基于新型煤位计的监控系统设计

曾志伟 邓朝艳

（六盘水师范学院 贵州 六盘水 553004）

引言

在矿山输运煤的过程中，原煤仓起到均衡输送煤和储存煤的作用，是重要的生产运行中间环节。为了使得燃料系统能够正常运行和生产，大多数储煤仓需要实时准确地测量其煤位变化和控制储煤量。目前在工业料位测量系统中，常采用的料位计传感器主要有利用超声波、雷达、重锤、核辐射等几种形式。但因为超声波式和雷达式都具有不接触、测量连续、可长时工作并且对人体无危害等优点，所以非常适合用于矿山煤位测量系统。针对山西木瓜煤矿生产企业的实际情况，该煤矿原煤位检测装置采用SITRANS LU 01超声波料位计[1]，该传感器在高度粉尘飞灰的恶劣环境中精确度不高，并会时常出现失灵和误动作等故障。在结垢挂料及高度飞灰粉尘等工况下，为了提高煤位测量的精确度，采用FMCW雷达式的料位计更适合应用。

将刚制得的高盐稀态酱醪进行淋油并充分搅拌，以日式高盐稀态酱油的发酵工艺进行发酵，先将其混匀并分装至9个容器中，置于15 ℃的生化培养箱中进行酱油前期发酵，每天搅拌1次至第15 d，按表1添加 2×106个/g(酱醪)酵母，随后每天升高发酵温度1 ℃，直至30 ℃并保持，持续发酵到第45 d；再按表1添加酵母2×106个/g(酱醪)，以9号样品为空白对照；发酵约90 d时，控制酱醪发酵温度于35 ℃到发酵结束，整个发酵周期为180 d[23]。

此外,很多学者在多通道人机交互中提出用视线追踪代替鼠标光标移动,用眨眼等视觉行为代替鼠标点击操作,此类概念部分已应用于VR交互设备[16].这些新型交互技术的核心基础是对用户操作行为意图与眼动特征关系的准确把握,因此,基于眼动特征的用户意图感知和行为预测具有重要的研究意义.

1.料位监控系统构成

如图1所示，其监控系统由上位机PC+组态软件WinCC V6.2构成，下位机采用西门子S7-300可编程序控制器[2-4]，煤位计模拟信号输入到PLC的模拟量输入端，然后通过PLC的通信模块接入上位机，上位机安装了组态软件WinCC V6.2[5]，其组态画面监控整个生产过程，通过操作上位机上相应的功能键可实现对现场的控制，并且利用组态软件强大的数据处理功能，实现各煤仓煤位的监控以及报警等的自动化功能。

2.7 图表 每幅图单独占1页，集中附于文后，表格随正文附出。图表应按其在正文中出现的先后次序连续编码，并应冠有图(表)题。说明性的资料应置于图(表)下方注释中，并在注释中标明图表中使用的全部非共知共用的缩写。本刊采用三横线表(顶线、表头线、底线)，如遇有合计或统计学处理行(如t值、P值等)，则在此行上面加一条分界横线;表内数据要求同一指标有效位数一致，一般按标准差的1/3确定有效位数。线条图应墨绘在白纸上，高宽比例为5∶7左右。计算机绘制图者应提供激光打印图样。凡能使用文字表达清楚的内容，尽量不用表和图，如使用表和图，则文中不必重复其数据，只需摘述其主要内容。

应具有可靠性好、抗干扰能力强、反应快速灵敏的特点。(2)具有煤位声光报警功能。每个煤仓根据设定的上下限实现自动声光报警，同时通过上位机进行详细记录以备查询。(3)具有友好的上位机显示界面。上位机界面要求操作方便、简单，能够实时显示煤位、煤仓报警。

本煤位监控系统要求完成如下几个功能:(1)煤位检测信号

2.1 煤位判别流程 在程序中设置SITRANS LR 460雷达煤位计检测到煤仓的煤位高度20%以下，认为此煤仓是空仓状态的；当检测到煤位为20%～40%，系统判断为低煤位状态。在系统集控的工作方式下，系统程序优先依次对处在空仓和低煤位状态的煤仓进行装料，直至该煤仓煤位上升到95%，然后系统再次检测所有煤仓的煤位，依次选择对其最低煤位的煤仓进行装煤。如果在此过程中有煤仓出现低于20%的煤位，系统则停止向当前煤仓运煤，转向该煤仓装煤，这样循环检测保证各个煤仓煤位都达到规定要求，使最后每个煤仓的煤位都在95%，停止送煤。若在此过程中有某个煤仓出现故障，则工作人员可以选择手动方式对煤仓进行操作。

2.煤仓配煤控制

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S7-300系列PLC作为本监控系统的控制核心部分,主要负责信号数据(如料位计检测得到的料位信号)的采集、运算和判断,并进行控制信号（如料位超限报警)的发出等功能。

本监控系统可编程控制器采用西门子公司的S7-300系列PLC,根据对现场输入、输出点的统计,本套PLC控制器的主要配置如下：电源：PS307，24VDC；机架：IM365，扩展2个机架，2*32；CPU：CPU314-2DP, 64K内存，PROFIBUS-DP口；模拟量输入模块：SM331，8点模拟量输入；通讯模块：CP343-1，连接S7-300和上位机的接口模块。

