基于PROFIBUS现场总线的煤矿筛选系统集控设计与研究

2015-11-12马文超

科技传播 2015年18期

关键词：功能块运输机筛分

马文超

河南理工大学，河南焦作 454000

河南省新郑煤电有限责任公司，河南新郑 451100

基于PROFIBUS现场总线的煤矿筛选系统集控设计与研究

马文超

河南理工大学，河南焦作 454000

河南省新郑煤电有限责任公司，河南新郑 451100

本文分析了赵家寨煤矿筛选系统集中控制的设计原理及实施过程，对集中控制系统的软件及硬件配置进行了技术探讨和实践应用，具有良好的推广价值。

现场总线；煤矿；筛选系统；集中控制

1 赵家寨煤矿及筛选系统简介

河南赵家寨煤矿年产原煤300万吨，井田面积48.96km2，可采储量2.23亿吨。该矿筛分系统流程如下：原煤由箕斗提升至井口卸载位置，卸入受煤仓，通过仓下给煤机运入原煤胶带运输机至准备车间。原煤经过除铁后，进入两台50mm三段螺旋筛进行分级，50mm筛上品进入两条手选胶带运输机，手选拣煤，矸石进入四部排矸皮带进行转运。拣出的大块煤由大块煤上仓胶带运输机运至大块煤汽车仓地销，仓容400t。两台螺旋筛筛下品分别进入两台二级螺旋筛进行分级，二级螺旋筛筛下末煤直接经混煤上仓胶带运输机进入装车仓，13～50mm小块煤由小块煤转载胶带运输机运至小块煤装车仓，仓下设液动扇形闸门，装汽车地销。

2 设计原理

2.1硬件设计部分

根据现场实际情况可将地面筛选系统设计为三部分：原煤筛选系统、排矸控制系统和返煤装车控制系统。三个子系统通过地面生产集控系统并接入综合自动化监控平台，实现就地和综合集控中心远方监测监控。电控系统组成框图如图1所示。

在筛选系统设备室建立系统集控室，在筛选系统集控室设置操作台，并配有上位机集控系统。在筛选集控车间安装集控操作台、1台工控机、工业液晶显示器1台、生产环节视频监控1套、语音网关，通过视频、语音和控制三位一体，实现新筛分系统自动控制，并通过工业以太网上传矿综合集控中心实现地面筛分系统远程监控。

该系统采用多台PLC组成数据传输网络，通过中央集控室上位机控制和视频监控网络，完成系统对整个筛分过程的遥控、遥测，遥信、遥调，遥视，最终构成一个完善的筛选系统集中控制系统。控制系统组成的系统框图如图2所示。

2.2软件设计部分

PLC的软件设计主要完成皮带运输机运行状态的控制和相应的故障处理、应急处理，同时响应人机交互指令，为上位机提供皮带运行中实时的状态信号参数。PLC控制系统软件设计包括主程序的设计、各功能块程序的设计、故障程序和通信程序的设计、PLC的I/O地址分配、模拟量的输入输出分配等部分。主程序和各个功能块程序的设计应该能够实现所有被控设备的顺序启停，单部设备的启动停止，远程/就地切换等功能。故障检测保护程序主要实现对皮带运输机的运行状态监控，通过读取各个传感器状态参数，实现对皮带运输机故障的发现及采取必要的措施。通信程序包括从站和主站之间的PROFIBUS现场总线通信程序和主站与上位机之间的以太网通信程序。在PLC设计之初，应该对所需的输入、输出点有一个大概的了解，同时保证选用的PLC型号要留有一定的富余量。

根据筛选厂筛分系统的工艺流程，设计程序设计了主程序和各个功能模块的功能。主站S7-300PLC负责接收分站ET-200上传的数据，并实现系统的分散控制集中管理。

3 项目实施的运行情况及改造效益

3.1项目的运行情况

项目实施周期8个月。项目投入运行以来，效果良好，完全实现了对整个原煤筛选系统的遥测、遥信、遥控，实现原煤筛选系统实现集中控制。在运行的过程中，根据运行的实际情况和工人的操作习惯，后期也做了部分的改动。总体而言，虽然项目后期还有大量工作需要做，但是项目的运行基本达到预期效果。

3.2项目改造效益

3.2.1社会效益

1）提高矿井安全生产管理水平，实现了煤矿安全生产状态的遥感、遥调、遥信、遥测和远程诊断，进一步优化调度协调工作。

2）矿井安全保障。提高了自动化水平和安全生产水平，可向矿井管理系统提供准确实时的各种安全、生产信息，发挥综合监控和协调作用，正常情况下确保矿井的安全生产，事故情况下，可以为抢险工作提供必要的指导。

3）实现生产安全信息集中监测；实现无人值守或少人值守，达到减人增效的目的。

4）提高企业自动化管理水平，提升了企业综合形象。

3.2.2经济效益

1）实现了自动化减人。原煤筛选系统集控，降低了工人的劳动强度，实现岗位无人值守和减岗减员的目的，每班可减少出勤人员10人，按照月4200元工资算，每年节省成本151.2万元。改造前原煤筛选系统每班需出勤22人，改造完成后12人就能满足正常生产。

2）实现了自动化增效。原煤筛选系统集控中心投入运行后，设备实现自动控制，故障自动报警，发现、处理故障时间比以往大大缩短，平均每班影响时间仅为10min，而且切换生产路径、配仓时间只需30秒，并实现自动调节流量、煤位测量。按照每班减少故障影响10min计算，每年累计减少事故影响时间约180小时，增加经济效益230万元。

2）机械手运动过程反解。

已知机器人的平动盘中心点坐标位置，反过来推算每根轴的旋转角度机械结构尺寸。根据已知Lt、Lb、L1、L2、（X，Y），我们通过列举方程式求解得出θ1、θ2。最后在程序里建立相应的变量，编写相应梯形图或者ST语言程序实现这个反解算式。这样，对相应变量输入预计坐标后，就能实时得到电机应该旋转的角度了。反解算法功能块如图5所示。

反解功能块采用分步计算的原理，整合各功能在一个功能块中，包括：（1）根据两点坐标算出两点距离；（2）通过构建三角形的数学方法在多个三角形中依次解出角度θ1、θ2。

正反解算法灵活运用Sysmac Studio环境中的ST语言和LD语言编写，分步式的编程思路逻辑性强，能够为后期程序调试以及修改提供极大便利。