基于PLC的煤礦配煤裝車系統探討

邢攀

摘要：煤炭被稱為工業的糧食，隨著社會經濟步伐的不斷前進，煤炭開采量持續上升，煤礦開采加工企業每日運輸的煤炭資源多達數十萬噸。可見，煤礦開采加工企業的單日裝卸配煤任務量很大。基于此，文章探討了煤礦配煤裝車系統的構成及控制原理，基于PLC對系統設計展開詳細分析。

關鍵詞：PLC;煤礦;配煤裝車;控制系統

由于煤礦企業的煤礦裝卸及配煤任務十分繁重，而煤礦運輸車輛的運行速度、電液推桿下料速度直接影響到煤礦裝卸配煤效率。傳統的裝車配煤操作因為人工操作偏差導致的煤炭資源浪費非常嚴重，急需提升煤礦裝車配煤自動化、智能化水平，這樣能夠有效降低生產成本，減少煤炭資源浪費。[1]因此煤礦企業應該重視自動配煤裝車系統的建設。而PLC體積小巧，可靠性好，可以靈活組合，只需要修改程序就可以調整控制功能，同時還具備計算、通信等功能，因此可以利用PLC實現煤礦自動裝車配煤。

1基于PLC的配煤裝車系統構成

以PLC為基礎的煤礦配煤裝車系統主要包括電子皮帶秤、電液推桿、牽引絞車、輸煤給煤裝置、傳感器、操作臺、PLC控制裝置等部分。[2]PLC是系統的控制核心，調速器控制絞車和煤車，皮帶機將煤運輸至電液推桿中，通過皮帶秤獲取相應的電流、電壓信號，然后配煤皮帶機將煤倉中的煤運輸至裝車皮帶機。煤炭運輸車的位置信息通過位置傳感器獲取并輸送至PLC，由PLC控制皮帶機啟停。基于PLC的配煤裝車系統控制原理是通過控制配煤比例、灰分含量來實現給煤量的控制。因此，可以將核子秤、分灰儀設置在皮帶下，通過采樣獲得灰分值，根據灰分參數、煤炭比例參數，結合實際，計算并設定煤炭流量，同時將灰分、煤成分等信息輸送到上位機，最終得到科學的配煤方案，并下達指令實現自動配煤。

2基于PLC的配煤裝車控制系統硬件設計

2.1PLC選型

在工業生產控制領域PLC的應用非常廣泛。在設計基于PLC的配煤裝車控制系統時，可以選擇具有強悍運算能力的S7-300系列PLC。該系列PLC采用模塊化無風扇設計，擴展性強、通信能力良好。CPU可以選用CPU315-2DP，其運算能力較高。

2.2輸入輸出接口IO口設計

煤礦配煤裝車控制系統需要監控的可變量主要包括儲煤倉的煤儲量;回路的電壓、電流及其他電訊號、輸送機、給煤機的運行參數、皮帶秤、電子軌道衡的參數等。[3]使用料位計監控儲煤倉的煤儲量;回路的電壓、電流及其他電信號則可以通過RS-485接口傳輸到主控PLC;利用集控系統監控輸送機、給煤機的運行參數;利用傳感器及AD、DA模塊傳輸電子軌道衡、皮帶秤數據。考慮到設備擴展需要做好通道設計，按照系統實際配置分配輸入、輸出信號。

2.3外部接線設計

（1）電源。PLC電源是系統的關鍵部分。運行穩定可靠的電源是保障系統正常運行的基本前提。因此PLC生產商十分重視PLC電源設計與生產。通常PLC電源的交流電壓變動范圍控制在+10%～+15%內，可以直接將PLC連接到交流電網，一般采用220V交流電。

（2）I＼＼O模塊是PLC連接外部設備的重要橋梁。輸入接口用于接收輸入設備，如傳感器輸送的控制信號。在設計I＼＼O模塊時要重視設備兼容性的測試，同時還要考慮負載感應電動勢的影響。輸出接口的主要作用是輸出經主機處理后的結果，驅動輸出設備，如電磁閥。

（3）抗干擾。為了有效減少電壓波動、工頻干擾，可以設置交流穩壓器、隔離變壓器，并進行濾波，全部屏蔽層都要做好接地。

3基于PLC的配煤裝車控制系統軟件設計

3.1PLC軟件設計

本文選用的是S7-300型PLC，該型號PLC可以通過STEP7實現編程。STEP7軟件能使用語言表、梯形圖實現離線編程，代碼經過編譯載入PLC，調試運行，可以監測輸入、輸出點通斷情況并進行調整，極大地方便了工作人員。[4]依照煤礦自動裝車工藝流程，該程序采用模塊化編程，由主程序，多個子程序構成。

（1）初始化程序。初始化程序主要作用是給出系統控制變量，煤炭運輸車的長度，車廂數量、牽引絞車初始速度等參數。

（2）主程序。主程序主要作用是調用主要各個子程序的調用。如放料、裝車、稱重、輸送等過程的相關子程序都需要通過主程序加以調用。例如，料位計會每隔一定時間向PLC輸送一次裝煤量參數，便于控制系統控制絞車速度。

（3）啟停程序。在PLC控制程序中，需要確保下級設備順利啟動的前提下，上級執行命令才有效;如果下級設備發生故障則自動停止，并報警。

3.2上位機軟件設計

上位機軟件設計采用組態軟件WinCC，該軟件適用范圍大、可靠性很好，界面簡潔，最關鍵的是可以改變驅動程序實現兼容。WinCC自身就帶有S7300PLC的驅動程序，因此本文研究的配裝車系統中很容易連接PLC與上位機。WinCC提供了相應的通信驅動程序，支持多種網絡協議，可以建立和S7-300PLC的通信。具體流程為：通過通信驅動程序運行WinCC變量獲得所需變量值。通信驅動程序經由通道單元構建WinCC、過程處理之間的接口。通信驅動程序向PLC發送請求消息，過程值回傳至WinCC，從而實現WinCC、PLC之間的通信。建立通信的基本步驟包括：第一步，建立物理連接;第二部，選用適當的通道驅動程序;第三部，在相應的通道單元下建立連接;第四部，在連接下建立變量。

4結語

綜上所述，本文探討的煤礦配煤裝車系統軟硬件設計思路是結合煤礦實際生產需求，利用PLC、上位機聯控制方式實現煤礦礦車自動配煤裝車。在設計中采用模糊控制的方法實現放料門控制，有效提高了裝車作業的效率。除此以外，可編程控制器PLC具備計算、邏輯功能，PLC編程簡單，高效，靈活，便于修改，大大提高了PLC的操作性。基于PLC設計煤礦配煤裝車系統可以提高煤礦企業網絡信息化管理水平，促進煤礦生產效率的提升。

參考文獻：

[1]王浩然，尉濤，宗加銀.裝車站自動配煤控制系統的研究及應用[J].煤礦機電，2017（6）：53-56.

[2]權明伍.選煤廠計算機自動化配煤裝車系統的應用[J].煤炭技術，2013，32（4）.

[3]宋鵬.洗煤廠裝車系統自動配煤過程控制及其算法的研究[D].遼寧工程技術大學，2011.

[4]申小玲，牟明福.基于PLC的煤礦配煤裝車系統研究[J].煤礦機械，2013，34（9）：248-249.