SIEMENS自動(dòng)化產(chǎn)品在煤礦主井提升信號(hào)及自動(dòng)裝卸載系統(tǒng)中

二、 控制系統(tǒng)構(gòu)成

1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2. 系統(tǒng)軟硬件配置

·在提升機(jī)房設(shè)S7-300 PLC主站，在卸載站設(shè)S7-300 PLC分站，在井下裝載設(shè)S7-300 PLC分站。
·S7-300 PLC CPU 采用315-2DP ，主站和分站之間通過(guò)OLM組成PROFIBUS-DP工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)。
·提升機(jī)房還設(shè)上位機(jī)，通過(guò)CP5611與提升機(jī)房S7-300 PLC主站的MPI口連接，組態(tài)軟件采用WINCC。
·提升機(jī)房S7-300 PLC主站的通訊模板CP342-5與提升機(jī)主PLC S7-400組成PROFIBUS-DP，通訊模板CP343-1提供給全礦井綜合自動(dòng)化以太網(wǎng)接口。
·在卸載煤倉(cāng)和裝載煤倉(cāng)分別使用SIEMENS MiniRanger Plus短量程物位計(jì)和SITRANS LU長(zhǎng)量程物位計(jì)。
·在井下定量倉(cāng)采用CC系列柱式稱重傳感器及SIWAREX U 多功能的稱重模塊。
·在三個(gè)PLC站還設(shè)置DI 數(shù)字量輸入模板、DO 數(shù)字量輸出模板、及AI模擬量輸入模板。

3. 軟硬件選型依據(jù)：

·遵循“五高”建設(shè)方針，即高起點(diǎn)、高技術(shù)、高質(zhì)量、高效率、高效益，突出效益優(yōu)先；
·技術(shù)先進(jìn)，可靠性高，擴(kuò)展與升級(jí)容易，具有故障自診斷功能，做到夠用、適用、好用、易擴(kuò)展；
·網(wǎng)絡(luò)通訊功能強(qiáng)大，易于與其它系統(tǒng)集成。

設(shè)備層選用SIEMENS 的超聲波料位機(jī)，非接觸式技術(shù)減少維護(hù) 、易于安裝：使用可移動(dòng)的紅外編程器易于編程 、帶背光的液晶顯示器顯示標(biāo)準(zhǔn)工程單位讀數(shù) 。稱重模塊經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的集成，明顯降低費(fèi)用。增加精度及可靠性，系統(tǒng)更換無(wú)需重新標(biāo)定，模塊稱重故障報(bào)警容易記錄和監(jiān)測(cè)。精度：0.05%具有65535分度分辨率 、無(wú)需調(diào)節(jié)重量能進(jìn)行理論的調(diào)節(jié) 。

控制層選用S7-300 PLC 315-2DP通過(guò)OLM組成PROFIBUS-DP工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)。12M 的通信速率和可靠的通信質(zhì)量、靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及冗余的通信模型 、強(qiáng)大的通信功能，支持基于總線的驅(qū)動(dòng)技術(shù)和符合IEC61508 的總線安全通信技術(shù)，是整個(gè)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的保證。

信息層選用SIEMENS工業(yè)以太網(wǎng)及WINCC組態(tài)軟件，利用工業(yè)以太網(wǎng)，SIMATIC NET 提供了一個(gè)無(wú)縫集成到新的多媒體世界的途徑，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)上與IEEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP 通訊協(xié)議。WinCC集生產(chǎn)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化于一體，實(shí)現(xiàn)了相互之間的整合。

4. 方案比較：

與第一代繼電器和集成電路同類產(chǎn)品和第二代PLC加傳統(tǒng)簡(jiǎn)易傳感器及進(jìn)口的裝卸載系統(tǒng)相比，此系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：

