侯宇航

（山西省霍州煤電集團(tuán)龐龐塔煤礦，山西 呂梁 033200）

引言

煤礦采煤系統(tǒng)智能控制有以下幾方面意義：完整的信息平臺(tái)的建立，為了監(jiān)測(cè)的各個(gè)方面的數(shù)據(jù)能夠得以實(shí)現(xiàn)，并且需要對(duì)設(shè)備各方面的運(yùn)行情況的信息進(jìn)行了解；為了對(duì)采煤設(shè)備實(shí)現(xiàn)故障的診斷和報(bào)警，就需要依據(jù)所有的檢查的結(jié)果，并提供技術(shù)保障在設(shè)備運(yùn)行方面；24 h檢測(cè)采煤的所有信息，以方便24 h監(jiān)控采煤設(shè)備；可以集中聯(lián)控采煤裝備在各個(gè)工作面，致使工作人員的人數(shù)減少和勞動(dòng)力度降低。為此，探討煤礦采煤系統(tǒng)智能控制的技術(shù)，了解采煤工作面設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，并對(duì)所有的傳感器與PLC控制柜軟、硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，以實(shí)現(xiàn)采煤設(shè)備控制的智能化。

1 系統(tǒng)的組成部分

數(shù)據(jù)服務(wù)器、客戶端、移動(dòng)終端、各類傳感器、控制計(jì)算機(jī)、采煤機(jī)裝備集中PLC智能控制柜、本安型就地操作箱等技術(shù)被包含在煤礦采煤系統(tǒng)智能控制技術(shù)。圖1即為采煤工作面設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。

圖1 采煤工作面設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)總體框架

1）數(shù)據(jù)服務(wù)器。發(fā)布、處理、匯總及儲(chǔ)存收集到的數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)服務(wù)器的主要職責(zé)，其通信的方式是經(jīng)過監(jiān)控室、以太網(wǎng)兩方面的組態(tài)軟件完成的。

2）各類傳感器。其最重要的作用是對(duì)設(shè)備的中轉(zhuǎn)載機(jī)、采煤機(jī)、膠帶機(jī)、刮板輸送機(jī)及破碎機(jī)等的信息進(jìn)行及時(shí)的收集，其他故障信息、壓力、電流、溫濕度及電壓組成了實(shí)時(shí)信息。

3）客戶端?？蛻舳丝梢圆榭疵旱V采煤設(shè)備及時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的信息和查詢信息，其客戶端的方式是計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦等。

4）本安型就地操作箱。其作用是將顯示屏幕提供給工作人員，在屏幕上顯示采煤設(shè)備的信息，設(shè)備的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況被工作人員以最快速度了解，況且旋轉(zhuǎn)開關(guān)完成檢修采煤設(shè)備、遠(yuǎn)程及就地的轉(zhuǎn)換，就地完成設(shè)備開啟及停止。

5）控制計(jì)算機(jī)。有1臺(tái)使用的計(jì)算機(jī)，1臺(tái)備用計(jì)算機(jī)，采煤設(shè)備的數(shù)據(jù)可以通過監(jiān)控軟件進(jìn)行歸檔與處置，工作面的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)可以被WINCC組態(tài)界面及時(shí)查看。

6）采煤機(jī)裝備集中PLC智能控制。其在系統(tǒng)中是重點(diǎn)的監(jiān)控設(shè)備，能供給I/O接口、通信接口、模擬量采集接口等，以太網(wǎng)與符合規(guī)定的通信協(xié)議被支持，收集、傳遞與處置采煤設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況得以完成。

2 對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)

2.1 對(duì)PLC控制柜硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)

CPU模塊、電源模塊、RS-485通信模塊、I/O擴(kuò)展模塊及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等構(gòu)成了PLC控制柜。

