机械动力系统实时控制系统

陈峥

（唐山冶金矿山机械厂，河北 唐山 063000）

机械动力系统实时控制系统

Real-time control system for mechanical power system

陈峥

（唐山冶金矿山机械厂，河北 唐山 063000）

冶金机械动力系统的研究受制于其的工况环境。为了解决这一问题在本文设计了一套对于生产工况进行监控的实时监控系统，这一系统基于西门子的S7-300PLC控制系统，最终通过上位机将测得的数据结果显示出来，并实现实时监控。并通过结合实际冶金生产中的应用，表明这一系统具备可行性，对于冶金机械动力系统实时监控具有重要意义。

机械动力系统；S7-300PLC；可行性

任何机械系统，动力部分的好坏都直接影响着整个系统的运行和效率，对于冶金采掘机更是如此。而冶金挖掘机这一机械系统是由破碎机、刮板运输机以及转载机等重要的部分组成的，所以研究三者的动力系统的运行情况对于研究冶金机械动力系统具有重要的意义［1］。三种机械部分的研究主要是对于工作状况的研究，表现在以下这些方面：轴承的温度（包括减速器输入轴与输出轴，电动机轴伸端以及非轴伸端），润滑设备的工作状况（温度、油质情况），减速器冷却系统的的冷却水量的问题，以及当系统运行时的减震以及模态振动情况等。由于这些量可以直观的来评价系统的工作状况，所以一般来说这些量被用来判断设备运行部动力状况。在本文当中，设计了一套对于冶金的机械动力部工况进行监控的实时监控系统，这一系统基于西门子的S7-300PLC控制系统，最终通过上位机将测得的数据结果显示出来［2］。

1 结构原理

在图1控制系统结构图中可以观察到，最下层是刮板运输机、转载机以及破碎机三个冶金采掘机的重要组成部分。三机动力部通过ET200从站，然后通过PROFIBUS总线连接上西门子S7-300PLC控制系统，这样就可以将采集到的信号传输给主系统并接受其控制。西门子S7-300PLC控制系统通过连接上交换机与上位机建立起了关系并且可以实现远程控制与检测，最终通过上位机将测得的数据结果显示出来。

图1 控制系统结构图

这一控制系统通过上位机或者是西门子S7-300PLC控制系统对轴承的温度（包括减速器输入轴与输出轴，电动机轴伸端以及非轴伸端），润滑设备的工作状况（温度、油质情况），减速器冷却系统的的冷却水量的问题，以及当系统运行时的减震以及模态振动情况等进行初始的参数设置，比如对这些参数的极限值的设置。一旦设置完成，系统就进入了运行状态，系统中的一些传感器诸如流量、位移振动、散热量等传感器对三机动力部的相关量进行采集，并且将采集到的数据实时的向上传回到西门子S7-300PLC控制系统中。而西门子S7-300PLC控制系统具备数据处理功能，能够对采集来的数据进行计算分析处理，并且通过相关语言开发的操作系统传给上位机，通过上位机最终显示出实时采集到的数据。之前已经在系统中设置好了极限值和参考值，系统会将采集到的数据与这些系统进行对比，然后通过向下传输实现对破碎机、刮板运输机以及转载机远程控制的目的。

2 硬件选取以及软件系统设计

2.1 硬件的选取

冶金的特殊环境使得对于系统的检测和控制比较困难，所以必须对的使用要求、操作环境进行一定的评估，然后选择合适的硬件系统。硬件是软件的物质基础，为整个系统提供了物理基础。在综合了的各种因素后，认为文中所设计的控制系统需要具备下面的硬件设备。正如图1中所显示的那样，要想最终将结果显示出来就要具有上机位，还要有用来进行数据交换的交换机，其功能是用来连接上位机与控制系统进行数据的交换，还有也是本系统的核心：西门子S7-300PLC控制系统，实现总判断与控制。另外比如要有对破碎机、转载机、刮板运输机进行信号的采集与控制的ET200从站，应用于采集数据的系统中的一些诸如流量、位移振动、散热量等传感器和用来进行通讯的PROFIBUS总线。

S7-300PLC控制系统的选取。由于生产的特殊要求，譬如信号比较多，所以对三机的工况检测就提出了要求，要求具有实时性，这就要求控制系统要具有更新速度快的特点，综合以上各种因素考虑，在本文中选用西门子S7-300PLC模块化的控制系统。这种系统具备了监测控制系统所需要的对数据和过程处理的反应快速、实时性强等要求得一款中小型的自动化控制系统［3］。这款控制系统操作起来方便、精巧灵活，尤其是其连接系统很是简便，以及具有无限的模块插入组态，给用户带来了很大的方便。人性化的设计以及交互界面接口服务大大提高了显示精度与画面的质量。这一系统自带有编程软件，也即STEP7编程软件。这一款软件系统能够方便的对数据进行适当的修改，修改之后可以很顺利的对系统参数进行优化设置，使系统的硬件结构得到很大程度的优化性能参数设置，与此同时与上机位建立联系，并且借助于上机位对系统的需要模块进行管理，然后显示出来。

