基于新型煤位計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曾志偉 鄧朝艷

（六盤水師范學(xué)院 貴州 六盤水 553004）

引言

在礦山輸運(yùn)煤的過程中，原煤倉起到均衡輸送煤和儲存煤的作用，是重要的生產(chǎn)運(yùn)行中間環(huán)節(jié)。為了使得燃料系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行和生產(chǎn)，大多數(shù)儲煤倉需要實(shí)時準(zhǔn)確地測量其煤位變化和控制儲煤量。目前在工業(yè)料位測量系統(tǒng)中，常采用的料位計(jì)傳感器主要有利用超聲波、雷達(dá)、重錘、核輻射等幾種形式。但因?yàn)槌暡ㄊ胶屠走_(dá)式都具有不接觸、測量連續(xù)、可長時工作并且對人體無危害等優(yōu)點(diǎn)，所以非常適合用于礦山煤位測量系統(tǒng)。針對山西木瓜煤礦生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際情況，該煤礦原煤位檢測裝置采用SITRANS LU 01超聲波料位計(jì)[1]，該傳感器在高度粉塵飛灰的惡劣環(huán)境中精確度不高，并會時常出現(xiàn)失靈和誤動作等故障。在結(jié)垢掛料及高度飛灰粉塵等工況下，為了提高煤位測量的精確度，采用FMCW雷達(dá)式的料位計(jì)更適合應(yīng)用。

將剛制得的高鹽稀態(tài)醬醪進(jìn)行淋油并充分?jǐn)嚢瑁匀帐礁啕}稀態(tài)醬油的發(fā)酵工藝進(jìn)行發(fā)酵，先將其混勻并分裝至9個容器中，置于15 ℃的生化培養(yǎng)箱中進(jìn)行醬油前期發(fā)酵，每天攪拌1次至第15 d，按表1添加 2×106個/g(醬醪)酵母，隨后每天升高發(fā)酵溫度1 ℃，直至30 ℃并保持，持續(xù)發(fā)酵到第45 d；再按表1添加酵母2×106個/g(醬醪)，以9號樣品為空白對照；發(fā)酵約90 d時，控制醬醪發(fā)酵溫度于35 ℃到發(fā)酵結(jié)束，整個發(fā)酵周期為180 d[23]。

此外,很多學(xué)者在多通道人機(jī)交互中提出用視線追蹤代替鼠標(biāo)光標(biāo)移動,用眨眼等視覺行為代替鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作,此類概念部分已應(yīng)用于VR交互設(shè)備[16].這些新型交互技術(shù)的核心基礎(chǔ)是對用戶操作行為意圖與眼動特征關(guān)系的準(zhǔn)確把握,因此,基于眼動特征的用戶意圖感知和行為預(yù)測具有重要的研究意義.

1.料位監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

如圖1所示，其監(jiān)控系統(tǒng)由上位機(jī)PC+組態(tài)軟件WinCC V6.2構(gòu)成，下位機(jī)采用西門子S7-300可編程序控制器[2-4]，煤位計(jì)模擬信號輸入到PLC的模擬量輸入端，然后通過PLC的通信模塊接入上位機(jī)，上位機(jī)安裝了組態(tài)軟件WinCC V6.2[5]，其組態(tài)畫面監(jiān)控整個生產(chǎn)過程，通過操作上位機(jī)上相應(yīng)的功能鍵可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的控制，并且利用組態(tài)軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，實(shí)現(xiàn)各煤倉煤位的監(jiān)控以及報(bào)警等的自動化功能。

2.7 圖表 每幅圖單獨(dú)占1頁，集中附于文后，表格隨正文附出。圖表應(yīng)按其在正文中出現(xiàn)的先后次序連續(xù)編碼，并應(yīng)冠有圖(表)題。說明性的資料應(yīng)置于圖(表)下方注釋中，并在注釋中標(biāo)明圖表中使用的全部非共知共用的縮寫。本刊采用三橫線表(頂線、表頭線、底線)，如遇有合計(jì)或統(tǒng)計(jì)學(xué)處理行(如t值、P值等)，則在此行上面加一條分界橫線;表內(nèi)數(shù)據(jù)要求同一指標(biāo)有效位數(shù)一致，一般按標(biāo)準(zhǔn)差的1/3確定有效位數(shù)。線條圖應(yīng)墨繪在白紙上，高寬比例為5∶7左右。計(jì)算機(jī)繪制圖者應(yīng)提供激光打印圖樣。凡能使用文字表達(dá)清楚的內(nèi)容，盡量不用表和圖，如使用表和圖，則文中不必重復(fù)其數(shù)據(jù)，只需摘述其主要內(nèi)容。

應(yīng)具有可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、反應(yīng)快速靈敏的特點(diǎn)。(2)具有煤位聲光報(bào)警功能。每個煤倉根據(jù)設(shè)定的上下限實(shí)現(xiàn)自動聲光報(bào)警，同時通過上位機(jī)進(jìn)行詳細(xì)記錄以備查詢。(3)具有友好的上位機(jī)顯示界面。上位機(jī)界面要求操作方便、簡單，能夠?qū)崟r顯示煤位、煤倉報(bào)警。