1）電源模塊選型。電源模塊PS307-5A屬于S7系列，其電源模塊被使用在本文中，并且供電范圍有兩個(gè)檔位，分別是AC 85～132 V與AC 176～264 V，其作用是保護(hù)短路及斷路，使供電量達(dá)到要求，就需要把本安電源模塊設(shè)置2個(gè)。表1就是CSTI系列輸出本質(zhì)安全電源在本安電源模塊中的參數(shù)。

表1 CSTI系列日常輸出本質(zhì)安全電源的相關(guān)參數(shù)情況表

2）通信模塊選型。2個(gè)通信模塊CM1241 RS-422/RS-485在本文中被選擇使用，并對(duì)MODBUS協(xié)議進(jìn)行支持。

3）I/O擴(kuò)展模塊。2個(gè)16點(diǎn)的數(shù)字量輸入模塊、2個(gè)8路通用型模擬量輸入模塊及2個(gè)8路專用測(cè)溫模擬量輸入模塊被建立。

4）CPU模塊選型。S7-1200 PLC被礦用隔爆兼本安型控制箱的控制器在本文中所使用，其數(shù)字量輸入、輸出分別為14個(gè)、10個(gè)，模擬量輸入為2路這兩方面構(gòu)成了控制器，其最大額定功率及供電分別為12 W及24 V DC，以太網(wǎng)內(nèi)嵌1個(gè)接口，可以被HMI、程序下載與PROFINET網(wǎng)絡(luò)連接等所使用，RS-485/RS-422通信模塊被擴(kuò)大的數(shù)量為3個(gè)，并且由和50 kB的工作存儲(chǔ)器、8 192 B的位存儲(chǔ)器、2 MB的裝載存儲(chǔ)器與2 kB的保持性存儲(chǔ)器構(gòu)成。表2為PLC模塊選型匯總。

表2 PLC模塊選型匯總情況表

2.2 設(shè)計(jì)使用PLC控制柜軟件

TIA Portal軟件被PLC控制柜軟件使用及編輯。梯形圖編程語言、模塊化編程及結(jié)構(gòu)化編程被使用，由啟動(dòng)組織塊、全局?jǐn)?shù)據(jù)塊、操作箱按鈕、傳感器數(shù)據(jù)處理、Modbus寫數(shù)據(jù)通信、Modbus讀數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)處理等邏輯塊構(gòu)成了系統(tǒng)程序的邏輯塊。圖2即為PLC控制柜整體程序流程圖。

圖2 PLC控制柜整體流程圖

Modbus寫數(shù)據(jù)通信、Modbus讀數(shù)據(jù)通信在本文中說明。

1）Modbus讀數(shù)據(jù)通信?？梢杂米髯x寫設(shè)備上的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，其設(shè)備包括主控器、采煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控器、膠帶可編輯控制箱、膠帶可編輯控制箱、組合開關(guān)及變頻器等，故障標(biāo)志燈、設(shè)備的啟停標(biāo)志、保護(hù)信息、電壓、故障代碼、子設(shè)備運(yùn)行電壓及電流組成了運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。

2）Modbus寫數(shù)據(jù)通信。Modbus寫數(shù)據(jù)通信最重要的功能是使監(jiān)控器或采煤機(jī)遠(yuǎn)程主控制器和膠帶可編輯控制箱可以接收控制命令傳遞的信息，開啟與停止控制采煤設(shè)備得以完成。

3 選擇傳感器型號(hào)及類型

3.1 各種傳感器在采煤機(jī)中的應(yīng)用情況

溫度繼電器、流量傳感器、電流互感器、壓力傳感器、瓦斯監(jiān)測(cè)傳感器等傳感器被采煤機(jī)使用。

1）溫度繼電器。主要負(fù)責(zé)監(jiān)督檢測(cè)油的溫度，包括截割電機(jī)、油泵電機(jī)、牽引變壓器，溫度繼電器JW2-155被其使用。

