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2.緒論。
某地煤礦熱電廠燃料準(zhǔn)備系統(tǒng)是由四級(jí)輸送帶組成的大型供熱和自備電廠發(fā)電燃料輸送系統(tǒng)。原系統(tǒng)采用繼電器-接觸器控制，電氣設(shè)備體積大，故障率高，維護(hù)工作量大，工作效率低。針對(duì)四級(jí)皮帶輸送機(jī)對(duì)自動(dòng)化控制要求較高的現(xiàn)狀，近年來(lái)采用可編程控制器(PLC)對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造，將其與接觸器控制相結(jié)合，解決了傳統(tǒng)繼電器接觸器控制中存在的許多問(wèn)題?？删幊炭刂破魇且杂?jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用自動(dòng)化控制設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。該控制系統(tǒng)具有體積小，故障少，編程簡(jiǎn)單，接線簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行安全可靠等特點(diǎn)。
1.系統(tǒng)功能。
1.1體系構(gòu)成。
熱電廠裝機(jī)容量13000KVA，裝機(jī)容量4臺(tái)大型鍋爐，最小75噸，最大165噸，燃煤量大，輸送帶長(zhǎng)，輸送控制級(jí)多，輸送控制保護(hù)鎖多。
熱電廠供油系統(tǒng)主要由抓斗吊車、給煤機(jī)、皮帶輸送機(jī)、皮帶鼓風(fēng)機(jī)、除鐵器、刮板輸送機(jī)、篩分機(jī)、圓錘破碎機(jī)、煤位傳感器、鍋爐位置開(kāi)關(guān)等組成。
2.控制要求。
熱電廠燃料準(zhǔn)備系統(tǒng)，是一個(gè)大型皮帶輸送系統(tǒng)，工作任務(wù)重，帶鍋爐多，煤耗高，上燃料經(jīng)濟(jì)，可靠，準(zhǔn)確，及時(shí)，直接關(guān)系到整個(gè)電廠的供電質(zhì)量和生產(chǎn)效益，因此，必須保證該系統(tǒng)在運(yùn)行期間的可靠性。
請(qǐng)傳送帶輸送系統(tǒng)從最后一條傳送帶上按4,3,2,1順序啟動(dòng)，加可靠的互鎖鏈。頭三條皮帶均為氣墊皮帶運(yùn)輸機(jī)，啟動(dòng)前要求先啟動(dòng)各自的鼓風(fēng)機(jī)，吹出皮帶，以減少皮帶運(yùn)行時(shí)的摩擦，如皮帶未啟動(dòng)，則不允許啟動(dòng)，皮帶與鼓風(fēng)機(jī)之間應(yīng)加鎖。四號(hào)配倉(cāng)帶給鍋爐下料，由電動(dòng)推桿犁式卸料機(jī)進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)卸料控制。
利用流量計(jì)傳感器，行程開(kāi)關(guān)，控制傳送帶的工作時(shí)間。為提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，采用集中自動(dòng)控制，在發(fā)生故障或特殊情況時(shí)，采用人工控制。
各等級(jí)皮帶上均裝有除鐵器，因煤中混有鐵器、易燃金屬等雜物，尤其是雷管，若與煤混合，易引發(fā)爆炸等危險(xiǎn)事故。引爆管外包有鐵皮，可對(duì)其進(jìn)行除鐵，防止引爆管等進(jìn)入鍋爐，造成事故，造成不必要的損失。因此除鐵器不開(kāi)機(jī)，皮帶不允許開(kāi)機(jī)，加上必要的連鎖店。
輸送帶未開(kāi)動(dòng)，不允許振動(dòng)給煤，保證輸送帶空載啟動(dòng)，如果給煤先開(kāi)動(dòng)，輸送帶將被大流量煤壓死，使輸送帶無(wú)法正常啟動(dòng)。類似地，振動(dòng)給煤機(jī)也不能啟動(dòng)，不能啟動(dòng)抓斗起重機(jī)向給煤機(jī)送煤，否則就會(huì)壓死給煤機(jī)，使其不能重載啟動(dòng)。
振動(dòng)給煤機(jī)兩臺(tái)，正常使用一臺(tái)，備用一臺(tái)，相互獨(dú)立不能同時(shí)運(yùn)行，要求加鎖。
全皮帶運(yùn)輸機(jī)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)后，系統(tǒng)正常工作，采用自動(dòng)下料的工作方式，電動(dòng)推桿犁式卸料器動(dòng)作抬起與放下，由鍋爐的位置開(kāi)關(guān)控制，自動(dòng)抬起與放下。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，采用手動(dòng)下料的工作方式，加入一個(gè)手動(dòng)電葫蘆，使電動(dòng)推桿犁式卸料器動(dòng)作上升和放下。