ET200丛台的选取。在图1中，最终是想要对刮板运输机、转载机以及破碎机三机动力部工况实时的进行监测，需要将三者与S7-300PLC控制系统建立关系。可是假如直接将两个部分连接起来会出现由于他们的距离远直接连接会造成布线相当的繁琐，这样一来就使得系统看起来不够简洁，而且操作起来不够方便，甚至一旦出现故障给排查故障源都带来了一定的麻烦，这种状况实在设计是不愿看到的。为了解决这种矛盾，可以在两部分之间加接ET200从站。这种器件是分布式的I/O扩展模块，可以将由传感器得到的信号直接传输到它上一级的控制系统中去，从而解决了上面遇到的问题，使得监测与控制得到了简化大大增加了效率与信号传递的有效性。除了这些优点以外，ET200从站能够工作于危险的区域，比如将其安装1区，那么对于最高危险级别的0去的信号可以通过它传输出来，为冶金的安全提高做出了贡献。也为整个系统的连接创造了便利的条件。

传感器的选择。系统中的一些诸如流量、位移振动、散热量等三机动力部的相关变化量是整个系统运行状况的直接放映。但是这些参数的变化并不能直观的看见，需要将其转化成控制系统可以接受的信号数据，这时就需要传感器这种将变化量转化为数据信号的器件。本文中选用的传感器为：GW50（A）型温度传感器、ZH7362冶金流量传感器、GPY6型压力传感器等［4］。这些传感器的应用对于信号采集的重复性是一种有效的办法，在工业中得到了大量的应用。传感器将采集到的数据向上传输到ET200从站中去，然后在经从站向上传输到控制器中，最终实现了控制的目的。

通讯设备的选取。硬件与硬件之间要进行连接，这种连接需要保证在传输过程中信号要不失真与泄露，保证信号能够准确无误的传输。本文中选取PROFIBUS总线，它是一种现场总线系统，能够保证信号快速传送的全集成自动化定制系统。它的应用可以实现信号的高速传送，实现了系统的实时性的特点并且，其信号传输并未超出本质安全区域，所以对于冶金的应用来说是能够满足的。

2.2 软件的选取

前面已经提到，西门子S7-300PLC控制系统自带有编程软件，也即STEP7编程软件。这款软件是在基于VB环境下编写出来的，它能够方便地实现对PLC的编程控制。首先控制系统一上来先要进行初始化的设置，然后进行数据的监测，例如对三机的工况情况进行监测，然后通过编程控制系统。然而这一软件系统对采集来的数据的模拟量不能直接显示，而是要借助于上位机软件才能够显示出来。

3 实际应用

本文中设计的控制系统进行了实际应用。通过将设计系统安装于潞安冶金集团司马煤业从投产以来，运行状况良好，生产量达到了170多万吨。这一系统对于之前冶金三机动力部存在的轴承的温度（包括减速器输入轴与输出轴，电动机轴伸端以及非轴伸端），润滑设备的工作状况（温度、油质情况），减速器冷却系统的的冷却水量的问题，以及当系统运行时的减震以及模态振动情况等问题的解决具有明显的优势，对系统的实时监测很稳定。实际应用发现例如减速器冷却水水量过少时，系统会第一时间进行预报，显示减速器冷却水水量出现异常状况，随后系统会自动进行调控水量，防止因为水量过少造成冷却不及时而对减速器造成破坏。这样一来，不但节省了当量的人力物力，而且给生产带了很大的便利与事故的防治监测。对于重特大事故的消除起到了重要作用，实现了企业的有效管理与检修。

4 结语

冶金的复杂环境造成了对于机械的监测不是很方便，鉴于这种状况本文提出设计了一套对于冶金的机械动力部工况进行监控的实时监控系统，这一系统基于西门子的S7-300PLC控制系统，最终通过上位机将测得的数据结果显示出来，并且能够控制整个机械系统。能够很方便实现远距离，精确防止干扰的实现机械系统控制。克服了以往的传统方法和手段的缺点，并通过结实际在线的应用，表明开发设计的这一实时控制系统能够满足实际生产需要，在线运行状况良好。不但节省了大量的人力物力，而且对于冶金机械安全事故的防治具有重要的意义，保证了设备运行的安全性，实现了企业的有效管理与检修。

［1］ 王金华. 中国冶金现代化开采技术装备现状及其展望［J］. 煤炭科学技术，2011，39（001）： 1～5.

［2］ 陈寇忠，雷汝海，胡志强. 基于S7-300PLC 的煤炭装车自动控制系统［J］. 煤炭技术，2012，31（005）： 28～30.

［3］ 张宏宇. 冶金综合机械化采煤工艺研究［J］. 中国新技术新产品，2013 （4）：124～126.

［4］ 刘红霞，张建锋. 基于无线传感器网络的冶金瓦斯预警系统设计研究［J］. 煤炭技术，2010，29（4）： 33～35.

TH113

1009-797X （2015） 18-0106-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.18.041

陈峥（1985-）男，专科学历，助理工程师，研究方向为冶金机械类。

2015-08-14