2）流量傳感器。負(fù)責(zé)監(jiān)督檢測(cè)液體在牽引液壓系統(tǒng)與冷卻水系統(tǒng)中的流量，流量傳感器型號(hào)YF S201被本文使用。其耐壓、測(cè)量范圍、工作溫度、工作電壓的技術(shù)數(shù)據(jù)分別是不大于1.7 MPa、1～30 L/min、不大于120℃、5～24 V。

3）壓力傳感器。主要是對(duì)牽引部及輔助液壓系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等壓力的變動(dòng)進(jìn)行監(jiān)督檢測(cè)，壓力傳感器型號(hào)為MIK-P300被應(yīng)用用。其量程、零點(diǎn)漂移、輸出模擬量、工作電流、工作電壓的技術(shù)數(shù)據(jù)分別為0～40 MPa、±2%FS，4～20 mA、不大于100 mA、4～36 V。

4）電流互感器。主要監(jiān)督檢測(cè)電流，其包括采煤機(jī)截割機(jī)。電流互感器型號(hào)為PAS-JIC600D-P1/SP6的被使用。其在作業(yè)時(shí)的額定電流、精度的測(cè)量的技術(shù)數(shù)據(jù)分別為小于100 mA、±1%，0～600 A（電流測(cè)量范圍）和4～20 mA（模擬量）。

5）瓦斯監(jiān)測(cè)傳感器。主要是對(duì)瓦斯的密度進(jìn)行監(jiān)督檢測(cè)，屬于采煤機(jī)工作面。瓦斯監(jiān)測(cè)傳感器型號(hào)為GJC4被傳感器使用，在濃度不小于1%時(shí)，會(huì)切斷常閉節(jié)點(diǎn)。

3.2 傳感器在采煤運(yùn)輸設(shè)備中的應(yīng)用情況

轉(zhuǎn)運(yùn)膠帶輸送機(jī)、破碎機(jī)、刮板輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)組成了采煤運(yùn)輸設(shè)備。

1）傳感器在破碎機(jī)中的應(yīng)用。作為成套設(shè)備的破碎機(jī)，安裝其目的是監(jiān)督檢測(cè)溫度，主要的是對(duì)主電機(jī)的PT100溫度傳感器與JW2-155溫度繼電器進(jìn)行檢測(cè)。

2）傳感器在轉(zhuǎn)載機(jī)中的應(yīng)用。最主要的是監(jiān)督檢測(cè)速度與溫度，其速度檢測(cè)的是轉(zhuǎn)載機(jī)的，其溫度檢測(cè)的是電機(jī)的，速度傳感其被使用的型號(hào)是SCD-1型，溫度傳感器型號(hào)PT100及型號(hào)JW2-155被使用在對(duì)電機(jī)溫度進(jìn)行監(jiān)督檢測(cè)。

3）傳感器在刮板輸送機(jī)中的應(yīng)用。主要是短路保護(hù)的JW2-155溫度繼電器，監(jiān)督檢測(cè)PT100溫度傳感器在電機(jī)定子繞組及軸承的溫度，監(jiān)督檢測(cè)SCD-1型速度傳感器在刮板輸送機(jī)中的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，監(jiān)督檢測(cè)有沒有完整SCD-10型斷鏈保護(hù)器存在于刮板鏈條中。

4）傳感器在轉(zhuǎn)運(yùn)膠帶輸送機(jī)中的應(yīng)用。由GEJ-15-P型跑偏傳感器、GSC6型速度傳感器、急停開關(guān)等其他輔助保護(hù)傳感器、GQLO.1-Y型煙霧傳感器、GWW-45-W型溫度傳感器、GUD-3-D型堆煤傳感器等組成。

4 結(jié)語

通過了解采煤工作面設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與構(gòu)成，分析了PLC控制柜的硬、軟件的設(shè)計(jì)，并對(duì)采煤機(jī)與運(yùn)輸設(shè)備使用型號(hào)進(jìn)行了選擇，提高了煤礦采煤系統(tǒng)自動(dòng)化，智能化控制水平，保障了開采工作的高效進(jìn)行。