本煤位監(jiān)控系統(tǒng)要求完成如下幾個功能:(1)煤位檢測信號

2.1 煤位判別流程 在程序中設(shè)置SITRANS LR 460雷達(dá)煤位計(jì)檢測到煤倉的煤位高度20%以下，認(rèn)為此煤倉是空倉狀態(tài)的；當(dāng)檢測到煤位為20%～40%，系統(tǒng)判斷為低煤位狀態(tài)。在系統(tǒng)集控的工作方式下，系統(tǒng)程序優(yōu)先依次對處在空倉和低煤位狀態(tài)的煤倉進(jìn)行裝料，直至該煤倉煤位上升到95%，然后系統(tǒng)再次檢測所有煤倉的煤位，依次選擇對其最低煤位的煤倉進(jìn)行裝煤。如果在此過程中有煤倉出現(xiàn)低于20%的煤位，系統(tǒng)則停止向當(dāng)前煤倉運(yùn)煤，轉(zhuǎn)向該煤倉裝煤，這樣循環(huán)檢測保證各個煤倉煤位都達(dá)到規(guī)定要求，使最后每個煤倉的煤位都在95%，停止送煤。若在此過程中有某個煤倉出現(xiàn)故障，則工作人員可以選擇手動方式對煤倉進(jìn)行操作。

2.煤倉配煤控制

為了專心準(zhǔn)備金腰帶，鄒推掉了很多品牌代言。他現(xiàn)在每年要負(fù)擔(dān)200萬元～300萬元人民幣訓(xùn)練費(fèi)用，他靠比賽獎金維持收入，當(dāng)然，這離一名真正的明星職業(yè)拳手依然相差甚遠(yuǎn)。

S7-300系列PLC作為本監(jiān)控系統(tǒng)的控制核心部分,主要負(fù)責(zé)信號數(shù)據(jù)(如料位計(jì)檢測得到的料位信號)的采集、運(yùn)算和判斷,并進(jìn)行控制信號（如料位超限報(bào)警)的發(fā)出等功能。

本監(jiān)控系統(tǒng)可編程控制器采用西門子公司的S7-300系列PLC,根據(jù)對現(xiàn)場輸入、輸出點(diǎn)的統(tǒng)計(jì),本套PLC控制器的主要配置如下：電源：PS307，24VDC；機(jī)架：IM365，擴(kuò)展2個機(jī)架，2*32；CPU：CPU314-2DP, 64K內(nèi)存，PROFIBUS-DP口；模擬量輸入模塊：SM331，8點(diǎn)模擬量輸入；通訊模塊：CP343-1，連接S7-300和上位機(jī)的接口模塊。

通過調(diào)制器調(diào)制壓控振蕩器(VCO)產(chǎn)生隨時間變化的連續(xù)高頻等幅波，VCO的輸出經(jīng)環(huán)行器后送到天線，通過天線發(fā)射的微波傳播到固面并產(chǎn)生回波，回波通過環(huán)行器后與VCO直接耦合過來的信號加到混頻器內(nèi)。調(diào)制信號可以對發(fā)射信號的頻率進(jìn)行調(diào)制，此時發(fā)射信號頻率與其前面的回波頻率不一樣。因此在混頻器的輸出端便出現(xiàn)了差拍信號，其頻率與天線固面距離有關(guān)，隨著煤位的升高，反射波與發(fā)射波差頻頻率越小，通過信號處理電路測出差拍信號的頻率就可以出煤位的高低。SITRANS LR 460雷達(dá)物位計(jì)其內(nèi)部有內(nèi)置運(yùn)算芯片，通過計(jì)算最后輸出一個和料位成比例的電流信號，反映在輸出端為輸出4-20mA電流標(biāo)準(zhǔn)信號[6,7]，為了測量信號的遠(yuǎn)距離傳輸這里選擇了電流信號輸出。

2.3 FMCW雷達(dá)測距原理 FMCW雷達(dá)調(diào)制波有調(diào)頻等幅波、偽隨機(jī)二相碼連續(xù)波、隨機(jī)二相碼連續(xù)波等多種形式，其中線性和正弦調(diào)頻是過去常用的兩種方式，本系統(tǒng)采用線性調(diào)頻FMCW，其主要思想是信號的頻率發(fā)生了改變，通過測量器差拍信號的頻率可以計(jì)算出煤位的高低。

3.利用PLC實(shí)現(xiàn)整個監(jiān)控系統(tǒng)控制

2.2 料位檢測 本系統(tǒng)采用SITRANS LR 460雷達(dá)物位計(jì)，SITRANS LR 460是4線制24GHzFMCW雷達(dá)液位測量變送器，具有極高的信噪比以及針對測量固體料位達(dá)100m量程的先進(jìn)的信號處理方法，高頻的雙核處理器技術(shù)，使回波信號處理更快速，更可靠，它是極度粉塵工況下的理想解決方案。參數(shù)如下:頻率：24.2~ 25.2GHz FMCW；測量范圍：0.35~ 100m；通訊：HART， 可選 PROFIBUS PA；過程溫度范圍：-40~ +200℃；工作電源：120~ 230VAC，或24VDC +25/-20%,6W ( 可選)。

