基于PLC和組態的多源物料自動配料系統設計

閆善飛

摘 要 煤礦井下充填配料的精度是影響充填質量的一個重要因素，為了解決這一復雜問題，本文分別從硬件系統和軟件系統兩個方面對自動配料控制系統進行了設計。采用可編程控制器PLC實現了按比例精準配料，攪拌輸送等功能，利用組態王軟件進行了系統仿真，驗證了技術實施的可行性，使充填效果更好。

關鍵詞 煤礦充填 自動配料 PLC 組態

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）12-0013-02

隨著優質煤炭資源的開采，許多礦井已臨近枯竭，不少煤礦企業預計開采“三下”資源，而充填采煤技術正是解決“三下”壓煤的一種重要手段[1-2]。充填物料主要包括充填骨料、膠凝材料以及水，煤礦井下充填技術主要是指將這幾種物料按比例均勻混合后，通過皮帶運輸至采空區，經過推壓密實以到達對上覆巖層的支撐作用，其中物料的精準混合是影響充填質量的關鍵因素。為了控制好配料精度，改善工人作業環境，降低勞動強度，提高工作質量，確保煤礦井下可持續作業生產，因此組建了管理與控制為一體的自動配料系統，實現對充填物料的快速準確配料，這在加強對上覆巖層的控制以及落實建設綠色礦山上都發揮著積極作用。

1 系統構成

煤礦井下充填系統分為配料系統、攪拌系統以及運輸系統，是集矸石、膠凝材料以及水的運輸、配置、混合攪拌為一體的系統工程。所需要的矸石以及粉料均可通過皮帶分別輸送至不同的儲料倉以備使用。整個配料系統由工控機、PLC、皮帶秤、攪拌輸送機、皮帶等部分組成，自動配料控制系統采用上位機管理、PLC控制的原則來進行設計[3-4]（配料工藝流程如圖1所示）。

2 系統硬件設計

本系統[5-6]下位機選用西門子S7-1200型PLC，它具有較高的處理速度、較多的I/O點、適用范圍廣、結構靈活等優點。上位機選用互視達廠家的工控觸摸一體機，具有防震、防爆、防燃以及高穩定性等特點，能夠與西門子PLC之間實現無縫通訊，具有儲存配方等功能，二者通過PROFINET通訊，控制各個機械零部件協同工作，完成任務（系統總體框架如圖2所示）。

3 系統軟件設計

組態王[7]是亞控科技針對自動化市場，以實現企業一體化的產品，旨在為企業建造一個集生產管理、數據分析為一體的平臺，能夠讓企業實時地獲取生產信息，針對突發情況能夠快速作出反應以避免對企業造成更大的損失。該系統可以實現對生產現場的實時監控，并且以動畫的形式簡潔地呈現生產現狀。

3.1 組態動畫連接

組態王控制界面主要是通過軟件功能控件和組態命令語言來實現動畫連接實時監控的，物料監管主要是由功能控件里的流動元件來實現，利用命令語言來設置該元件的地址，能夠自主控制設備在規定時間內運行，即完成卸料、攪拌、皮帶機運行等操作，并以圖片和文字狀態顯示，最終完成物料流動部件的設置。

3.2 組態運行界面

運行界面是對整個系統運行狀態的描述，包括矸石、膠凝材料下料，攪拌輸送機排料等。一般情況下，企業都需要對生產過程進行監管，利用組態王和PLC上下位機相結合的模式，可以很好地滿足企業需求，能夠實現對現場的實時監管。因此對組態軟件的設計需要包括兩個部分：一是對生產設備的描述，比如矸石倉、粉料倉、皮帶、攪拌輸送機以及水泵等;二是對生產環節的監管，比如當系統運行時，對應的指示燈為綠色，表明正處于工作狀態。下面針對下料、攪拌過程為例說明組態運行過程。

圖3為生產監控界面，隨著矸石、ABC三種粉料以及水倉的運行，下方指示燈也會發生轉變，綠色表示正在下料，紅色表示停止下料。幾種原料在攪拌輸送機混合均勻后經由皮帶輸送至工作面采空區進行充填。

4 結語

經過對自動配料控制系統的硬件及軟件環節的調試，實現了煤礦井下充填物料的精準配比，且在觸摸屏上實現了配料監控等功能。該系統同時兼顧了功能和成本，既緩解了工作壓力，又能達到工藝要求，同時還降低了企業成本。

參考文獻：

[1] 郭文兵，馬志寶，白二虎.我國煤礦“三下一上”采煤技術現狀與展望[J].煤炭科學技術，2020，48（09）：16-26.

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[3] 李亞莉.基于PLC的自動配料控制系統的研究[J].數字技術與應用，2018，36（01）：6-7.

[4] 魏靜敏，王闊.基于PLC和組態的自動配料控制系統設計[J].沈陽工程學院學報（自然科學版），2016，12（03）：248-253.

[5] 趙興森，文生平，徐永謙.基于PLC的自動配料控制系統設計[J].計算機測量與控制，2013，21（04）：962-964.

[6] 李響初.基于PLC的礦山自動配料裝車控制系統設計[J].自動化技術與應用，2018，37（09）：32-34.

[7] 張鵬，張珂.基于PLC和組態王的自動配料及傳送系統設計[J].南陽理工學院學報，2014，06（06）：17-20.