丁集选煤厂装车平煤装置自动控制系统的设计与应用

2021-06-05陈伟

机械管理开发 2021年4期

陈伟

（淮沪煤电有限公司丁集煤矿，安徽淮南 232100）

引言

煤炭挖掘后的主要环节就是外运，煤炭的外运主要由煤矿选煤厂完成，其装车平煤过程的自动化程度高低直接影响煤炭对各个领域的供应速度。由于装车设备技术更新慢，现场操作复杂，自动化程度低，人工劳动强度大等一系列问题，选煤厂装车过程一直是限制煤炭运输量的重要因素[1-3]。本文以丁集煤矿选煤厂装车平煤过程为例，通过采用西门子PLC与MCGS组态软件对控制系统进行构建，装车平煤装置由人工控制到自动控制的改变，实现了对装车平煤装置的远程集中控制。

1 原始装车过程

原始装车工艺流程：空皮车进入矿方预定轨道，由火车头牵引火车车厢进入合适的轨道，停在放煤缓冲仓下；车厢停放合适后，工作人员人工观察车厢状态和位置，手动控制装车溜槽按钮，进行煤炭的装载，煤炭的装载量由定量仓控制，工作人员看到定量仓数字已经接近装完后，由工作人员手工掐煤，再进行下一个车厢的装载。由于工作人员手工掐煤存在误差，会导致车厢前后装煤量存在分布不匀、偏载等现象，对煤炭产品的运输带来较大风险[4-5]。

满载的车厢由车头牵引经过平煤器，工作人员判断平煤板是否到达指定位置，即平煤板放入车厢内，并控制平煤板从车厢前端落下，依靠车厢的向前行驶，平煤板将铲下凸起的煤炭，平煤板到达车厢尾部时，工作人员人工控制平煤板升起，并观察下一个车厢平煤板下降的时刻，重复每个车厢的步骤。对于平整过后车厢依然不满足要求的，需要进行倒车重新进行平整。对于车厢出现亏空问题，需要人工上至车厢顶部进行手工调补空缺，平整好后用白灰做好标记。

2 系统总体设计

本系统建立在对丁集煤矿现有装车站的改造升级的基础上，达到提高选煤厂出煤量，降低企业运行成本的目的。装车平煤自动控制系统的设计可对车厢位置进行定位、动态分析装煤过程、远程对装车过程监控，利用工业传感器对装车各个环节进行定位，提高了自动化程度，减少了人工操作，车厢煤炭量装载更加准确，实现了煤炭装车平煤系统的全自动化[6]。

2.1 工作原理

本系统采用多传感器协同的方式实现车厢定位，将料斗的人工控制改为自动控制，由PLC进行传感器信息的读取，以及数据处理后对相应料斗装置的自动控制。控制平煤板下降到车厢前端位置，车厢相对向前运动，平煤整个车厢后，平煤板自动升起。将车厢移动与煤炭装满进行连锁控制，通过数据总线实现远程组态画面的监控，见图1。

图1 装车平煤系统组成

2.2 装车平煤系统组成

通过对传统装车平煤过程的分析得知，控制系统由车厢牵引系统、放煤装车装置、装煤量检测系统、称重子系统、平煤装置、喷洒装置、上位机控制系统七部分组成[9]。其中车厢牵引系统、称重子系统、放煤装车装置、平煤装置为选煤厂原有的控制系统，且为本文自动装车平煤系统的集中控制对象，装煤量检测系统、喷洒装置子系统和上位机控制系统为自动装车平煤系统新添检测控制系统。各控制系统按照工艺顺序协同运行，共同完成装车平煤过程。

3 PLC控制设计

本系统控制采用PLC作为控制核心单元，实现对选煤厂装车过程、平煤过程以及喷洒过程的自动控制改进。

3.1 PLC模块选型

通过对选煤厂装车过程的分析，统计出系统要求的数字量输入DI控制口34点，数字量输出口DO控制口19点，无模拟量输入。考虑对改造过程的成本控制，选用西门子S7-1500系列1511-1PN，支持博途V14版本仿真和调试，是S7-300系列的升级版本，集成交换机功能的PROFINET端口，而且集成有16点24 V数字量输入和16点24 V数字量输出。查询订货号为6ES7 516-3AN01-0AB0。根据数字输入输出点数，选用32点24 V数字量输入模块，以及8点数字量输出模块，在提供足够的输入输出点之外，并且可以考虑到10%的备用点。电源可选用西门子1500系列PS 60W的电源，订货号6ES7 505-0RA00-0AB0。

3.2 PLC程序设计

装车平煤过程的运行由PLC各个程序控制，包括料斗控制程序、车厢前进控制程序、卸料口装车控制程序、平煤装置运行控制程序、喷洒装置运行控制程序、绞车故障报警。PLC运行由OB1主程序调用各个子程序运行[10-11]。平煤程序是绞车牵引车厢到达指定平煤位置，自动控制平煤板到达车厢前部，平煤板下降到车厢高度，绞车牵引车厢前进，通过车厢的运动，使得平煤板将多出来的煤铲平。采用光电传感器控制平煤板，通过PLC进行延时触发平煤板下降。平煤板的位置控制通过限位器进行定位，精确控制平煤板上下移动。

4 MCGS组态监控设计

MCGS被广泛应用于工业过程远程监控，可以实时显示PLC传输的数据，并且可以对装车平煤工艺参数进行报警和远程调整。本监控系统采用MCGS组态软件进行工控人机交互界面的搭建，实现对传输皮带启停、卸料口开关、喷洒装置启停、火车车厢运行状态的实时监控。在MCGS工程主界面显示装车平煤的整体流程，使用组态动画的方式显示并进行远程控制。组态软件通过图形工具和元件库绘制组态画面，显示现场实际设备的工作状态。工艺变动情况下，用户可以通过修改MCGS组态软件的数据值来改变PLC设备的工作状态，见图2。