)變送器、信號(hào)放大器、A/D 轉(zhuǎn)換等中間環(huán)節(jié)測(cè)得信號(hào)傳輸?shù)皆撃K。信號(hào)傳入到PLC 的CPU 中按照事先設(shè)定的程序進(jìn)行分析處理。傳入信號(hào)與設(shè)定信號(hào)進(jìn)行規(guī)則性比較轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，從而對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行控制。另一方面，PLC 的儲(chǔ)存器可對(duì)收集控制信號(hào)值進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)也可將控制信號(hào)在操作控制屏上進(jìn)行顯示，便于遠(yuǎn)程調(diào)控[1-3]。

1.2 電機(jī)啟停自動(dòng)化控制及事件預(yù)警

經(jīng)過(guò)PLC 數(shù)據(jù)信號(hào)采集分析處理后，依據(jù)用戶所需控制量的設(shè)定及程序的編制，PLC 會(huì)作出響應(yīng)，如控制信號(hào)或是報(bào)警信號(hào)。PLC 通過(guò)擴(kuò)展輸出模塊將控制信號(hào)輸出到帶式輸送機(jī)對(duì)其電機(jī)的啟停進(jìn)行控制；同理會(huì)將報(bào)警信號(hào)傳輸?shù)筋A(yù)警設(shè)備上對(duì)不同類型的故障進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)警。通過(guò)電燈的閃爍、喇叭的鳴響、屏顯紅色預(yù)警等方式報(bào)錯(cuò)，提示人員及時(shí)故障處理。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)更加智能化的控制，PLC 可通過(guò)其Modbus 通訊功能塊將所需的控制量數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)創(chuàng)建故障信號(hào)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析圖表的打印等?？蓪?duì)礦井開(kāi)采進(jìn)行自能化集中管理，從而提高生產(chǎn)率。

1.3 分站控制系統(tǒng)

PLC 是遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)的一個(gè)核心環(huán)節(jié)，不僅可以作為單獨(dú)數(shù)據(jù)處理的控制器，同時(shí)也可以作為控制系統(tǒng)通信的分站。它可進(jìn)行多動(dòng)作，一是將收集處理數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)進(jìn)行復(fù)雜處理，二是上位也可將控制指令傳輸?shù)絇LC，從而對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。在就地控制與地面控制通信不暢時(shí)，可將PLC作為分站控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程系統(tǒng)的控制，作為中間調(diào)配員，從而提高了遠(yuǎn)程系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不會(huì)斷流。系統(tǒng)整體框圖如圖1 所示。

2 S7-200 PLC 智能控制系統(tǒng)功能

2.1 控制功能

基于S7-200 PLC 控制系統(tǒng)的控制功能方便快捷，智能控制系統(tǒng)將輸送方式及控制方式操作選項(xiàng)集成在控制面板中供操作人員選擇。在控制面板中嵌套著操作流程及提示模塊便于人員操作，對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。在啟停系統(tǒng)方面，可由多種方式進(jìn)行控制。由現(xiàn)場(chǎng)情況決定，可通過(guò)自動(dòng)和手動(dòng)來(lái)進(jìn)行控制。其中自動(dòng)為集中自動(dòng)，手動(dòng)可分為連鎖手動(dòng)、解鎖手動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)。

2.2 保護(hù)功能

除了可滿足帶式輸送機(jī)電機(jī)多種控制方式外，PLC 智能控制系統(tǒng)還可滿足地面集中控制、程序流程控制及井下集中控制和就地控制的需求。自動(dòng)控制是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)程序檢測(cè)，完成不同信號(hào)處理，使得系統(tǒng)能夠在故障條件下對(duì)皮帶輸送機(jī)進(jìn)行緊急制動(dòng)，滿足煤炭安全規(guī)程對(duì)皮帶機(jī)保護(hù)的各項(xiàng)措施。針對(duì)皮帶機(jī)易出現(xiàn)的打滑、跑偏、滿倉(cāng)等問(wèn)題提供了有效的保護(hù)。

2.3 顯示功能

該系統(tǒng)可直觀地呈現(xiàn)不同帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀況，在主控界面可以明了看到連鎖流程狀態(tài)。對(duì)于輔助設(shè)備有有效的監(jiān)控，如可在監(jiān)控畫面看到輔助設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在系統(tǒng)狀態(tài)信息功能欄可詳細(xì)地看到帶式輸送機(jī)的運(yùn)行、控制、工作等性能參數(shù)。對(duì)于帶式輸送機(jī)易出現(xiàn)的問(wèn)題，會(huì)在報(bào)警顯示框進(jìn)行預(yù)警提示，如出現(xiàn)壓煤、跑偏等問(wèn)題，預(yù)警顯示欄會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的報(bào)警樣式，同時(shí)會(huì)生成報(bào)警記錄。

