煤炭快速装车站抑尘剂喷洒装置自动控制系统的设计

达 峰

(中国矿业大学应用技术学院,江苏省徐州市,221116)

★煤炭科技·机电与信息化★

煤炭快速装车站抑尘剂喷洒装置自动控制系统的设计

达 峰

(中国矿业大学应用技术学院,江苏省徐州市,221116)

介绍了快速装车站抑尘剂喷洒装置以液压站作为动作执行元件的动力源,实现大臂和喷头回转、起降、上下等功能。电气控制系统采用光电传感器、超声波传感器、位移传感器等收集列车运动时车厢的动作信号和抑尘剂自动喷洒装置执行元件动作信号,通过PLC的处理转化,利用全自动的人性化界面操作,实现抑尘剂的自动喷洒。

快速装车站 抑尘剂 喷洒 控制系统 PLC

1 概述

快速装车站抑尘剂喷洒装置是专门针对地面定量快速装车站的实际情况和具体要求而设计,适用于煤矿、选煤厂等铁路运输快速装车站,可以自动向装煤车厢内煤表面喷洒抑尘剂,使车厢内煤表面固化,在运输过程中不起煤尘,从而达到保护铁路周边环境,减少煤炭运量损失的目的。

该系统采用机电液结合集中控制的方式,并在系统的设计中充分考虑了严寒、粉尘、湿气大、抑尘剂腐蚀性较强等工作现场的恶劣条件情况。该装置以液压站作为动作执行元件的动力源,实现大臂和喷头回转、起降、上下等功能。电气控制系统采用光电传感器、超声波传感器、位移传感器等收集列车运动时车厢的动作信号和抑尘剂自动喷洒装置执行元件动作信号,通过PLC的处理转化,利用全自动的人性化界面操作,实现抑尘剂的自动喷洒。

2 控制系统要求

2.1 系统工艺要求

(1)自动识别机车车头,车头驶过时喷洒装置自动旋转90°进入喷洒位置。

(2)自动识别车厢型号,喷头自动进入相应车厢高度位置。(3)自动识别车厢到位,喷头自动开始喷洒。(4)自动识别车厢空当,喷头自动停止喷洒,喷头外罩自动旋转90°,防止漏液。

(5)自动识别下一车厢到位,喷头自动开始喷洒,进入车厢循环喷洒。

(6)自动识别最后一节车厢,喷洒停止后喷头自动归位,喷洒装置归位。

2.2 其他要求

(1)自动识别车头、车厢和空当,并可为喷洒喷头电磁阀打开和关闭提供信号,保证喷头电磁阀及时开闭,保证喷洒效果,不浪费液体。

(2)喷洒能实现手动和自动两种控制方式,在自动控制方式下能根据列车行走速度及方向进行自动启、停喷洒,并能根据情况人为改变喷洒量。

(3)喷洒支架控制。通过液压马达拖动支架立柱旋转,实现大臂从停放位置向左或向右90°旋转,进入喷洒工作位置。向左或向右旋转由火车车头光电信号确定。旋转范围180°,液压驱动,工作高度满足C62(高3.1 m)～C80(高3.85 m)车厢的高度,喷洒时喷头须接近距车厢上沿10～20 cm。

(4)喷头升降装置控制。喷头升降通过变速升降油缸来实现。变速升降油缸行程可随车厢型号的不同而自动改变。

(5)反冲主管道通过闸阀和主管路连接,可自动进行管路反冲洗。

(6)喷头外罩可自动旋转,以保证喷洒液不外漏到车厢连接处的空当。

(7)液压系统泵自动启停,双泵一备一用,可根据具体情况人为切换或自动切换。

(8)喷洒实现变频恒压控制。(9)实现对喷洒过程的监控。

(10)计量装置应能实现数据自动保存、查询、打印功能;数据保存时间为两年;可手动按时间检索,随时打印。

3 电气控制系统设计

使用德国西门子公司PLC为主控核心,完成顺序控制和自动控制,提高了系统的可靠性。系统配置日本富士公司交流变频器,实现抑尘剂自动恒压喷洒控制和多方位旋转喷洒控制,具有良好的控制性能和节能效果,同时实现大容量水泵平滑启动,避免对电网的启动冲击。

