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1 引言

本課題采用的基于西門子S7-200PLC的智能控制理論在煤礦主運(yùn)輸皮帶系統(tǒng)中的應(yīng)用是比較成功的,實(shí)現(xiàn)了非線性控制的任務(wù), 避免了煤礦主運(yùn)輸皮帶系統(tǒng)由于皮帶機(jī)械不穩(wěn)定及輸煤不均勻引起的故障, 使煤礦主運(yùn)輸皮帶系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行穩(wěn)定、 可靠, 適應(yīng)性強(qiáng),易于調(diào)試、 維護(hù)的功能,為今后的進(jìn)一步研究打下了基礎(chǔ)。

2 主運(yùn)輸皮帶智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

主運(yùn)輸皮帶是現(xiàn)代化煤礦安全高效生產(chǎn)的主要運(yùn)輸設(shè)備, 其運(yùn)行情況的穩(wěn)定與否直接關(guān)系到煤礦的生產(chǎn)狀況。 本智能控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確、 方便, 人機(jī)界面友好, 便于現(xiàn)場維護(hù)和使用。 當(dāng)出現(xiàn)打滑、 跑偏、 皮帶縱向撕裂、 超速、 低速、 超溫、 煙霧降等故障時(shí), 該系統(tǒng)可根據(jù)故障類型進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作, 對(duì)故障進(jìn)行記憶和顯示, 同時(shí)發(fā)出語言故障報(bào)警信號(hào), 對(duì)集控的多臺(tái)保護(hù)裝置進(jìn)行通訊, 便于維護(hù)人員進(jìn)行及時(shí)處理。 主運(yùn)輸皮帶智能控制系統(tǒng)由檢測裝置、 通信裝置、 控制裝置、 執(zhí)行裝置等組成。 其中控制裝置由PLC 、 A /D 、D /A及以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊等組成。 煤礦井下主運(yùn)輸皮帶多為雙滾筒驅(qū)動(dòng)或多滾筒驅(qū)動(dòng), 每個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒由單一的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 控制裝置可實(shí)現(xiàn)功率平衡、 啟動(dòng)信號(hào)給定、 速度控制、 數(shù)據(jù)采集、 與其他控制器通信等功能。

PLC是整個(gè)主運(yùn)輸皮帶智能控制系統(tǒng)的核心, 它采集系統(tǒng)所有輸入信號(hào), 包含起?？刂菩盘?hào)及系統(tǒng)自動(dòng)反饋的控制信號(hào), 如報(bào)警,負(fù)載,溫度等,并實(shí)現(xiàn)對(duì)所有動(dòng)作器件如中間繼電器、 接觸器線圈,變頻器的控制, 同時(shí)完成和上位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊。 使整個(gè)系統(tǒng)性能可靠控制方便的關(guān)鍵是合理的選擇PLC 。 因此我們?cè)谶x擇PLC 時(shí), 要考慮PLC的指令執(zhí)行速度、 指令豐富程度、 內(nèi)存空間、 通訊接口及協(xié)議、 帶擴(kuò)展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素, 它具有較高的可靠性、豐富的指令集、 豐富的內(nèi)置集成功能、 實(shí)時(shí)性特性強(qiáng)和強(qiáng)大的通信功能,完全能夠滿足系統(tǒng)需求。

由于本系統(tǒng)采用上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控軟件, 需要將現(xiàn)場的實(shí)時(shí)信息送到地面監(jiān)控室供操作人員分析和觀察, 及時(shí)處理有關(guān)工況。 故還需擴(kuò)展以太網(wǎng)通信模塊, 利用礦井已經(jīng)建成的以太環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。 西門子S7-200PLC 能夠擴(kuò)展以太網(wǎng)通信模塊C P243-1, 它采用24V 直流電源供電可以采用PLC 自帶的傳感器供電電源,標(biāo)準(zhǔn)的RJ45插座連接方便, 傳輸速度達(dá)到100M bi t/s完全能夠滿足實(shí)時(shí)性要求, 通過PLC 的指令向?qū)Ш苋菀讓?shí)現(xiàn)其通信。

3 主運(yùn)輸皮帶智能控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC程序設(shè)計(jì)

S7-200PLC 的工作過程主要分為三個(gè)階段: 輸入采樣階段, 程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。 特別是采用周期循環(huán)掃描的工作方式, 使得它具有很好的抗干擾能力。 控制器的功能主要是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、 對(duì)各部分裝置的故障分析及控制、 系統(tǒng)狀態(tài)顯示等。從以上的功能要求出發(fā), 控制器軟件的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了模塊化的軟件設(shè)計(jì)一般要求。 控制器的各個(gè)功能在軟件上的實(shí)現(xiàn)與銜接也是按照模塊化的原則完成的, 程序結(jié)構(gòu)清晰便于的現(xiàn)場調(diào)試。 程序主要由以下幾個(gè)部分組成:

