吳清平

[摘? ? 要]在當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展也十分迅速，尤其是煤炭領(lǐng)域，更是在生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量方面實(shí)現(xiàn)了顯著提升。在煤炭生產(chǎn)企業(yè)中，煤礦皮帶運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化控制是提升企業(yè)生產(chǎn)效率，保障生產(chǎn)質(zhì)量與安全的關(guān)鍵。因此，隨著煤礦生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，皮帶運(yùn)輸控制系統(tǒng)的自動(dòng)化建設(shè)也開(kāi)始受到了煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域的高度重視?；诖?，本文以某煤礦的皮帶運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)建設(shè)為例，對(duì)煤礦皮帶運(yùn)輸控制系統(tǒng)的自動(dòng)化建設(shè)進(jìn)行分析。希望通過(guò)本次的分析，可以對(duì)煤礦運(yùn)輸技術(shù)的提升及其自動(dòng)化、智能化發(fā)展提供相應(yīng)參考。

[關(guān)鍵詞]煤礦生產(chǎn);皮帶運(yùn)輸;控制系統(tǒng);自動(dòng)化設(shè)計(jì);自動(dòng)化控制

[中圖分類號(hào)]TH222 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）09–00–03

[Abstract]In today's social and economic development， the development of industrial field is also very rapid， especially in the field of coal， production technology， production efficiency and production quality have been significantly improved. In coal production enterprises， the automation control of coal mine belt transportation is the key to improve the production efficiency and ensure the production quality and safety. Therefore， with the continuous development of coal mine production technology， the automation construction of belt transportation control system has also begun to receive high attention in the field of coal production. Based on this， this paper takes the belt transportation automation control system construction of a coal mine as an example， analyzes the automation construction of the belt transportation control system in coal mine. Hope that through this analysis， it can provide corresponding reference for the improvement of coal mine transportation technology and its automation and intelligent development.

[Keywords]coal mine production; belt transportation; control system; automatic design; automatic control

在煤礦皮帶運(yùn)輸過(guò)程中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用不僅可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸效率與運(yùn)輸質(zhì)量的顯著提升，讓井下工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度得到有效降低，并減少井下作業(yè)人數(shù)，為煤礦企業(yè)節(jié)約更多的人力資源成本;同時(shí)，通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，也可以讓煤礦的皮帶運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)可靠性與安全性的進(jìn)一步提升[1]。因此，在煤礦的皮帶運(yùn)輸過(guò)程中，煤礦企業(yè)一定要加強(qiáng)其自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究，將先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)PLC應(yīng)用到自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，對(duì)其硬件和軟件進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮，促進(jìn)煤礦企業(yè)在當(dāng)今時(shí)代社會(huì)中的良好發(fā)展。

1 工程概況

在某煤礦中，東采區(qū)的皮帶式運(yùn)輸系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)該區(qū)域內(nèi)的煤炭進(jìn)行運(yùn)輸，其運(yùn)輸量的年設(shè)計(jì)值是148萬(wàn)t，皮帶長(zhǎng)度和傾角如表1所示。

該皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)每一年的工作天數(shù)約為329d，平均工作時(shí)間約為17h/d，總運(yùn)輸能力為500t/h，不平衡系數(shù)為1.2。在具體應(yīng)用中，為有效提升該煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的工作效率，降低故障發(fā)生幾率，該煤礦企業(yè)對(duì)其自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與建設(shè)，在本次所設(shè)計(jì)的煤礦皮帶運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，主要通過(guò)傳感器來(lái)進(jìn)行運(yùn)輸監(jiān)測(cè)，并借助于PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸參數(shù)顯示和調(diào)控，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保障皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的工作效率與工作質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)其運(yùn)輸安全性和穩(wěn)定性的進(jìn)一步提升。

2 煤礦皮帶運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)分析

2.1 硬件結(jié)構(gòu)組成分析

在本次的煤礦皮帶運(yùn)輸自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硬件系統(tǒng)主要將西門子公司所生產(chǎn)的S7-300型PLC用作核心控制單元，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC主站、PLC控制分站、皮帶輸送機(jī)械設(shè)備保護(hù)部分以及通信等各個(gè)方面的控制。在具體應(yīng)用中，PLC系統(tǒng)主要功能包括皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中各機(jī)械設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的采集、數(shù)據(jù)信息的傳遞、數(shù)據(jù)交換、參數(shù)顯示以及異常報(bào)警等。同時(shí)，在該系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，也需要對(duì)每一個(gè)單元實(shí)現(xiàn)啟停功能的準(zhǔn)確控制。另外，該系統(tǒng)也一定要具備多種機(jī)械設(shè)備聯(lián)動(dòng)、單機(jī)控制以及遠(yuǎn)程控制等功能。在該系統(tǒng)的信息傳遞中，主要借助于以太網(wǎng)接口的形式將相應(yīng)的信息傳遞給指揮中心。