·整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)的完美結(jié)合，所有數(shù)據(jù)信息均可通過(guò)軟件分析及網(wǎng)絡(luò)傳輸，是一套真正的全數(shù)字，全集成的系統(tǒng)。
·系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線通訊的方式,減少了現(xiàn)場(chǎng)的布線。
·減少了系統(tǒng)的投資，增加了設(shè)備所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。
·縮短了系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試時(shí)間。
·增加了系統(tǒng)的安全性，可靠性，穩(wěn)定性，先進(jìn)性。
·給現(xiàn)場(chǎng)的工程師維護(hù)帶來(lái)了極大的方便，減少了設(shè)備后期的服務(wù)。

三、 控制系統(tǒng)完成的功能：

1. 主要功能特點(diǎn)

☆ 主井提升信號(hào)及自動(dòng)裝卸載各自具有自動(dòng)、手動(dòng)、手動(dòng)解鎖三種工件方式，點(diǎn)動(dòng)方式用于裝卸載的調(diào)試和檢修。信號(hào)在檢修狀態(tài)只有慢車信號(hào)。
☆ 自動(dòng)裝載定量、定容、定時(shí)保護(hù)及顯示。
☆故障自動(dòng)報(bào)警功能，及傳感器的故障自診斷。
☆ 提升次數(shù)記憶功能和提升信號(hào)的斷電記憶功能。
☆ 有工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)冗余通訊功能。
☆ 上、下井口信號(hào)間的閉鎖功能、檢測(cè)箕斗的裝卸載位置異常功能
☆ 防止二次裝載保護(hù)功能。
☆ 主井提升信號(hào)及自動(dòng)裝卸載有上位機(jī)系統(tǒng)、能監(jiān)測(cè)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障記憶查詢、產(chǎn)量的累計(jì)及報(bào)表、空載、滿載、超載的標(biāo)定，及定量斗假余煤的校零功能。
☆ 與絞車控制回路的閉鎖功能、及PROFIBUS-DP軟件通訊回路閉鎖。
☆ 有聯(lián)絡(luò)呼叫功能。
☆ 有井上下煤倉(cāng)煤位的連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。
☆ 有與全礦井綜合自動(dòng)化的以太網(wǎng)接口。
☆ 系統(tǒng)有供電電源的絕緣監(jiān)測(cè)與電壓監(jiān)測(cè)功能。
☆ 有箕斗的卸載狀態(tài)監(jiān)視功能，檢測(cè)箕斗是否卸空。
☆ 有對(duì)裝載皮帶的溫度、煙霧、跑偏、堆煤、斷帶及拉線急停的保護(hù)功能。
☆ 有對(duì)動(dòng)力負(fù)荷的保護(hù)上位機(jī)監(jiān)測(cè)功能，如缺相,短路,堵轉(zhuǎn),過(guò)載,相不平衡,漏電等故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)保護(hù)。
☆ 整個(gè)系統(tǒng)的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)維護(hù)功能。

2. 系統(tǒng)工作流程圖與系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)工作流程圖

◇ 井下信號(hào)、裝載系統(tǒng)自動(dòng)方式：以A箕斗為例,B箕斗與其操作相同。

*注：按裝載急停按鈕，可使裝載站設(shè)備在任何狀態(tài)下停止輸出。按下信號(hào)急?？墒固嵘龣C(jī)在任何狀態(tài)下停止運(yùn)行，信號(hào)閉鎖在箕斗到位狀態(tài)下按下，可防止提升機(jī)啟動(dòng)。

◇井口信號(hào)、卸載系統(tǒng)：A箕斗為例

*注：按卸載急停按鈕，可使卸載站設(shè)備在任何狀態(tài)下停止輸出。按下信號(hào)急?？墒固嵘龣C(jī)在任何狀態(tài)下停止運(yùn)行，信號(hào)閉鎖在箕斗到位狀態(tài)下按下，可防止提升機(jī)啟動(dòng)。

