給煤機自動控制系統設計

韓學淵

（西山煤電官地礦選煤廠，太原 030022）

0 引言

給煤機是選煤廠自動裝車系統中的關鍵機械設備，其主要作用是根據緩沖倉煤量需求，控制煤料煤量，由皮帶運輸機將煤料運輸至緩沖倉。在裝車系統工作時，給煤機自動控制系統必須精確定量、精準控制、保護功能完善，以確保自動定量裝車系統安全、連續、穩定地運行[1-2]。國內大部分選煤廠自動定量裝車系統中的給煤機采用繼電器或單片機控制，稱重方式為傳統的電子稱重，該套方案在選煤廠惡劣的工作環境下稱重精確度、控制實時性都較差，而且故障率較高，嚴重影響自動定量裝車系統的裝車速度和精度[3-4]。為解決上述問題，將PLC控制技術和變頻技術引入給煤機自動控制系統，提高給煤機的自動化、智能化水平。

1 系統組成

給煤機自動控制系統組成如圖1所示，核心為PLC控制器、擴展的DI模塊、DO模塊以及AI模塊。DI信號主要有控制給煤機的啟停信號和閘門信號；DO信號主要為給煤機啟動輸出信號和停止輸出信號；AI信號主要為稱重傳感器信號，用于實時對帶式輸送機上的煤料進行稱重，作為控制給煤機給煤量的參考值；料位傳感器信號為給煤倉內煤料的料位信息；煙霧傳感器信號為帶式輸送機皮帶故障監測信號。上述3個傳感器信號參與給煤機自動控制過程，給煤量需參考稱重傳感器以及料位傳感器實時檢測值，當煙霧傳感器信號被觸發后，表明帶式輸送機皮帶過熱，需進行故障報警處理過程。PLC控制器將給煤機的工作狀態、參數信息、故障信息以通信方式發送給監控平臺，方便技術人員及時掌握給煤機的運行信息。當給煤機需要調速時，由PLC控制器計算調速目標值，控制變頻器進行變頻調速過程。

圖1 給煤機自動控制系統組成

2 硬件選型

PLC主站控制器與PLC分站控制器都選用倍福的CX8050，該PLC支持多種通信模式，如支持TCP/IP、CAN、CanOpen、Modbus TCP、Modbus RTU等。該PLC支持數字量輸入、數字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出擴展，支持各通信模式擴展。溫度傳感器的工作流程如圖2所示，被測介質的溫度T作用在溫度傳感器的感應部件PT100上，其輸出電阻值與施加溫度成正比。溫度傳感器的主要技術參數如表1所示。

圖2 溫度傳感器工作流程

表1 溫度傳感器主要技術參數

稱重傳感器采用CYB-606S型稱重測力模塊，該模塊將稱重傳感器、負荷傳遞裝置和安裝連接件等部件組合在一起，可以非常方便的與給煤機相連。該稱重傳感器采用懸臂梁式結構，稱量精度達到0.1%[5-6]。該傳感器結構獨特，可方便的安裝在定量倉，3種頂板結構（固定式、浮動式和半浮動式）可以消除定量倉因熱脹冷縮帶來的稱量誤差。該傳感器安裝簡單、快速、維護方便，節約停機維護時間。

變頻器采用Pempek公司的W4變頻器，該變頻器的控制方法有V/Hz頻率控制以及閉合回路矢量控制，保護措施有電源低電壓保護、電源失相保護、電源過電流保護、電源短路保護、直流母線過電壓保護、負載短路保護、負載過電流保護、負載過速保護、功率元件溫度過高保護等。該變頻器支持CAN總線2.0B通信協議。

3 軟件設計

給煤機控制系統流程如圖3所示，工作模式分為遠程控制、就地控制以及停機。給煤機控制系統完成初始化過程后，進行工作模式選擇，進入不同的自動控制流程。工作模式為遠程控制時，進行原煤流量的PID調節過程；工作模式為就地控制時，進入電動機轉速的PID調節過程；工作模式為停機時，進入校驗過程。

給煤機控制系統工作流程如圖4所示，系統啟動并完成初始化過程后，準備啟動給煤機。如果給煤機設備正常，則啟動給煤機；如果設備不正常，則報警并進行故障提示。給煤機啟動并平穩運行后，測量給煤機運行關鍵參數。如果需要調速，則根據緩沖倉倉位以及皮帶運輸機承重進行速度計算。計算出調速目標值后，由PLC控制器控制變頻器進行變頻調速，將速度調整至目標值；如果不需要調速，則給煤機按照預定速度平穩運行。

圖3 給煤機控制系統流程

圖4 給煤機工作流程

給煤機與帶式輸送機之間存在閉鎖關系：啟動時，必須先啟動帶式輸送機，然后再啟動給煤機，防止先啟動給煤機后，帶式輸送機沒有啟動，導致運輸至帶式輸送機的煤料外漏；停止時，必須先停止給煤機然后間隔一定時間后再停止帶式輸送機，防止先停止帶式輸送機，給煤機繼續卸煤，導致運輸至帶式輸送機的煤料外漏。給煤機與帶式輸送機的閉鎖關系如圖5所示。

圖5 給煤機與帶式輸送機互鎖設計流程

緩沖倉與給煤機之間存在閉鎖關系：緩沖倉的料位指示達到最高位時，為防止緩沖倉溢煤，必須給給煤機停機信號，停止給煤機運行。給煤機檢測到緩沖倉的料位指示達到最高位時，不能啟動。

4 使用效果

將所設計的給煤機自動控制系統應用與某選煤廠自動定量裝車系統中，皮帶運輸維護人員減少為原來的30%，膠帶的使用效率提高了20%，使用壽命延長。給煤機與緩沖倉的閉鎖運行的穩定性得到增強，故障率大大降低，提高了自動定量裝車系統的穩定性，并具有較好的經濟效益。給煤機自動控制系統的研究和使用，為選煤廠自動化、智能化進程有積極的意義，為選煤廠裝車系統少人化、無人化的目標邁進一大步。

5 結束語

給煤機自動控制系統是選煤廠自動定量裝車系統中的關鍵一環，其運行的穩定性直接影響裝車系統的裝車速度和裝車質量。采用PLC控制技術以及變頻技術后，能夠保證給煤機原料控制的實時性，并根據緩沖倉料位指示及時對給煤機速度進行調節，以免發生溢倉等問題。本文所設計的給煤機自動關機控制系統整體性能可靠、運行穩定，具有推廣價值。