基于PLC和组态的多源物料自动配料系统设计

闫善飞

摘 要 煤矿井下充填配料的精度是影响充填质量的一个重要因素，为了解决这一复杂问题，本文分别从硬件系统和软件系统两个方面对自动配料控制系统进行了设计。采用可编程控制器PLC实现了按比例精准配料，搅拌输送等功能，利用组态王软件进行了系统仿真，验证了技术实施的可行性，使充填效果更好。

关键词 煤矿充填 自动配料 PLC 组态

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2021）12-0013-02

随着优质煤炭资源的开采，许多矿井已临近枯竭，不少煤矿企业预计开采“三下”资源，而充填采煤技术正是解决“三下”压煤的一种重要手段[1-2]。充填物料主要包括充填骨料、胶凝材料以及水，煤矿井下充填技术主要是指将这几种物料按比例均匀混合后，通过皮带运输至采空区，经过推压密实以到达对上覆岩层的支撑作用，其中物料的精准混合是影响充填质量的关键因素。为了控制好配料精度，改善工人作业环境，降低劳动强度，提高工作质量，确保煤矿井下可持续作业生产，因此组建了管理与控制为一体的自动配料系统，实现对充填物料的快速准确配料，这在加强对上覆岩层的控制以及落實建设绿色矿山上都发挥着积极作用。

1 系统构成

煤矿井下充填系统分为配料系统、搅拌系统以及运输系统，是集矸石、胶凝材料以及水的运输、配置、混合搅拌为一体的系统工程。所需要的矸石以及粉料均可通过皮带分别输送至不同的储料仓以备使用。整个配料系统由工控机、PLC、皮带秤、搅拌输送机、皮带等部分组成，自动配料控制系统采用上位机管理、PLC控制的原则来进行设计[3-4]（配料工艺流程如图1所示）。

2 系统硬件设计

本系统[5-6]下位机选用西门子S7-1200型PLC，它具有较高的处理速度、较多的I/O点、适用范围广、结构灵活等优点。上位机选用互视达厂家的工控触摸一体机，具有防震、防爆、防燃以及高稳定性等特点，能够与西门子PLC之间实现无缝通讯，具有储存配方等功能，二者通过PROFINET通讯，控制各个机械零部件协同工作，完成任务（系统总体框架如图2所示）。

3 系统软件设计

组态王[7]是亚控科技针对自动化市场，以实现企业一体化的产品，旨在为企业建造一个集生产管理、数据分析为一体的平台，能够让企业实时地获取生产信息，针对突发情况能够快速作出反应以避免对企业造成更大的损失。该系统可以实现对生产现场的实时监控，并且以动画的形式简洁地呈现生产现状。

3.1 组态动画连接

组态王控制界面主要是通过软件功能控件和组态命令语言来实现动画连接实时监控的，物料监管主要是由功能控件里的流动元件来实现，利用命令语言来设置该元件的地址，能够自主控制设备在规定时间内运行，即完成卸料、搅拌、皮带机运行等操作，并以图片和文字状态显示，最终完成物料流动部件的设置。

3.2 组态运行界面

运行界面是对整个系统运行状态的描述，包括矸石、胶凝材料下料，搅拌输送机排料等。一般情况下，企业都需要对生产过程进行监管，利用组态王和PLC上下位机相结合的模式，可以很好地满足企业需求，能够实现对现场的实时监管。因此对组态软件的设计需要包括两个部分：一是对生产设备的描述，比如矸石仓、粉料仓、皮带、搅拌输送机以及水泵等;二是对生产环节的监管，比如当系统运行时，对应的指示灯为绿色，表明正处于工作状态。下面针对下料、搅拌过程为例说明组态运行过程。

图3为生产监控界面，随着矸石、ABC三种粉料以及水仓的运行，下方指示灯也会发生转变，绿色表示正在下料，红色表示停止下料。几种原料在搅拌输送机混合均匀后经由皮带输送至工作面采空区进行充填。

4 结语

经过对自动配料控制系统的硬件及软件环节的调试，实现了煤矿井下充填物料的精准配比，且在触摸屏上实现了配料监控等功能。该系统同时兼顾了功能和成本，既缓解了工作压力，又能达到工艺要求，同时还降低了企业成本。

参考文献：

[1] 郭文兵，马志宝，白二虎.我国煤矿“三下一上”采煤技术现状与展望[J].煤炭科学技术，2020，48（09）：16-26.

[2] 侯朝祥.“三下”固体充填开采技术的应用研究[J].能源与环保，2019，41（11）：175-178.

[3] 李亚莉.基于PLC的自动配料控制系统的研究[J].数字技术与应用，2018，36（01）：6-7.

[4] 魏静敏，王阔.基于PLC和组态的自动配料控制系统设计[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2016，12（03）：248-253.

[5] 赵兴森，文生平，徐永谦.基于PLC的自动配料控制系统设计[J].计算机测量与控制，2013，21（04）：962-964.

[6] 李响初.基于PLC的矿山自动配料装车控制系统设计[J].自动化技术与应用，2018，37（09）：32-34.

[7] 张鹏，张珂.基于PLC和组态王的自动配料及传送系统设计[J].南阳理工学院学报，2014，06（06）：17-20.