3.1 组成结构

控制系统由控制柜和操作台组成。控制柜为前开门结构,前门布置控制按钮、二次仪表、操作器、报警装置、手动控制开关、电机运行指示灯和电压电流显示仪表,柜中安装主控PLC等控制部件,内装刀闸开关、空气断路器、交流接触器、变频器等元件,变频器是电机进行无级调节和实现节能运行的关键变换驱动装置。操作台布置控制开关、工控机,其中工控机是核心,对系统进行监控操作。抑尘控制系统流程图见图1。

图1 抑尘系统流程图

3.2 控制功能的实现

PLC的CPU模块通过专用电缆接智能数字监控仪和工控机。CPU模块的输入端接旋钮、按钮、接近开关和光电开关等输入元件,输出端接接触器、继电器、电磁阀和指示灯等输出元件。PLC的模拟量输入模块接温度变送器、压力变送器和电磁流量计等传感器。

(1)三组红外对射式光电开关;二组用于测车厢的进入和离开,发出喷液电磁阀启、停信号;一组用于识别火车头。

(2)大臂向左或向右旋转由火车车头光电信号确定。

(3)喷洒电磁阀与喷头外罩旋转电机建立连锁,喷洒电磁阀停,则喷头外罩旋转电机旋转90°。

(4)接近开关用于感知旋转大臂旋转角度,确保大臂到位后喷洒,无车时归位。

(5)温度变送器用于测量环境温度,它与机车类别信息共同作用自动给出喷液量。

(6)压力变送器用于反馈管网压力,PLC程控系统通过P ID调节,经变频器实现水泵电机动态调速,达到液流系统压力恒定。

(7)超声波距离传感器用于在失电或故障状态下发出大臂抬起信息。

(8)直线位移传感器用于感知喷头的具体位置,以使喷头位置随车厢型号而自动变化。

(9)超声波流量计用于计量抑尘剂使用量,并在流量小于设定值时自动启动反冲洗泵,对管路进行反冲洗。

(10)采用满足夜间监控要求的红外线摄像头,并带有自清扫功能,控制室内监视器选用壁挂式17英寸液晶显示器。

(11)上位机用于对系统进行监控操作,其中包括设备运行状态的监控、参数设定、系统的控制操作等。

具体的画面设计:流程画面(流程和参数),运转准备画面(电气条件、机械条件、液压条件),参数设置、操作画面,传动系统监控(传动装置状态、参数),液压系统及泵站监视画面及故障分类报警画面。

3.3 PLC程序

(1)车头的判断。由于使用对射式光电开关,而同一火车头的宽度是变化的,这样在车头运行中对射式光电开关容易误动作,为防止错误发生,在PLC梯形图编制时对车头有无判断增加了0.5 s的保持确认。即在检测到车头对射式光电开关动作脉冲的下降沿后且保持无变化状态0.5 s后,程序才发出大臂旋转指令。

(2)车厢的判断。因为有些车厢尾端有手轮、吊钩等副件,为防止在两节车厢中漏液,使用了前后两组相距0.4 m的对射式光电开关,在PLC梯形图编制时,对前一节车箱尾端判断是在检测到第二组车厢对射式光电开关动作脉冲的下降沿时,发出喷洒电磁阀关断指令;对后一节车箱首端判断是在检测到两组车厢对射式光电开关都动作时,发出喷洒电磁阀开启指令。

(3)大臂的自动调整。在不同车型下,大臂的自动调整采用直线位移传感器动态检测控制大臂高度,直线位移传感器采用4～20 mA标准输出方式,利用PLC的A/D转换模块数字化显示大臂在线高度,动态调节大臂的高度,以满足不同车型的需求。