在S7-300型PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，其主要的控制單元有12V/24V電平轉(zhuǎn)換電路以及MAX485型的串行芯片，在該系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)中，其閉合電流值是5 mA，開(kāi)路電壓在200 V以上[2]。

因?yàn)槠л斔拖到y(tǒng)主要借助于雙直流電機(jī)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所以在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)該對(duì)兩個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行控制，第一是電樞調(diào)節(jié)，第二是電磁回路調(diào)節(jié)。在進(jìn)行電樞調(diào)節(jié)的過(guò)程中，可借助于兩組晶閘管整流器來(lái)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)供電，并對(duì)晶閘管開(kāi)斷電路進(jìn)行順序控制，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)主電機(jī)壓降啟動(dòng)的控制，降低電網(wǎng)所受的無(wú)功沖擊。在進(jìn)行勵(lì)磁調(diào)節(jié)的過(guò)程中，可借助于兩組晶閘管整流器來(lái)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)供電，這樣就可以讓主電機(jī)在具體運(yùn)行過(guò)程中達(dá)到平緩調(diào)速效果。

2.2 傳感器選型分析

在本次煤礦皮帶運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，選擇了KHP128-Z型號(hào)的裝置作為皮帶運(yùn)輸機(jī)械的保護(hù)裝置。在具體的傳感器選擇過(guò)程中，主要對(duì)以下幾種傳感器及其性能加以考慮：①速度傳感器。其主要功能是檢測(cè)皮帶運(yùn)輸機(jī)械的行進(jìn)速度，如果速度出現(xiàn)異常，該傳感器會(huì)立刻通過(guò)主控裝置將相應(yīng)的信號(hào)發(fā)送給電樞回路或勵(lì)磁回路中的晶閘管。②溫度傳感器。其主要功能是保護(hù)皮帶運(yùn)輸機(jī)械的運(yùn)行溫度，檢測(cè)各個(gè)設(shè)備待測(cè)點(diǎn)的溫度，如果溫度超出允許范圍，可自動(dòng)進(jìn)行灑水保護(hù)。③煙霧傳感器。其主要功能是檢測(cè)皮帶運(yùn)輸機(jī)械工作環(huán)境中的煙霧含量，如果煙霧含量在0.1 mg/m2以上，傳感器就會(huì)進(jìn)行低電平信號(hào)輸出，相應(yīng)的保護(hù)功能也將及時(shí)啟動(dòng)[3]。④跑偏傳感器。其主要功能是檢測(cè)皮帶是否出現(xiàn)了跑偏現(xiàn)象，具體檢測(cè)中，主要借助于探桿對(duì)探軸進(jìn)行牽引，讓探軸旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)動(dòng)到某一角度時(shí)，如果行程開(kāi)關(guān)被波動(dòng)，主機(jī)就會(huì)將相應(yīng)的跑偏信號(hào)發(fā)出。⑤堆煤傳感器。其主要功能是對(duì)煤位進(jìn)行保護(hù)。⑥撕裂傳感器。其主要作用是對(duì)皮帶起到撕裂保護(hù)作用，如果皮帶上的作用力以及相應(yīng)的電阻值達(dá)到一定時(shí)，PLC就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的撕裂信號(hào)，主機(jī)在延時(shí)2s之后會(huì)停止，以此來(lái)避免皮帶撕裂情況發(fā)生。⑦急停傳感器。其主要功能是在拉桿承受了動(dòng)力之后輸出相應(yīng)的信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)拉桿鎖定。一旦拉桿被鎖定，只有在人工復(fù)位之后才可以繼續(xù)啟動(dòng)。該系統(tǒng)撕裂傳感器的具體保護(hù)參數(shù)如表2所示。

3 煤礦皮帶運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分析

3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

在本次對(duì)某煤礦的皮帶運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要借助于CP343-1型的以太網(wǎng)模塊在PLC現(xiàn)場(chǎng)控制以及控制中心之間進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的傳輸，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)和控制中心之間的有效通信。在該自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制中心，客戶端操作服務(wù)器的主要驅(qū)動(dòng)配置是Intouch以及SSIEMENS SOFTNET形式的OPCLINK驅(qū)動(dòng)，且兩者之間可以此為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[4]。

