1 引言

本課題采用的基於西門子S7-200PLC的智能控製理論在煤礦主運輸皮帶係統中的應用是比較成功的,實現了非線性控製的任務, 避免了煤礦主運輸皮帶係統由於皮帶機械不穩定及輸煤不均勻引起的故障, 使煤礦主運輸皮帶係統能夠實現運行穩定、 可靠, 適應性強,易於調試、 維護的功能,為今後的進一步研究打下了基礎。

2 主運輸皮帶智能控製係統的設計

主運輸皮帶是現代化煤礦安全高效生產的主要運輸設備, 其運行情況的穩定與否直接關係到煤礦的生產狀況。 本智能控製係統參數設置準確、 方便, 人機界麵友好, 便於現場維護和使用。 當出現打滑、 跑偏、 皮帶縱向撕裂、 超速、 低速、 超溫、 煙霧降等故障時, 該係統可根據故障類型進行相應的保護動作, 對故障進行記憶和顯示, 同時發出語言故障報警信號, 對集控的多台保護裝置進行通訊, 便於維護人員進行及時處理。 主運輸皮帶智能控製係統由檢測裝置、 通信裝置、 控製裝置、 執行裝置等組成。 其中控製裝置由PLC 、 A /D 、D /A及以太網轉換模塊等組成。 煤礦井下主運輸皮帶多為雙滾筒驅動或多滾筒驅動, 每個驅動滾筒由單一的一台電動機拖動。 控製裝置可實現功率平衡、 啟動信號給定、 速度控製、 數據采集、 與其他控製器通信等功能。

PLC是整個主運輸皮帶智能控製係統的核心, 它采集係統所有輸入信號, 包含起停控製信號及係統自動反饋的控製信號, 如報警,負載,溫度等,並實現對所有動作器件如中間繼電器、 接觸器線圈,變頻器的控製, 同時完成和上位機的數據通訊。 使整個係統性能可靠控製方便的關鍵是合理的選擇PLC 。 因此我們在選擇PLC 時, 要考慮PLC的指令執行速度、 指令豐富程度、 內存空間、 通訊接口及協議、 帶擴展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方麵因素, 它具有較高的可靠性、豐富的指令集、 豐富的內置集成功能、 實時性特性強和強大的通信功能,完全能夠滿足係統需求。

由於本係統采用上位機組態監控軟件, 需要將現場的實時信息送到地麵監控室供操作人員分析和觀察, 及時處理有關工況。 故還需擴展以太網通信模塊, 利用礦井已經建成的以太環網實現遠程通信。 西門子S7-200PLC 能夠擴展以太網通信模塊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,標準的RJ45插座連接方便, 傳輸速度達到100M bi t/s完全能夠滿足實時性要求, 通過PLC 的指令向導很容易實現其通信。

3 主運輸皮帶智能控製係統PLC軟件設計

3.1 PLC程序設計

S7-200PLC 的工作過程主要分為三個階段: 輸入采樣階段, 程序執行階段和輸出刷新階段。 特別是采用周期循環掃描的工作方式, 使得它具有很好的抗幹擾能力。 控製器的功能主要是實現係統數據統一管理、 對各部分裝置的故障分析及控製、 係統狀態顯示等。從以上的功能要求出發, 控製器軟件的設計體現了模塊化的軟件設計一般要求。 控製器的各個功能在軟件上的實現與銜接也是按照模塊化的原則完成的, 程序結構清晰便於的現場調試。 程序主要由以下幾個部分組成:

(1)主程序: 它主要完成對各個模塊的調用和係統參數的上電初始化。 (2)係統故障檢測與處理部分: 實時檢測係統運行過程中出現的各種故障, 並處理這些信息發出相應的控製信號。 (3)控製算法實現子程序: 利用PLC 實現模糊控製算法, 主要包括電機電流誤差及誤差變化率計算, 查尋模糊控製規則表等。 (4)數據轉換部分: PLC將采集到的模擬信號通常是轉換成數字信號進行處理的, 為了便於觀察和參數設置需要將這些數字量轉換成實際工程中物理量。 (5)通訊程序部分: 它包括與觸摸屏的通信和上位機通信兩個部分。

3.2 主運輸皮帶監控係統組態要求

(1)監視功能不論係統處於哪種工作方式下, 係統具有對設備的狀態和參數進行實時監測的功能。 組態軟件將采集的數據記錄在實時數據庫中, 並把數據的變化用動畫的方式形象的表示出來, 同時完成變量報警、 操作記錄、 趨勢曲線、 數據查詢等功能。 監測信號的設置是根據係統控製需要、 保護設備安全需要及曆史數據查詢需要係統主要顯示狀態及參數有: 運行方式顯示、 電機狀態顯示、 工頻與變頻顯示、 變頻器輸出頻率顯示、 皮帶線速度顯示、 各種報警信號顯示等。 (2)控製功能。 上位機通過和PLC實現數據交換實現上位機的控製功能。 當控製方式發生變化時, 係統自動運行於相應的狀態,係統設置了手動和自動切換功能, 同時在上位機上還可以實現係統參數的設置, 係統啟動和停止等功能。 (3)通信功能。 PLC作為終端控製設備, 對現場的大量數據進行處理和運算, 並執行相應的程序。 井下PLC與上位機利用井下以太網進行通訊, 將處理的結果及現場檢測傳送到PLC的信號傳送至上位機, 在上位機上完成監控畫麵、 參數查詢、 曲線顯示、 報警處理等功能, 使係統值班人員及管理者能實時掌握係統工作狀態。 (4)報警功能。 係統必須對所有的故障信號進行聲光報警以提醒值班人員, 並根據故障情況進行相應的控製。 如變頻器故障時, 係統切換至全工頻運行, 某台電動機故障時, 係統切除該台電動機, 啟動其它的電動機。 發生皮帶跑偏撕裂等情況時係統及時報警並停機。 (5)報表及打印功能。 係統能實現各種監控參數如曆史數據、 報警記錄以及係統曆史運行狀況的報表自動生成; 各種監控參數的指定區段數據打印; 各種監控參數的報表打印: 異常狀態及控製行為的報表打印。

4 結語

雖然皮帶運輸係統中包含設備多、 運輸距離遠、 布置分散、 類型雜等特點, 但在對運輸係統的改造過程中其解決方案是多樣的。 通過采用PLC控製煤礦的運輸係統, 達到保護的自動控製, 提高係統的安全與可靠性, 且在實際中的應用取得良好的效果, 在確保原煤運輸的基礎上減少了維護的工作量。 相信通過PLC皮帶輸送機上的使用, 會給運輸係統的改造和控製呈現更加便捷高效的未來。

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