煤矿自动装车系统中PLC的应用研究 谭新红

发表时间:2020/8/24   来源:《基层建设》2020年第12期   作者:谭新红
[导读] 摘要:实现煤矿装车系统自动化,对煤矿生产具有十分重要的作用。
        国家能源集团哈密大南湖一矿  新疆哈密  839000
        摘要:实现煤矿装车系统自动化,对煤矿生产具有十分重要的作用。PLC是实现自动化控制系统的有效手段,在煤矿装车自动化系统设计时,可以通过硬件组成和软件设计两个环节,实现PLC的应用,以此构建自动装车系统。
        关键词:煤矿、自动装车系统、PLC、应用
        一、PCL应用系统分析
        1.1系统简述
        PLC别称之为可编程逻辑控制器,其可以通过编辑逻辑程序限定硬件动作,并实现生产控制自动化。该系统基于二进制运算方式可实现生产自动化,多运用在煤矿生产以及机械加工等工业化环境。系统运行中,二进制运算方式间脉冲信号化为数字信息,通过运算软件对数字软件分析处理,最终转化为脉冲信号,进而实现信号输出。从运行特征而言,PLC系统类似于计算机系统,其都是由CPU、储存器、电源电池和输入输出系统构成。
        1.2系统优势
        实现PLC自动化控制系统对现代煤矿生产有重要的价值意义作用。
        首先,运用PLC控制系统可真实高效实现变频控制技术,结合工业化生产的实际需求调整机械运行状态,降低机械耗能,减少资源消耗。
        其次,通过PLC自动化控制系统可以实现煤矿生产作业自动化生产,全面减少人力资源投入,且减少人为因素对煤矿生产的影响,提升煤矿生产监督强度,实现安全生产。
        最后,从煤矿生产总体需求和经济建设价值角度而言,加强PLC煤矿生产自动化控制体系,可以缩减人力资源,提升机械化作业,最大程度减少成本投入,实现经济化、高效生产目标。
        1.3系统不足
        以上可知,PLC自动化控制技术的功能十分强大,且在很多领域运用广泛。但是在大量的程序工作影响下,PLC系统维护难度大。在工作中,PLC系统容易受到很多因素影响,导致程序出现错误,影响其自动化功能进程。例如温度因素会影像传感器的灵敏度和精准性;电磁因素会直接干扰信息数据的稳定性和可靠性,随着煤矿安全管理难度大,其内部也存在很多问题,干扰其硬件运行效率。对此,在构建PLC自动化控制系统时候,要充分考虑多种因素对系统的干扰,要尽量将所有的内外因素影响控制到最低,以保障PLC系统的稳定性。
        二、对于PLC的煤矿自动装车系统运用原理分析
        2.1运行原理
        针对煤矿生产的实际运行情况,自动化装车装置内部有皮带机、电子轨道、给煤机等部分组成。自动装车的流程如下:①运煤机进入煤矿后停止在电子轨道上,此时传感器发送控制信号。②输入机收到信号后启动给煤机,将煤矿装到运煤车中,在通过皮带秤检测煤炭量。③若装煤量达到预定值,控制系统会发出终止指令,皮带机停止运作。
        以上可知PLC装车系统设计可分为几个方面的基本功能。首先是装车基本流程中,给煤机的运行状态和皮带机运行状态信息传输;其次是自动化控制功能系统的变动,针对传感器的回传数据进行全面分析,且可以实现一体化构建目标。最后是自动化控制系统中的连锁控制,通过现场就地控制、手动控制等方式实现装车控制。
        2.2生产要求
        自动装车系统在整体规划中应达到以下几点要求:①监视系统能够完成系统内所有部件的运行状态信息的收集,包括皮带机、运煤器、煤仓等,以此达到控制和调度的实时监控;②集控室是一个集合各设备监视和控制的部件。

经过设计研究,该系统能够自动生成重要的工作报表和自我诊断功能。
        三、PLC自动装车系统的硬件组成和软件设计
        3.1硬件组成