該系統(tǒng)要求皮帶按一、二、三、四的順序停止，皮帶上安裝有煤流傳感器，要求煤流傳感器的準(zhǔn)確度較高，當(dāng)煤流消失時(shí)，通過(guò)煤流傳感器停止。首先停止給煤機(jī)，再停止一號(hào)皮帶，按煤流走完的順序停止皮帶，上一級(jí)皮帶未走完，下一級(jí)皮帶不允許停止，不可誤動(dòng)，并加必要的互鎖保護(hù)。
既要考慮集中控制，又要考慮現(xiàn)場(chǎng)控制，以免現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)故障，無(wú)法停車，還要設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)故障停車開(kāi)關(guān)。配備故障檢測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行狀況，當(dāng)系統(tǒng)的某個(gè)部件出現(xiàn)故障時(shí)，要有報(bào)警信號(hào)，傳入控制室，運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備在集控室有指示燈，工作正常，指示燈亮，出現(xiàn)故障時(shí)，指示燈閃爍，電鈴響，停止顯示。
2.硬件設(shè)計(jì)。
2.1氣墊皮帶運(yùn)輸機(jī)。
本發(fā)明既可脫去通用帶式輸送機(jī)的支撐托輥，又可使用帶有氣室的盤(pán)槽。
因?yàn)闅鈮|帶式輸送機(jī)沒(méi)有滾筒、承載托輥及其阻力，由盤(pán)槽上的氣孔向盤(pán)槽與輸送帶之間噴氣，形成非接觸支撐氣膜，通過(guò)盤(pán)槽時(shí)不會(huì)發(fā)生撓曲和摩擦，大大減少了摩擦損失，與槽形托輥輸送機(jī)相比，摩擦損失較小，摩擦損失較小。其功耗比普通皮帶輸送機(jī)低，且無(wú)需更換和維修托輥。盤(pán)槽與輸送機(jī)無(wú)接觸而損壞膠帶的現(xiàn)象，風(fēng)機(jī)維修費(fèi)用只是槽形托輥維修費(fèi)用的一小部分，控制設(shè)備也比較簡(jiǎn)單。
2.PLC的選擇。
采用PLC進(jìn)行控制，外設(shè)少，占用空間小，是一種很好的集控設(shè)備。FX2N系列PLC是三菱可編程控制器，它是一種小型機(jī)，具有功能強(qiáng)、控制精度高、運(yùn)算速度快、控制性能好等特點(diǎn)，能很好地實(shí)現(xiàn)集中控制和就地分散控制。
輸入信號(hào)有啟動(dòng)、停止、煤傳感、南北向選擇、鍋爐位置、自動(dòng)出料、出料裝置、出料裝置、選煤裝置等20個(gè)；輸出信號(hào)有振動(dòng)給煤機(jī)、皮帶鼓風(fēng)機(jī)、皮帶除鐵器、皮帶輸送裝置、棒篩、破碎機(jī)、刮板輸送機(jī)、出煤裝置、出煤裝置、故障報(bào)警、出煤/停機(jī)預(yù)報(bào)等42個(gè)。參考FX2N產(chǎn)品目錄和市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選擇基本件FX2N-48MR(24人/24人出)和擴(kuò)展件FX2N-48ER(24人/24人出)。這種配置既能降低成本，又能保留足夠的余量，是比較經(jīng)濟(jì)的選擇。
2.3流速傳感器。
利用超聲波煤流傳感器(WAE)可以提供可靠的方法檢測(cè)煤流在傳送帶上的傳播。在給油系統(tǒng)上安裝，當(dāng)堵塞發(fā)生時(shí)，傳感器提供可靠的報(bào)警信號(hào)。超聲煤流傳感器包括兩個(gè)部分：探頭傳感器和控制盒。為減小干擾信號(hào)，在探頭傳感器內(nèi)裝有前置放大器，使煤流信號(hào)在送至控制部件之前得到增強(qiáng)?？刂破靼ū匾碾娮与娐罚^電器，比較電路，以及顯示報(bào)警LED狀態(tài)的指示電路。調(diào)節(jié)與修正均在控制部分完成。
在輸送帶流動(dòng)過(guò)程中，煤塊與探頭及煤塊之間的摩擦產(chǎn)生聲波。聲振幅度由壓電元件按比例轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，放大后傳送至控制部分。進(jìn)一步放大并濾除控制部分信號(hào)中與流量無(wú)關(guān)的干擾。輸入信號(hào)激發(fā)和維持了“煤流”狀態(tài)。這款超聲波煤流傳感器為煤流遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)提供了高可靠性和確實(shí)有效的方法。