通过调制器调制压控振荡器(VCO)产生随时间变化的连续高频等幅波，VCO的输出经环行器后送到天线，通过天线发射的微波传播到固面并产生回波，回波通过环行器后与VCO直接耦合过来的信号加到混频器内。调制信号可以对发射信号的频率进行调制，此时发射信号频率与其前面的回波频率不一样。因此在混频器的输出端便出现了差拍信号，其频率与天线固面距离有关，随着煤位的升高，反射波与发射波差频频率越小，通过信号处理电路测出差拍信号的频率就可以出煤位的高低。SITRANS LR 460雷达物位计其内部有内置运算芯片，通过计算最后输出一个和料位成比例的电流信号，反映在输出端为输出4-20mA电流标准信号[6,7]，为了测量信号的远距离传输这里选择了电流信号输出。

2.3 FMCW雷达测距原理 FMCW雷达调制波有调频等幅波、伪随机二相码连续波、随机二相码连续波等多种形式，其中线性和正弦调频是过去常用的两种方式，本系统采用线性调频FMCW，其主要思想是信号的频率发生了改变，通过测量器差拍信号的频率可以计算出煤位的高低。

3.利用PLC实现整个监控系统控制

2.2 料位检测 本系统采用SITRANS LR 460雷达物位计，SITRANS LR 460是4线制24GHzFMCW雷达液位测量变送器，具有极高的信噪比以及针对测量固体料位达100m量程的先进的信号处理方法，高频的双核处理器技术，使回波信号处理更快速，更可靠，它是极度粉尘工况下的理想解决方案。参数如下:频率：24.2~ 25.2GHz FMCW；测量范围：0.35~ 100m；通讯：HART， 可选 PROFIBUS PA；过程温度范围：-40~ +200℃；工作电源：120~ 230VAC，或24VDC +25/-20%,6W ( 可选)。

本实验建立了浓硫酸净化的前处理方法，在乳制品六六六、滴滴涕，七氯，艾氏剂和指示性多氯联苯的检测中取得较好的净化效果，并且结合气相色谱法实现对乳制品中六六六、滴滴涕，七氯，艾氏剂和指示性多氯联苯的同时定量分析，适用于乳制品中六六六、滴滴涕，七氯，艾氏剂和指示性多氯联苯的快速检测。

4.上位监控界面

4.1 组态软件 WinCC监控软件专为SIMATIC S7组件设计。它结合SIMATIC PLC可以实现与几乎所有自动化设备组合，其组建的控制系统具有使用方式灵活，稳定可靠。实际应用中可以根据系统需要进行组态、设计实时界面和管理信息，对相关设备进行监视、控制、报警等操作，兼具有打印报表、记录报警，动态显示历史曲线等记录功能。利用 SIMATIC WINCC和SIMATIC PLC组建系统，不仅可以减少软件设计周期，避免国产软件安装驱动不兼容等情况。同时，由于其设计界面的人性化，操作简单化，大大提高了工作效率。

4.2 组态监控画面 本文针对山西木瓜煤矿生产企业的实际情况，本系统煤仓为圆柱型，直径为20米的煤仓，高度为28米，在这里系统设置4mA对应煤仓为空仓，20mA对应煤仓为满仓。给煤机、强力皮带、原煤筛、捡矸皮带、转载皮带、入仓皮带输送机、可逆皮带和煤仓等几部分构成了运输系统。

当系统运行的时候，SITRANS LR 460雷达物位计根据现场煤仓的高度，输出与之相对应的电流信号。并将煤位信号传给模拟量输入模块SM331，模拟量输入模块将信号转换成数字信号送PLC，PLC经过处理后与上位机进行通信，工作人员可以通过人机交互界面，实时监测煤仓煤位高度，并可以远程控制整个入仓皮带的运行方向。可以在上位机上界面中，显示实时煤仓的煤位，以及报警记录等。具体监控界面如图2、图3所示：

图2为原有料位计监控界面图，木瓜煤矿原有煤位检测装置采用的是SITRANS LU 01超声波料位计。在结垢挂料及高度飞灰粉尘同等工况下，基于该料位计检测不稳定、误差大，通过图2可以看出，原煤仓1#出现满仓及原煤仓3#出现空仓以致检测不准确，使得在长时间使用过程中，出现失灵、误动作等故障，使原有煤位监控界面不能够显示煤仓煤位实时信息。图3为采用SITRANS LR 460雷达料位计的煤位检测装置监控界面图，工作人员可以通过现场设备显示屏，观察实时煤位、波幅、温度、置信度、输出电流等检测信号，也可以通过上位机动态监控界面，直观地了解煤位的实时变化，以及煤位上下限报警等功能。

5.结论

本系统基于SITRANS LR 460雷达料位计的煤位监控系统设计，在结垢挂料及高度飞灰粉尘等工况下，与原SITRANS LU 01超声波料位计的物位监测系统设计相比，具有稳定、密封性好、实时性，且误差小等优点；同时，系统结合PLC与上位机的优势，具有煤仓的自动检测、超限报警、动态监控界面等功能。实现了生产过程和监控管理的一体化，使得系统运行稳定、功能完善、可维护性强，推进了煤炭企业的生产自动化。

[1] 沈兆振,丁保华,管连俊.煤仓料位监控系统中智能超声波料位计的研制[J].工矿自动化,2007,(1)[2] 曹成. 矿用带式输送机监控系统研究[D]. 安徽理工大学 2010