3.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行該煤礦皮帶運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)基本是從兩個(gè)角度來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，第一是數(shù)據(jù)采集，第二是實(shí)時(shí)監(jiān)控。某煤礦皮帶運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)上位機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

3.2.1 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

在上位機(jī)系統(tǒng)中，人機(jī)界面的主要組成部分包括顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤等，其主要的功能是實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的對(duì)話，借助于人機(jī)界面，操作者可以對(duì)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行具體的監(jiān)控和操作。在本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，人機(jī)界面上進(jìn)行了菜單以及操作按鈕等圖標(biāo)設(shè)計(jì)，更加便于操作。同時(shí)，人機(jī)界面也可以將數(shù)據(jù)以及類別各異的動(dòng)態(tài)曲線實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，且?guī)в写蛴」δ?，操作者可以?duì)需要打印的數(shù)據(jù)信息隨時(shí)進(jìn)行打印。另外，在該系統(tǒng)的人機(jī)界面中，所有的圖形、提示以及菜單文字應(yīng)用的都是中文，這樣也就更加便于操作者識(shí)別。在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，系統(tǒng)自身會(huì)發(fā)出相應(yīng)的故障報(bào)警。借助于Datebase這款軟件，可以整理和歸檔報(bào)警信息，操作者或者是管理者可以根據(jù)實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行報(bào)警信息的隨時(shí)查詢。

3.2.2 圖形界面設(shè)計(jì)

在煤礦皮帶運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，圖形界面的主要功能是進(jìn)行監(jiān)控軟件全貌、數(shù)據(jù)以及報(bào)警等各類信息的實(shí)時(shí)顯示。在圖形界面中，所有的畫面都以動(dòng)畫的形式顯示。借助于圖形界面，操作人員可以進(jìn)行實(shí)際情況的模擬操作，進(jìn)而讓操作人員的操作更加簡(jiǎn)單便捷。

3.2.3 故障信息Database軟件設(shè)計(jì)

在煤礦皮帶運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)的上位機(jī)系統(tǒng)中，Database軟件的主要功能是對(duì)故障信息的實(shí)時(shí)記錄以及實(shí)時(shí)查詢。在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，借助于Database軟件，可迅速進(jìn)行故障發(fā)生位置的查詢，進(jìn)而為系統(tǒng)故障的查找以及處理提供足夠便利。同時(shí)，在煤礦皮帶運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)的具體運(yùn)行過(guò)程中，所有數(shù)據(jù)都會(huì)在Database軟件的界面上進(jìn)行實(shí)時(shí)儲(chǔ)存，讓數(shù)據(jù)儲(chǔ)存更具實(shí)時(shí)性以及完整性。

3.3 PLC自動(dòng)化控制軟件的設(shè)計(jì)

在本次所研究的煤礦皮帶運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，用戶可以通過(guò)編程的方式將相應(yīng)程序傳遞給PLC儲(chǔ)存器，這樣就可以讓PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的操作，根據(jù)儲(chǔ)存地址號(hào)碼由大到小的順序來(lái)掃描程序，并對(duì)相應(yīng)的操作指令進(jìn)行核實(shí)，其主要的執(zhí)行過(guò)程是將信號(hào)傳送到寄存器內(nèi)進(jìn)行保存。在該系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，輸入狀態(tài)并不會(huì)對(duì)PLC的執(zhí)行過(guò)程造成影響，儲(chǔ)存在寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)將一直保持不變。PLC會(huì)按照從左到右、從上到下的順序?qū)ο到y(tǒng)程序進(jìn)行掃描，然后在輸入映像寄存器以及元素映像寄存器中進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，并實(shí)時(shí)進(jìn)行執(zhí)行結(jié)果的輸送。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在煤礦企業(yè)的作業(yè)過(guò)程中，皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)是一項(xiàng)關(guān)鍵性的煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)，憑借著運(yùn)輸量大、運(yùn)輸距離長(zhǎng)、運(yùn)輸效率高等諸多優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)在當(dāng)今的煤礦領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。但是在皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)橐恍┮蛩貢?huì)對(duì)其應(yīng)用效果及其安全性造成一定程度的不利影響，所以該系統(tǒng)的自動(dòng)化控制技術(shù)需要進(jìn)一步研究。PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)是機(jī)械自動(dòng)化控制的關(guān)鍵技術(shù)，因此在煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)化控制中，可以將PLC加以合理引入，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提升，滿足煤礦實(shí)際作業(yè)所需，促進(jìn)煤炭行業(yè)的良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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