自動(dòng)裝載的順序是：箕斗到位后，箕斗到位傳感器自動(dòng)發(fā)出停車信號(hào)，定量斗閘門打開(kāi)，裝載控制臺(tái)顯示屏上的閘門開(kāi)燈亮。定量斗開(kāi)始向箕斗裝煤，等到顯示屏上“定量斗滿載”LED顯示熄滅， “定量斗空載”LED顯示點(diǎn)亮，，PLC自動(dòng)關(guān)閉閘門。等到顯示屏上的閘門燈亮，信號(hào)自動(dòng)發(fā)出，（使皮帶向定量斗裝煤）同時(shí)啟動(dòng)皮帶機(jī)，再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延時(shí)，等到皮帶機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，啟動(dòng)給煤機(jī)開(kāi)始向定量斗裝煤，此時(shí)稱重顯示瞬時(shí)值，等到顯示屏上出現(xiàn)“滿載”LED 顯示，自動(dòng)停止給煤機(jī)，皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，為下一勾提升作準(zhǔn)備。當(dāng)裝載過(guò)程中出現(xiàn)特殊情況時(shí)，可按下裝載部分的急停按鈕，整個(gè)裝載部分設(shè)備將全部停止工作，等到故障處理完后再進(jìn)行工作。

3. 系統(tǒng)中的控制難點(diǎn)：

·整個(gè)系統(tǒng)中三個(gè)站PLC通訊控制的連貫性，因?yàn)檎麄€(gè)裝卸載系統(tǒng)的每個(gè)循環(huán)周期必須達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)的23秒鐘內(nèi)，所以系統(tǒng)在軟件上，PLC間的通訊及稱重的實(shí)時(shí)運(yùn)算必須緊密的結(jié)合，各個(gè)控制部分必須全集成，否則提升周期很難保證，無(wú)法保證設(shè)計(jì)提升產(chǎn)量。

·動(dòng)態(tài)稱重監(jiān)測(cè)控制：因?yàn)樵谝粋€(gè)定量斗下設(shè)置了4臺(tái)稱重傳感器，所以必須要到PLC做定量斗的去皮，及空載、滿載、超載的運(yùn)算及設(shè)定。PLC對(duì)高精度稱重模塊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，從高精度稱重模塊取得現(xiàn)場(chǎng)高精度的稱重值，進(jìn)行自動(dòng)稱量操作，并向稱重模塊發(fā)出各種控制指令。PLC與稱重控制及判斷過(guò)程狀態(tài)，形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的高度自動(dòng)化。

·超聲波料位控制系統(tǒng)：針對(duì)井上煤倉(cāng)倉(cāng)體小10米，物料變化快及井下原煤倉(cāng)倉(cāng)體大40米，原煤粉塵嚴(yán)重的特點(diǎn)，選擇安裝位置十分重要，避開(kāi)下料孔，計(jì)算超聲波探頭的發(fā)射角，使用Dolphin Plus 軟件分析回波情況，找到最佳探測(cè)點(diǎn)是系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的難點(diǎn)。

·防止箕斗提升的超載及二次裝載問(wèn)題，利用高精度的稱重模塊及與PLC的運(yùn)算、閉鎖邏輯。利用PLC中的DB數(shù)據(jù)塊的掉電記憶功能，即使是在任何情況下都不能使提升機(jī)超載提升，防止提升事故的發(fā)生。

·上位機(jī)WICC 系統(tǒng)通過(guò)ODBC接口在報(bào)表中打印Microsoft Access數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，及WICC的集成診斷功能。

4. 部分畫面照片：

四、 項(xiàng)目運(yùn)行：

2006年4月份系統(tǒng)軟硬件調(diào)試完成，正式投入使用至今,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好，未出現(xiàn)任何故障，得到了用戶的認(rèn)可和好評(píng)。由此可以證實(shí)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、選型是合理的，系統(tǒng)的運(yùn)行是可靠的，系統(tǒng)的技術(shù)及檢測(cè)手段是先進(jìn)的，達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)要求。

五、 應(yīng)用體會(huì)：