(1)主程序: 它主要完成對(duì)各個(gè)模塊的調(diào)用和系統(tǒng)參數(shù)的上電初始化。 (2)系統(tǒng)故障檢測與處理部分: 實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種故障, 并處理這些信息發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。 (3)控制算法實(shí)現(xiàn)子程序: 利用PLC 實(shí)現(xiàn)模糊控制算法, 主要包括電機(jī)電流誤差及誤差變化率計(jì)算, 查尋模糊控制規(guī)則表等。 (4)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分: PLC將采集到的模擬信號(hào)通常是轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的, 為了便于觀察和參數(shù)設(shè)置需要將這些數(shù)字量轉(zhuǎn)換成實(shí)際工程中物理量。 (5)通訊程序部分: 它包括與觸摸屏的通信和上位機(jī)通信兩個(gè)部分。

3.2 主運(yùn)輸皮帶監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)要求

(1)監(jiān)視功能不論系統(tǒng)處于哪種工作方式下, 系統(tǒng)具有對(duì)設(shè)備的狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的功能。 組態(tài)軟件將采集的數(shù)據(jù)記錄在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中, 并把數(shù)據(jù)的變化用動(dòng)畫的方式形象的表示出來, 同時(shí)完成變量報(bào)警、 操作記錄、 趨勢(shì)曲線、 數(shù)據(jù)查詢等功能。 監(jiān)測信號(hào)的設(shè)置是根據(jù)系統(tǒng)控制需要、 保護(hù)設(shè)備安全需要及歷史數(shù)據(jù)查詢需要系統(tǒng)主要顯示狀態(tài)及參數(shù)有: 運(yùn)行方式顯示、 電機(jī)狀態(tài)顯示、 工頻與變頻顯示、 變頻器輸出頻率顯示、 皮帶線速度顯示、 各種報(bào)警信號(hào)顯示等。 (2)控制功能。 上位機(jī)通過和PLC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的控制功能。 當(dāng)控制方式發(fā)生變化時(shí), 系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行于相應(yīng)的狀態(tài),系統(tǒng)設(shè)置了手動(dòng)和自動(dòng)切換功能, 同時(shí)在上位機(jī)上還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置, 系統(tǒng)啟動(dòng)和停止等功能。 (3)通信功能。 PLC作為終端控制設(shè)備, 對(duì)現(xiàn)場的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算, 并執(zhí)行相應(yīng)的程序。 井下PLC與上位機(jī)利用井下以太網(wǎng)進(jìn)行通訊, 將處理的結(jié)果及現(xiàn)場檢測傳送到PLC的信號(hào)傳送至上位機(jī), 在上位機(jī)上完成監(jiān)控畫面、 參數(shù)查詢、 曲線顯示、 報(bào)警處理等功能, 使系統(tǒng)值班人員及管理者能實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)工作狀態(tài)。 (4)報(bào)警功能。 系統(tǒng)必須對(duì)所有的故障信號(hào)進(jìn)行聲光報(bào)警以提醒值班人員, 并根據(jù)故障情況進(jìn)行相應(yīng)的控制。 如變頻器故障時(shí), 系統(tǒng)切換至全工頻運(yùn)行, 某臺(tái)電動(dòng)機(jī)故障時(shí), 系統(tǒng)切除該臺(tái)電動(dòng)機(jī), 啟動(dòng)其它的電動(dòng)機(jī)。 發(fā)生皮帶跑偏撕裂等情況時(shí)系統(tǒng)及時(shí)報(bào)警并停機(jī)。 (5)報(bào)表及打印功能。 系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)控參數(shù)如歷史數(shù)據(jù)、 報(bào)警記錄以及系統(tǒng)歷史運(yùn)行狀況的報(bào)表自動(dòng)生成; 各種監(jiān)控參數(shù)的指定區(qū)段數(shù)據(jù)打印; 各種監(jiān)控參數(shù)的報(bào)表打印: 異常狀態(tài)及控制行為的報(bào)表打印。

4 結(jié)語

雖然皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中包含設(shè)備多、 運(yùn)輸距離遠(yuǎn)、 布置分散、 類型雜等特點(diǎn), 但在對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)的改造過程中其解決方案是多樣的。 通過采用PLC控制煤礦的運(yùn)輸系統(tǒng), 達(dá)到保護(hù)的自動(dòng)控制, 提高系統(tǒng)的安全與可靠性, 且在實(shí)際中的應(yīng)用取得良好的效果, 在確保原煤運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)上減少了維護(hù)的工作量。 相信通過PLC皮帶輸送機(jī)上的使用, 會(huì)給運(yùn)輸系統(tǒng)的改造和控制呈現(xiàn)更加便捷高效的未來。

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