(4)固化剂喷洒压力的恒压调节。系统根据环境温度,自动给出喷洒需求压力,将压力传感器输入压力作为反馈信号,运用PLC的数字P ID技术,实现不同环境温度下喷洒压力的恒压动态调节。

3.4 控制系统

控制系统采用西门子S7-200系列中的216高端PLC,上位机组态软件采用组态王128点6.35软件平台,PLC与上位机通讯采用PC-PPI通讯方式;PLC与装车站控制系统通讯采用Profibus-DP方式,控制采用手/自动选择模式。

当设备调试、或检测元件故障、或一列火车中含有不确定车皮时,操作人员可选择系统手动模式作为临时操作,但此操作必需是操作人员全程跟踪;当设备正常时,操作人员选择自动模式,系统可根据装车站下传的车型参数和环境温度,全自动控制喷洒系统中各单机设备的运行。与此同时上位机把含有喷液量、喷洒时间、驱动设备运行状态等参数的文件上传装车站控制系统,为实现煤矿生产系统管理提供了基础平台。

当系统接到装车站下传的车型参数和环境温度等参数且控制方式在自动选择模式时,系统程序执行如下操作:

(1)开启液压油泵,打开大臂升降油缸电磁阀,根据升降位移传感器的反馈量与程序中设定的相应车型的喷洒高度参数相比较,使大臂高度达到动态平衡。

(2)开启固化剂供给泵,依据压力传感器反馈量与程序中预制的不同温度下的压力设定量,运用P ID调节原理,实现固化剂恒压供给。

(3)当程序认定火车头已驶过时,打开大臂旋转马达,大臂顺时针旋转90°,其定位停止由支撑大臂立柱上的两个接近开关(原点位一个,90°位一个)感知。当程序认定大臂旋转到位且第一节车厢首端已进入,自动顺时针旋转喷头外罩90°,打开喷洒电磁阀,进行恒压喷洒;当程序认定进入车厢尾端时,自动逆时针旋转喷头外罩90°,关闭喷洒电磁阀;当程序检测到火车两组光电开关全部由高电平变为低电平,且保持状态3 min以上时,程序认定此列火车已全部通过,打开大臂旋转马达,大臂逆时针旋转90°,到原点后停止。进入下一轮循环。

(4)在喷洒的全过程中,PLC程序对喷洒流量动态跟踪,实时累计,以压力、温度、车型、班次、日期等形成报表文件。

4 结语

实践证明,抑尘剂喷洒装置自动控制系统在地面快速装车站的成功应用,不但达到了最初设计要求,而且还从技术、经济等方面有了较大的提高。它的应用不但减少了抑尘剂的消耗,提高了喷洒质量和喷洒效率,更大大降低了劳动强度,减少了人员的使用,有很好的经济和社会效益,从而为抑尘剂喷洒装置的推广应用起了极大的推动作用。

[1]吴清平.快速定量装车站液压系统的安装和调试[J].煤矿机械,1997(2)

[2]耿德玉.选煤厂外运装车站集控系统的研究[J].山西煤炭,2008(6)

(责任编辑 张艳华)

Design of dust suppression agent sprinkling system automation control for use at fast coal loading stations

Da Feng
(School ofApplied Technology,China University ofMining and Technology,Xuzhou,Jiangsu province 221116,China)

In this paper,a description is provided about the use of hydraulic station as the power source for the manoeuvring of coal fast loading stations’dust suppression agent sprinkling system.This is to realize the working arm and sprinkling head’s slewing,up-and-down and relevant actions.The electrical control system uses photoelectric sensors,ultrasonic wave sensors,displacement sensors to collect the manoeuvring signalsof the train carriages inmovement aswell as themanoeurving signalsof the automatic dust suppression agent sprinkling apparatuses.All these signals are processed by the PLC.On manipulation on the all automatic human-friendly interface,automatic dust suppression agent sprinkling is realized.

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TD714.4

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达峰(1988-),男,山西太原人,主要从事自动化控制的研究应用。