本實(shí)驗(yàn)建立了濃硫酸凈化的前處理方法，在乳制品六六六、滴滴涕，七氯，艾氏劑和指示性多氯聯(lián)苯的檢測中取得較好的凈化效果，并且結(jié)合氣相色譜法實(shí)現(xiàn)對乳制品中六六六、滴滴涕，七氯，艾氏劑和指示性多氯聯(lián)苯的同時定量分析，適用于乳制品中六六六、滴滴涕，七氯，艾氏劑和指示性多氯聯(lián)苯的快速檢測。

4.上位監(jiān)控界面

4.1 組態(tài)軟件 WinCC監(jiān)控軟件專為SIMATIC S7組件設(shè)計(jì)。它結(jié)合SIMATIC PLC可以實(shí)現(xiàn)與幾乎所有自動化設(shè)備組合，其組建的控制系統(tǒng)具有使用方式靈活，穩(wěn)定可靠。實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)系統(tǒng)需要進(jìn)行組態(tài)、設(shè)計(jì)實(shí)時界面和管理信息，對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、控制、報(bào)警等操作，兼具有打印報(bào)表、記錄報(bào)警，動態(tài)顯示歷史曲線等記錄功能。利用 SIMATIC WINCC和SIMATIC PLC組建系統(tǒng)，不僅可以減少軟件設(shè)計(jì)周期，避免國產(chǎn)軟件安裝驅(qū)動不兼容等情況。同時，由于其設(shè)計(jì)界面的人性化，操作簡單化，大大提高了工作效率。

4.2 組態(tài)監(jiān)控畫面 本文針對山西木瓜煤礦生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際情況，本系統(tǒng)煤倉為圓柱型，直徑為20米的煤倉，高度為28米，在這里系統(tǒng)設(shè)置4mA對應(yīng)煤倉為空倉，20mA對應(yīng)煤倉為滿倉。給煤機(jī)、強(qiáng)力皮帶、原煤篩、撿矸皮帶、轉(zhuǎn)載皮帶、入倉皮帶輸送機(jī)、可逆皮帶和煤倉等幾部分構(gòu)成了運(yùn)輸系統(tǒng)。

當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行的時候，SITRANS LR 460雷達(dá)物位計(jì)根據(jù)現(xiàn)場煤倉的高度，輸出與之相對應(yīng)的電流信號。并將煤位信號傳給模擬量輸入模塊SM331，模擬量輸入模塊將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送PLC，PLC經(jīng)過處理后與上位機(jī)進(jìn)行通信，工作人員可以通過人機(jī)交互界面，實(shí)時監(jiān)測煤倉煤位高度，并可以遠(yuǎn)程控制整個入倉皮帶的運(yùn)行方向。可以在上位機(jī)上界面中，顯示實(shí)時煤倉的煤位，以及報(bào)警記錄等。具體監(jiān)控界面如圖2、圖3所示：

圖2為原有料位計(jì)監(jiān)控界面圖，木瓜煤礦原有煤位檢測裝置采用的是SITRANS LU 01超聲波料位計(jì)。在結(jié)垢掛料及高度飛灰粉塵同等工況下，基于該料位計(jì)檢測不穩(wěn)定、誤差大，通過圖2可以看出，原煤倉1#出現(xiàn)滿倉及原煤倉3#出現(xiàn)空倉以致檢測不準(zhǔn)確，使得在長時間使用過程中，出現(xiàn)失靈、誤動作等故障，使原有煤位監(jiān)控界面不能夠顯示煤倉煤位實(shí)時信息。圖3為采用SITRANS LR 460雷達(dá)料位計(jì)的煤位檢測裝置監(jiān)控界面圖，工作人員可以通過現(xiàn)場設(shè)備顯示屏，觀察實(shí)時煤位、波幅、溫度、置信度、輸出電流等檢測信號，也可以通過上位機(jī)動態(tài)監(jiān)控界面，直觀地了解煤位的實(shí)時變化，以及煤位上下限報(bào)警等功能。

5.結(jié)論

本系統(tǒng)基于SITRANS LR 460雷達(dá)料位計(jì)的煤位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在結(jié)垢掛料及高度飛灰粉塵等工況下，與原SITRANS LU 01超聲波料位計(jì)的物位監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，具有穩(wěn)定、密封性好、實(shí)時性，且誤差小等優(yōu)點(diǎn)；同時，系統(tǒng)結(jié)合PLC與上位機(jī)的優(yōu)勢，具有煤倉的自動檢測、超限報(bào)警、動態(tài)監(jiān)控界面等功能。實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程和監(jiān)控管理的一體化，使得系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、功能完善、可維護(hù)性強(qiáng)，推進(jìn)了煤炭企業(yè)的生產(chǎn)自動化。

[1] 沈兆振,丁保華,管連俊.煤倉料位監(jiān)控系統(tǒng)中智能超聲波料位計(jì)的研制[J].工礦自動化,2007,(1)[2] 曹成. 礦用帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研究[D]. 安徽理工大學(xué) 2010