        硬件组成是PLC自动装车系统构建的基本前提,一般来说可以分为三个环节,即PLC选型、I/O模块设计和外部接线。PLC选型就是根据自动装车系统的构建要求,选择适当的功能模块。由于自动装车系统主要是通过开关量控制实现控制任务,因此需要选择具有A/D转换输入模块和D/A转换输出模块的控制器,同时还需选择相对应的各型传感器,诸如压力传感器、温度传感器等。具体型号可以选择SMATICS7-300型的PLC,结构优良,坚固耐用,并且具有良好的通讯能力和扩展能力,非常适用于煤矿自动装车系统构建。
        I/O模块设计需要着重考虑监控状态量,根据实际情况而言,主要应该监控以下状态量:一是对煤仓煤量利用料位进行监控;二是利用温度传感器对电机的转子、轴承、绕组等部件的温度进行监控;三是对主回路、控制电路的电压、电流等进行监控;四是对给煤机、绞车、皮带机等设备的运行状态进行监控;五是对集控中心的指令通过控制模块进行传输,实现自动化控制。外部接线应该根据实际情况进行,总的来说主要包括了以下几个方面:一是电源选用,通常使用200V的交流电源作为PLC电源,为了防止供电出现波动,可以设置隔离变压器,并且需要设置独立断路器;二是接地处理,对于PLC而言,基本上可以不进行接地处理,但是,如果接地条件存在,则应该尽量进行接地处理,确保PLC系统安全,提升其抗干扰能力;三是PLC可以和电流型设备连接,但不可与电压型设备连接。尤其是在设计I/O时,需要充分考虑设备兼容性以及电流、电压的影响;四是漏电流可能对PLC输出造成影响,可以并联旁路电阻到负载两端,以此削弱PLC受到的影响。
        3.2控制系统的软件设计
        (1)PLC软件设计
        对于选定的S7-300型号PLC可采用STEP7进行编程。STEP7编程软件可以方便地使用梯形图和语言表进行离线编程,经过编译后直接载入PLC内存中,并可以通过调试运行,监测各输入、输出点的通断情况予以修改。给工作人员带来很大的方便。根据矿车自动装车的工艺流程,此程序采用模块化结构进行编程,由一个主程序和若干子程序组成,并采用梯形图和语言表相结合的方式。具体设计方案如下:(1)初始化程序:程序初始化是主程序的部分任务,主要是给出系统的控制变量,列车的车厢数目、长度,绞车的初始速度,装车方式等参数。(2)主程序:主程序主要是实现对初始化及各子程序的调用。定量仓漏斗放料、装车、称重及带式输送机的运转等过程通过子程序供主程序调用。料位计每隔3s向PLC反馈一次装煤量,以便调节绞车的速度。(3)启停程序:PLC程序中,设备具有上下级闭锁关系。即在保证下级设备能可靠启动,则发出的上级执行命令才是有效的;若出现故障则停止,并发出警报。
        (2)上位机软件设计
        本系统采用的是S7300系列的PLC及STEP7编程工具。因为WinCC本身存在S7300的驱动软件,所以PLC与上位机的连接就很容易实现。WinCC提供了SIMATICS7ProtocolSuite的通信驱动程序,此驱动程序支持多种网络协议和类型,可以通过它的通道单元建立与S7-300的通信。工作过程为:WinCC变量管理器运行WinCC变量,从中取出请求的变量值,此过程通过集成在WinCC项目中的通信驱动程序来实现。通信驱动程序利用其通道单元构成WinCC与过程处理之间的接口。WinCC通信驱动程序通过通信处理器来向PLC发送请求消息,通信处理器将回答相应消息请求的过程值发回WinCC,从而实现WinCC与PLC之间的通信。通信建立的步骤可概括为:①创建物理连接;②添加适当的通道驱动程序;③在适当通道单元下建立连接;④在连接下建立变量。
        参考文献:
        [1]梁明阳,刘同姓,李超毅.PLC在自动配煤装车系统中的应用[J].中国科技投资,2017(13).
        [2]郭欣.煤矿自助式汽车装车系统[J].工矿自动化,2017,43(07):28-31.
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