一種適合當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化需要的基于PLC的煤礦井上膠帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 前言

隨著計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，廠礦采用上位機(jī)和PLC集中監(jiān)控已越來越普遍，技術(shù)也越來越先進(jìn)。本文以河北單侯煤礦井上膠帶機(jī)集控系統(tǒng)為例，研究開發(fā)了一種基于PLC的煤礦井上膠帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要，目前實(shí)際投入運(yùn)行，取得了很好的效果。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)概況

單候礦井隸屬于河北開灤礦業(yè)集團(tuán)，位于河北省張家口市蔚縣涌泉莊鄉(xiāng)境內(nèi)北方城村附近，是張市礦區(qū)中心地帶，礦井地質(zhì)儲(chǔ)量313.74Mt，礦井可采儲(chǔ)量177.08Mt，設(shè)計(jì)能力150萬噸/年，礦井服務(wù)年限81.4，于2006年10月正式投產(chǎn)。

單候煤礦井上膠帶機(jī)集控系統(tǒng)（見圖1）可分為兩部分：1，篩分車間系統(tǒng);2，儲(chǔ)煤及裝車系統(tǒng)。

其中，篩分車間系統(tǒng)包括圖示的主井至篩分車間膠帶輸送機(jī)、矸石轉(zhuǎn)載膠帶輸送機(jī)、矸石輸送膠帶機(jī)以及篩分車間內(nèi)部所包含的六條揀矸膠帶輸送機(jī)、三條刮板機(jī)等設(shè)備;其余膠帶輸送機(jī)均屬于儲(chǔ)煤及裝車系統(tǒng)。

在設(shè)計(jì)上，要求該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)就地控制與集中控制兩種控制模式，集中控制可以分為聯(lián)鎖控制和單機(jī)控制等多種控制模式，可以供操作者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況靈活選用，確保在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)操作靈活、易于維護(hù)，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或通訊中斷時(shí)本地可以就地控制確保皮帶設(shè)備的正常運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2系統(tǒng)硬件部分

整個(gè)系統(tǒng)從上往下可以分為兩層：集中控制管理層和就地控制管理層。集中控制管理層由兩臺(tái)上位機(jī)和一臺(tái)交換機(jī)組成。在系統(tǒng)運(yùn)行中，兩臺(tái)上位機(jī)互為冗余，并通過交換機(jī)直接與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。

就地控制管理層由PLC，交換機(jī)和膠帶保護(hù)裝置組成。PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，在本系統(tǒng)中，采用了西門子公司的S7-300。由于在實(shí)際中，儲(chǔ)煤子系統(tǒng)和篩分子系統(tǒng)有相互的閉鎖關(guān)系，因此，可將篩分子系統(tǒng)和儲(chǔ)煤子系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)（系統(tǒng)的通信原理圖見圖2）。所以，本系統(tǒng)PLC均采用 CPU315-2DP，在組網(wǎng)時(shí)，篩分子系統(tǒng)作為master站，儲(chǔ)煤子系統(tǒng)作為slave站，并在篩分子系統(tǒng)PLC柜中增加以太網(wǎng)模塊CP341，使得上位機(jī)通過交換機(jī)可以與現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備互連，從而實(shí)現(xiàn)集中控制。此外，膠帶運(yùn)輸機(jī)沿線安裝了跑偏、堆煤、拉線開關(guān)等多種保護(hù)裝置，以便膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)可以快速地作出反應(yīng)。

2.3系統(tǒng)軟件部分

本系統(tǒng)的軟件部分主要由兩部分組成：上位機(jī)的組態(tài)監(jiān)控軟件和現(xiàn)場(chǎng)PLC的編程軟件。

上位機(jī)的編程軟件選用了Intellution的IFIX3.5，它具有以下特點(diǎn)。

a.實(shí)時(shí)庫顯示：實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)內(nèi)所有實(shí)時(shí)點(diǎn);

b.實(shí)時(shí)遙控：選中畫面上的控制開關(guān)，實(shí)時(shí)下發(fā)遙控命令;

c.實(shí)時(shí)和歷史曲線：可設(shè)定顯示系統(tǒng)內(nèi)所有記錄的遙測(cè)點(diǎn);

d.實(shí)時(shí)和歷史報(bào)警：報(bào)警分為重報(bào)警，中報(bào)警，輕報(bào)警;

e.事件和報(bào)警記錄查詢：可按天查詢事件和報(bào)警日志;

f.事件和報(bào)警實(shí)時(shí)打?。河袌?bào)警事件發(fā)生時(shí)，事件打印機(jī)實(shí)時(shí)打印。

上位機(jī)監(jiān)控軟件采用OPC方式與現(xiàn)場(chǎng)的PLC進(jìn)行通信，可以方便靈活地獲取現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電設(shè)備及其保護(hù)設(shè)備的遙測(cè)遙信信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。上位機(jī)的組態(tài)軟件界面見圖3。