3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
常用的PLC程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有梯形程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(LD)、順序功能程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(SFC)和功能塊程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(FBD)，四級(jí)皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)屬于典型的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，因此主要采用順序功能程序設(shè)計(jì)。
序函數(shù)圖主要采用步進(jìn)梯形指令的編程方式，為了便于編程，在程序中采用了大量的中間繼電器進(jìn)行程序的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換，同時(shí)也使用了大量的內(nèi)部定時(shí)器來(lái)完成延遲函數(shù)。
3.1啟動(dòng)程序。
第一步是準(zhǔn)備工作，將現(xiàn)場(chǎng)集中控制開(kāi)關(guān)關(guān)閉，北線開(kāi)關(guān)關(guān)閉，給煤機(jī)選擇開(kāi)關(guān)關(guān)閉，要自動(dòng)卸煤，將自動(dòng)卸煤開(kāi)關(guān)關(guān)閉，做好啟動(dòng)前的準(zhǔn)備工作。在完成了準(zhǔn)備工作之后，按下了駕駛按鈕，皮帶運(yùn)輸機(jī)在PLC的控制下，按照編寫(xiě)好的程序一步一步的啟動(dòng)。
3.2作業(yè)程序。
全部設(shè)備啟動(dòng)后，皮帶輸送機(jī)開(kāi)始正常運(yùn)煤工作，電推桿式自動(dòng)卸料裝置在鍋爐位置開(kāi)關(guān)控制下自動(dòng)工作。
3.3停止程序。
運(yùn)行結(jié)束后，鍋爐注滿水，按停止鍵，然后傳送帶按程序逐漸停止。最終所有的設(shè)備都停下來(lái)，等待下一個(gè)工作開(kāi)始。

3.4失敗程序。
四級(jí)輸送帶輸送機(jī)故障回路采用下降沿微分輸出指令，在設(shè)備正常工作時(shí)遇到上升沿失效，當(dāng)設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)，將其連接到故障繼電器線圈，使其產(chǎn)生故障輸出，故障報(bào)警，設(shè)備停止運(yùn)行。當(dāng)正常停車時(shí)，由停車預(yù)知輸出斷開(kāi)，使其失效，使其不誤報(bào)。
如果運(yùn)行中發(fā)生故障，使某一設(shè)備不能正常運(yùn)行，只要該設(shè)備由于故障停止運(yùn)行，一下降，便會(huì)與PLC中的故障繼電器接通，故障線圈閉合，將運(yùn)行電路全部斷開(kāi)，停止運(yùn)行，發(fā)出故障報(bào)警聲。等待故障解除并恢復(fù)正常。
4.結(jié)論。
總之，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案不僅選用了成熟可靠的軟硬件，而且充分考慮了系統(tǒng)的擴(kuò)展性，符合控制管理一體化的趨勢(shì)，為以后控制和管理功能的擴(kuò)展奠定了良好的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)投入使用以來(lái)，運(yùn)行狀況良好，自動(dòng)化水平處于國(guó)內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
其創(chuàng)新之處主要在于改用無(wú)輥筒、無(wú)托輥的氣墊帶式輸送機(jī)，減少摩擦損耗，減少功耗；電氣控制采用PLC與接觸器相結(jié)合，解決了傳統(tǒng)繼電器接觸器控制的許多問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，降低了故障率，使運(yùn)行安全可靠。

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