韓學淵

（西山煤電官地礦選煤廠，太原 030022）

0 引言

給煤機是選煤廠自動裝車系統(tǒng)中的關(guān)鍵機械設(shè)備，其主要作用是根據(jù)緩沖倉煤量需求，控制煤料煤量，由皮帶運輸機將煤料運輸至緩沖倉。在裝車系統(tǒng)工作時，給煤機自動控制系統(tǒng)必須精確定量、精準控制、保護功能完善，以確保自動定量裝車系統(tǒng)安全、連續(xù)、穩(wěn)定地運行[1-2]。國內(nèi)大部分選煤廠自動定量裝車系統(tǒng)中的給煤機采用繼電器或單片機控制，稱重方式為傳統(tǒng)的電子稱重，該套方案在選煤廠惡劣的工作環(huán)境下稱重精確度、控制實時性都較差，而且故障率較高，嚴重影響自動定量裝車系統(tǒng)的裝車速度和精度[3-4]。為解決上述問題，將PLC控制技術(shù)和變頻技術(shù)引入給煤機自動控制系統(tǒng)，提高給煤機的自動化、智能化水平。

1 系統(tǒng)組成

給煤機自動控制系統(tǒng)組成如圖1所示，核心為PLC控制器、擴展的DI模塊、DO模塊以及AI模塊。DI信號主要有控制給煤機的啟停信號和閘門信號；DO信號主要為給煤機啟動輸出信號和停止輸出信號；AI信號主要為稱重傳感器信號，用于實時對帶式輸送機上的煤料進行稱重，作為控制給煤機給煤量的參考值；料位傳感器信號為給煤倉內(nèi)煤料的料位信息；煙霧傳感器信號為帶式輸送機皮帶故障監(jiān)測信號。上述3個傳感器信號參與給煤機自動控制過程，給煤量需參考稱重傳感器以及料位傳感器實時檢測值，當煙霧傳感器信號被觸發(fā)后，表明帶式輸送機皮帶過熱，需進行故障報警處理過程。PLC控制器將給煤機的工作狀態(tài)、參數(shù)信息、故障信息以通信方式發(fā)送給監(jiān)控平臺，方便技術(shù)人員及時掌握給煤機的運行信息。當給煤機需要調(diào)速時，由PLC控制器計算調(diào)速目標值，控制變頻器進行變頻調(diào)速過程。

圖1 給煤機自動控制系統(tǒng)組成

2 硬件選型

PLC主站控制器與PLC分站控制器都選用倍福的CX8050，該PLC支持多種通信模式，如支持TCP/IP、CAN、CanOpen、Modbus TCP、Modbus RTU等。該PLC支持數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出擴展，支持各通信模式擴展。溫度傳感器的工作流程如圖2所示，被測介質(zhì)的溫度T作用在溫度傳感器的感應部件PT100上，其輸出電阻值與施加溫度成正比。溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖2 溫度傳感器工作流程

表1 溫度傳感器主要技術(shù)參數(shù)

稱重傳感器采用CYB-606S型稱重測力模塊，該模塊將稱重傳感器、負荷傳遞裝置和安裝連接件等部件組合在一起，可以非常方便的與給煤機相連。該稱重傳感器采用懸臂梁式結(jié)構(gòu)，稱量精度達到0.1%[5-6]。該傳感器結(jié)構(gòu)獨特，可方便的安裝在定量倉，3種頂板結(jié)構(gòu)（固定式、浮動式和半浮動式）可以消除定量倉因熱脹冷縮帶來的稱量誤差。該傳感器安裝簡單、快速、維護方便，節(jié)約停機維護時間。

變頻器采用Pempek公司的W4變頻器，該變頻器的控制方法有V/Hz頻率控制以及閉合回路矢量控制，保護措施有電源低電壓保護、電源失相保護、電源過電流保護、電源短路保護、直流母線過電壓保護、負載短路保護、負載過電流保護、負載過速保護、功率元件溫度過高保護等。該變頻器支持CAN總線2.0B通信協(xié)議。

3 軟件設(shè)計

給煤機控制系統(tǒng)流程如圖3所示，工作模式分為遠程控制、就地控制以及停機。給煤機控制系統(tǒng)完成初始化過程后，進行工作模式選擇，進入不同的自動控制流程。工作模式為遠程控制時，進行原煤流量的PID調(diào)節(jié)過程；工作模式為就地控制時，進入電動機轉(zhuǎn)速的PID調(diào)節(jié)過程；工作模式為停機時，進入校驗過程。

給煤機控制系統(tǒng)工作流程如圖4所示，系統(tǒng)啟動并完成初始化過程后，準備啟動給煤機。如果給煤機設(shè)備正常，則啟動給煤機；如果設(shè)備不正常，則報警并進行故障提示。給煤機啟動并平穩(wěn)運行后，測量給煤機運行關(guān)鍵參數(shù)。如果需要調(diào)速，則根據(jù)緩沖倉倉位以及皮帶運輸機承重進行速度計算。計算出調(diào)速目標值后，由PLC控制器控制變頻器進行變頻調(diào)速，將速度調(diào)整至目標值；如果不需要調(diào)速，則給煤機按照預定速度平穩(wěn)運行。

圖3 給煤機控制系統(tǒng)流程

圖4 給煤機工作流程

給煤機與帶式輸送機之間存在閉鎖關(guān)系：啟動時，必須先啟動帶式輸送機，然后再啟動給煤機，防止先啟動給煤機后，帶式輸送機沒有啟動，導致運輸至帶式輸送機的煤料外漏；停止時，必須先停止給煤機然后間隔一定時間后再停止帶式輸送機，防止先停止帶式輸送機，給煤機繼續(xù)卸煤，導致運輸至帶式輸送機的煤料外漏。給煤機與帶式輸送機的閉鎖關(guān)系如圖5所示。

圖5 給煤機與帶式輸送機互鎖設(shè)計流程

緩沖倉與給煤機之間存在閉鎖關(guān)系：緩沖倉的料位指示達到最高位時，為防止緩沖倉溢煤，必須給給煤機停機信號，停止給煤機運行。給煤機檢測到緩沖倉的料位指示達到最高位時，不能啟動。

4 使用效果

將所設(shè)計的給煤機自動控制系統(tǒng)應用與某選煤廠自動定量裝車系統(tǒng)中，皮帶運輸維護人員減少為原來的30%，膠帶的使用效率提高了20%，使用壽命延長。給煤機與緩沖倉的閉鎖運行的穩(wěn)定性得到增強，故障率大大降低，提高了自動定量裝車系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并具有較好的經(jīng)濟效益。給煤機自動控制系統(tǒng)的研究和使用，為選煤廠自動化、智能化進程有積極的意義，為選煤廠裝車系統(tǒng)少人化、無人化的目標邁進一大步。

5 結(jié)束語

給煤機自動控制系統(tǒng)是選煤廠自動定量裝車系統(tǒng)中的關(guān)鍵一環(huán)，其運行的穩(wěn)定性直接影響裝車系統(tǒng)的裝車速度和裝車質(zhì)量。采用PLC控制技術(shù)以及變頻技術(shù)后，能夠保證給煤機原料控制的實時性，并根據(jù)緩沖倉料位指示及時對給煤機速度進行調(diào)節(jié)，以免發(fā)生溢倉等問題。本文所設(shè)計的給煤機自動關(guān)機控制系統(tǒng)整體性能可靠、運行穩(wěn)定，具有推廣價值。