現(xiàn)場(chǎng)PLC的編程軟件采用西門子公司的Step7，當(dāng)PLC處于“RUN”工作模式下時(shí)，除上電初始化外，其它程序都采取周而復(fù)始的循環(huán)掃描方式，稱之為“PLC的掃描工作方式”，其執(zhí)行流程如圖4所示。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1系統(tǒng)有關(guān)通信程序的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主PLC控制柜（篩分子系統(tǒng)PLC控制柜）安裝在現(xiàn)場(chǎng)的低壓配電室內(nèi)，由于與調(diào)度中心相距較遠(yuǎn)，而現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾又比較嚴(yán)重，為此，特采用以太網(wǎng)與光纖傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)SIMATIC s7—300 PLC與上位機(jī)人機(jī)界面的通信。在主PLC柜中配備了以太網(wǎng)模塊CP341以及以太網(wǎng)轉(zhuǎn)光纖的交換機(jī)。

為了正確地傳送和接收信息，必須有一套關(guān)于信息傳輸順序、信息格式和信息內(nèi)容等的約定，這一套約定稱為規(guī)約或協(xié)議。本系統(tǒng)在進(jìn)行通信程序設(shè)計(jì)時(shí)，采用模塊化編程的設(shè)計(jì)思想，把程序分成若干程序塊，各程序塊分別含有一些設(shè)備和任務(wù)的程序指令，每個(gè)功能區(qū)被分成不同的塊進(jìn)行編程，有利于多人同時(shí)編程，也有利于程序調(diào)試和故障的查找。系統(tǒng)中PLC需處理多種通信協(xié)議，單獨(dú)編制每種協(xié)議的處理程序，分別放在不同的功能模塊（FC）中。在PLC的主程序塊OB1 中，通過調(diào)用語句，可依次執(zhí)行這些協(xié)議的處理程序，實(shí)現(xiàn)與這些綜保裝置或智能儀表進(jìn)行通信的目的。

3.2 DP網(wǎng)絡(luò)的配置

基于篩分子系統(tǒng)和儲(chǔ)煤子系統(tǒng)之間存在著閉鎖關(guān)系，因此可將篩分子系統(tǒng)和儲(chǔ)煤子系統(tǒng)組態(tài)成為一個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)。這樣使得系統(tǒng)的邏輯關(guān)系更加清晰，同時(shí)系統(tǒng)具有了很好的擴(kuò)展性，也在經(jīng)濟(jì)上節(jié)約了成本。

關(guān)于DP網(wǎng)絡(luò)的配置，可參考西門子公司的有關(guān)手冊(cè)。尤其應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)。

a.進(jìn)行主從站配置時(shí)，應(yīng)該首先配置從站，然后再配置主站;

b.在組態(tài)Hardware時(shí)，主站和從站的Consistency均需要設(shè)置為All;

c.編程時(shí)，主站的OB1中必須有OB1、OB82、OB86、OB100、OB121;

d.由于在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，上位機(jī)會(huì)對(duì)PLC進(jìn)行讀和寫操作，因此在主站和從站的程序塊中還都要添加SFC14和SFC15功能塊。

3.3現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的閉鎖控制

為了彌補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備防誤功能的缺陷，保障安全生產(chǎn)，應(yīng)該對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備進(jìn)行閉鎖控制。

本系統(tǒng)既有機(jī)械閉鎖，又有邏輯閉鎖，達(dá)到了“逆煤流依次啟動(dòng)設(shè)備，順煤流依次停止設(shè)備”的要求。具體做法：機(jī)械閉鎖：將邏輯上先啟動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行返回信號(hào)的常閉點(diǎn)串入后啟動(dòng)設(shè)備的二次控制回路中;邏輯閉鎖：如流程圖所示，將設(shè)備的運(yùn)行返回信號(hào)作為執(zhí)行下一條程序的先決條件。

4 結(jié)語

（1）通過利用大中型PLC（如西門子S7-300）可以與多種智能電子設(shè)備進(jìn)行通信，方便地實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。

（2）該系統(tǒng)自2006年10月運(yùn)行以來，維護(hù)量大大降低，大部分故障能夠在電腦顯示器上直接顯示，減少了故障查找環(huán)節(jié)。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，提高系統(tǒng)安全性，降低運(yùn)行費(fèi)用，大大減少故障時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益。