基于PLC的配煤中心放炮連鎖系統研究與設計

胡肖飛 張國鈞

（太原理工大學信息工程學院，山西省太原市，030024）

基于PLC的配煤中心放炮連鎖系統研究與設計

胡肖飛 張國鈞

（太原理工大學信息工程學院，山西省太原市，030024）

針對汾西礦業介休洗煤廠配煤中心放炮系統目前存在的煤倉清堵不及時和系統不穩定的問題，設計了一套基于PLC的自動放炮連鎖系統。該系統采用PLC和觸摸屏相結合的方法實現了對介休洗煤廠6個煤倉清堵系統的綜合管理和集中控制，并且可以通過觸摸屏的監控畫面對放炮系統的各種參數進行實時監控和調整。

洗煤廠 配煤中心 煤倉清堵 放炮系統

配煤中心是把原煤經過原煤車間處理后送入不同的煤倉，然后根據生產需要對不同煤倉的煤進行配煤。由于同一批次煤的煤質之間存在差異，因此經常會出現煤倉堵煤現象，這造成了煤倉出料不穩，給生產控制和產品質量帶來較大影響。解決煤倉堵煤現象常用的方法是安裝一個空氣加壓站，把空氣送入煤倉上的空氣炮管中，利用空氣炮管釋放空氣瞬間產生的震動清除堵煤問題。介休洗煤廠目前是由操作工人現場查看煤倉是否有堵煤現象，當出現堵煤現象后，操作工人手動控制操作臺上的空氣炮按鈕進行放炮，然而這種處理方式具有堵煤現象不能及時處理以及現場的惡劣環境對工人的身體有損害等問題。本文針對汾西礦業介休洗煤廠配煤中心的放炮系統在手動控制放炮的過程中存在的這些問題，設計了一套基于PLC的放炮系統，實現了對空氣炮的自動控制。

1 系統介紹

介休洗煤廠配煤中心總共有6個煤倉，每個煤倉中安裝4臺給煤機和12組空氣炮，每個給煤機的下料口安裝3組空氣炮，每臺給煤機通過相應的變頻器調節轉速。煤倉下料的多少會通過傳感器反饋給變頻器，然后通過改變變頻器的頻率大小去調節給煤機的運轉速度。介休洗煤廠配煤中心放炮連鎖系統結構如圖1所示。

本系統把24臺變頻器的相關信號輸入PLC，經過PLC的計算和比較后做出相應的判斷，如果出現堵煤現象，PLC就給相應的空氣炮發出放炮指令或者給工作人員發出報警信號，實現自動放炮功能。本系統還可以從操作臺觸摸屏、控制柜觸摸屏或者控制室觸摸屏方便地看到系統的各種指示和相關參數，也可以在任何一臺觸摸屏上對系統參數進行修改，實現6個煤倉的放炮連鎖系統的綜合管理和集中控制。

2 控制系統的設計

2.1 控制系統的硬件設計

考慮到現場惡劣的環境以及系統維修的方便性，選用穩定性和安全性都比較好的S7-300 PLC作為控制器。由于系統控制器PLC需要采集的信號有變頻器的運行信號、變頻器的頻率信號和手／自動切換信號，需要輸出的信號有放炮信號和報警信號，因此控制系統的硬件設計應該包括電源模塊、CPU模塊、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊和接口模塊。

另外，為了能夠更加直觀地看到系統的各種狀態和方便對系統的各種參數進行設置，系統加入了3臺觸摸屏并分布在控制中心、控制柜和操作臺上。因為各個觸摸屏和PLC之間的距離不是很遠，需要交換的數據量也不是特別的大，所以設計采用了經濟適用的MPI工業通訊網絡。系統硬件網絡結構如圖2所示。

圖2 系統硬件網絡結構

在實際設計電路圖的過程中，要用信號隔離端子對模擬量的輸入信號進行相應的處理，防止模擬量信號出現偏差。另外要用中間繼電器對數字量輸入輸出信號進行隔離并對現場的電源進行相應的穩壓處理，防止損壞PLC模塊。