2.4 語(yǔ)音功能

該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音系統(tǒng)報(bào)警提示，當(dāng)故障預(yù)警出現(xiàn)時(shí)，會(huì)通過(guò)預(yù)警信號(hào)轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音在地面主控室播放。同時(shí)開(kāi)車前也有相應(yīng)的預(yù)警提示。

2.5 通訊功能

利用攝像頭對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀況進(jìn)行圖像采集，將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊厥?，及時(shí)直觀地協(xié)調(diào)皮帶輸送機(jī)的控制狀態(tài)[4-6]。

3 系統(tǒng)控制

原煤從漏斗經(jīng)過(guò)兩臺(tái)帶式輸送機(jī)相互協(xié)調(diào)配合運(yùn)煤，分別為皮帶機(jī)2（PD-2）與皮帶機(jī)1（PD-1）。由電磁閥YV 控制料斗向皮帶2 供料，皮帶1 由電動(dòng)機(jī)1（M1）控制，皮帶2 由電動(dòng)機(jī)2（M2）控制，如圖2所示。

圖2 輸送示意圖

3.1 控制要求

第一，在啟動(dòng)階段，通過(guò)間歇性間隔順序且與原煤流動(dòng)反向啟動(dòng)來(lái)預(yù)防前一階段原煤的堆積。

啟動(dòng)順序：PD-1→（時(shí)隔7S）→PD-2→（時(shí)隔7S）→YV。

第二，在停止階段，按照與原煤流動(dòng)方向一致的間歇性間隔順序停止，會(huì)將皮帶上的殘留煤落下。

停止順序：YV→（間隔12S）→PD-2 →間隔12S→PD-1。

緊急停止：在緊急制動(dòng)時(shí)，皮帶機(jī)1（PD-1），皮帶機(jī)2（PD-2），電磁閥YV 會(huì)全部同時(shí)停止。

故障停止：在工作時(shí)，若M1 發(fā)生過(guò)載，應(yīng)使皮帶機(jī)1（PD-1），皮帶機(jī)2（PD-2），電磁閥YV 同時(shí)停止。若M2 發(fā)生過(guò)載，應(yīng)使皮帶機(jī)2（PD-2），電磁閥YV 同時(shí)停止；皮帶機(jī)1（PD-1）在皮帶機(jī)2（PD-2）停止后延時(shí)10 s 后停止。

表1 I/O 地址分配

3.2 控制程序的設(shè)計(jì)

控制程序如圖3 所示，其中：T37 為PD-2 的接通延時(shí)定時(shí)器，38 為YV 接通延時(shí)定時(shí)器；T101 為PD-2 斷開(kāi)延時(shí)定時(shí)器，T101 為PD-1 斷開(kāi)延時(shí)定時(shí)器。

圖3 程序邏輯圖

3.3 通信程序的設(shè)計(jì)

第一，可利用STEP7-Micro/Win32 編程軟件對(duì)S7-200 系列PLC 進(jìn)行編程控制，應(yīng)用環(huán)境為WINDOWS。

該軟件編譯環(huán)境完善，可支持用戶離線編程及調(diào)試，也是系統(tǒng)應(yīng)用最基本條件。

第二，利用STEP7-MICRO/WIN32 的軟件設(shè)置，將PLC 與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)交互。具體調(diào)試為在CPU 上電前，將CPU 前端蓋的模式置為STOP。

第三，窗口右側(cè)顯示編程用個(gè)人計(jì)算機(jī)將通過(guò)PC/PPI 電纜嘗試與CPU 通信（見(jiàn)下頁(yè)圖4），并且本地編程計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址是0。打開(kāi)PC/PPI Cable（PPI）屬性窗口，對(duì)系統(tǒng)塊內(nèi)的PORT 通訊口進(jìn)行設(shè)置[7-9]。

圖4 程序調(diào)試圖

4 結(jié)語(yǔ)

鑒于我國(guó)煤炭能源生產(chǎn)性質(zhì)，采用工控機(jī)和PLC 相結(jié)合的智能開(kāi)采運(yùn)輸系統(tǒng)。與傳統(tǒng)運(yùn)輸系統(tǒng)控制相比，該系統(tǒng)能夠有效地控制帶式輸送機(jī)的工作，能夠?qū)捷斔蜋C(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行集控、管理?？蓾M足帶式輸送機(jī)的自動(dòng)化開(kāi)停，能夠起到高效保護(hù)作用。大大降低了成本，增加了生產(chǎn)效率。對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用有深遠(yuǎn)意義。