2.2 控制系統的軟件設計

2.2.1 系統的控制原理

本系統的控制器PLC是根據煤倉下煤量來判斷是否有堵煤現象進而進行空氣炮控制的，下煤量的多少通過傳感器反饋給變頻器，下煤量少時就說明煤倉出現堵煤現象，反之正常。本系統通過監控變頻器的頻率來得到煤倉下煤量的數據，并把系統的各種數據同步顯示在3臺觸摸屏上。如果出現煤倉堵煤等情況，系統會自動發出放炮指令來使煤倉恢復正常工作。如果經過連續的幾組放炮指令后煤倉還處于堵煤的狀態中，那么系統會自動轉換到手動放炮并發出報警信號來通知工作人員，同時記錄此時的各種數據以便進行分析參考。另外，為了避免連續的一組空氣炮長時間工作而造成系統的不合理應用，本系統專門設計了循環放炮的功能。當給煤機的下料口出現堵煤現象時，系統自動啟動第一組空氣炮清除堵煤現象，當下次再出現堵煤現象時，系統就會自動跳過第一組空氣炮而直接啟動第二組空氣炮；如果第一組空氣炮啟動后堵煤現象沒有被清除，那么就繼續啟動第二組空氣炮清除堵煤現象，當下次再出現堵煤現象時，系統就會跳過前面兩組空氣炮而直接啟動第三組空氣炮；如果第二組空氣炮啟動后煤倉的出料口還是處于堵煤狀態，那么系統就繼續啟動第三組空氣炮，此時如果堵煤現象還繼續存在，系統就會發出報警信號給工作人員并停止放炮系統工作。系統控制流程圖如圖3所示。

圖3 系統控制流程圖

2.2.2 控制程序設計

考慮到系統程序的復雜性，本設計把程序分為程序塊來進行設計，避免了控制程序的混亂。程序塊結構主要包括主程序塊OB1、模擬量轉換程序塊FB1-FB24、時間轉換程序塊FB25-FB48、放炮程序塊FC201-FC224、報警程序塊FC225以及慣性濾波子程序FC3等。本程序采用慣性濾波法對模擬量進行處理，因為慣性濾波法能很好地消除周期性干擾和較寬頻率的隨機干擾信號。

2.3 觸摸屏監控系統設計

考慮到現場的實際操作需要，采用3臺觸摸屏可同步進行顯示和操作的一機多屏技術，在這個技術上工作人員可以在任何一個觸摸屏上觀察到系統的工作狀態，也可在任何一個觸摸屏上修改系統參數，實現人機信息無縫交換。另外，在觸摸屏上也可進行一些相關參數的記錄查詢，如報警記錄、放炮時間以及每天的放炮次數等，方便生產者和管理者查詢和管理。觸摸屏的運行畫面如圖4所示。

圖4 觸摸屏的運行畫面

4 設計效果

對比介休洗煤廠原來的放炮系統存在的系統不穩定、維修復雜和處理堵煤不及時等問題，新系統能夠及時地清除堵煤現象，而且運行穩定和可靠，使配煤的產量和質量都得到了較大提高，帶來了較大的經濟效益。放炮系統改造前后對比情況如表1所示。

表1 放炮系統改造前后對比情況

5 結語

PLC和觸摸屏在配煤中心放炮連鎖系統中的應用把各個煤倉的放炮系統連接到了一起，實現了對配煤中心幾個煤倉的綜合管理和集中控制。該系統在汾西礦業介休洗煤廠實際運行半年，克服了手動放炮的種種弊端，減少了人工以及工人的工作量，提高了配煤效率。

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［4］劉琛，宮慶剛，趙紅藝.東灘煤礦選煤廠配煤自動化技術開發及應用 ［J］.中國煤炭，2002（8）

Design of shooting chain system for coal blending center based on PLC

Hu Xiaofei，Zhang Guojun
（College of Information Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

In view of such existing issues as block clearing not in time and system instability for shooting system in coal blending center of Jiexiu coal washing plant of Fenxi Mining Group，a PLC-based automatic blaster chain system was designed.A combination of PLC and touch screen achieved the centralized control on six coal blocking systems in coal washing plant，and the realtime monitoring and adjustment of the various parameters of shooting system can be achieved through the monitoring pictures of touch screen.

coal washing plant，coal blending center，block clearing，shooting system

TD94.7

A

胡肖飛 （1987-），男，山西運城人，在讀研究生，主要從事工業自動化研究。

（責任編輯 路 強）