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［摘要］針對目前煤炭人工控制裝車，自動化水平較低且易造成裝載量不合理的現狀，設計一套以PLC為控制核心的煤炭自動裝車控制系統，并利用工控機作為上層監控核心設備。系統可實現無人干預下的自動裝煤，且可實現裝載量恒定，有效解決目前裝車中超載以及虧載的問題。應用測試表明，系統具有自動化控制、可靠性高、安全經濟的優勢，可為企業增加可觀的經濟效益。

［關鍵詞］煤礦；裝車；控制系統；自動化；PLC

引言

煤炭作為我國的基礎能源，在我國能源結構中占有舉足輕重的位置［1-2］。我國的煤炭資源分布并不均勻，煤炭需要由原產地煤場運輸到全國各地加以利用。因此，煤炭的裝載運輸就成為較為重要的一環［3］。但是，目前煤礦煤場裝車主要是人工干預下的半自動化控制，時常造成裝載量超載或者虧載的現象，造成很大的人力物力的浪費，給企業帶來了很大的經濟損失。本文針對這種現狀，提出開發一種基于PLC控制并利用上位機進行監控的煤炭自動化裝車控制系統。該系統可實現自動控制裝車，根據實際情況調整控制裝煤流量以及裝煤量，有效實現準確裝煤，減少工人工作量，同時保障裝車工作安全，提升自動化水平，切實為企業增加經濟效益。

1總體方案簡介

目前煤礦煤炭裝車多采用人工控制的半自動化方式，利用稱重系統邊稱重，邊人工調整，裝車人員依靠經驗，時常造成裝載量不準確且效率低，因此，自動化定量裝煤控制系統成為迫切需求［4］。本文所設計的煤炭自動裝車控制系統主要由傳感器檢測模塊、網絡通訊模塊、控制模塊、執行模塊以及上位機監控模塊組成。該系統簡要工作過程為：當運煤車進入煤倉下方穩定后，系統通過重量、位移等傳感器模塊采集檢測車輛信息，反饋給程序控制器，在確認車輛后，啟動給煤設備以及輸送設備，變頻器可根據給煤總量調整給煤機給煤速率，并通過皮帶秤對給煤量稱重后進入運煤車，檢測設備實時監測裝煤量以及車廂質量直至達到設定量，系統停止給煤機輸送機，實現自動化定量裝煤控制。系統整體結構如圖1所示。

2系統的整體設計

綜合考慮了煤礦的復雜運行環境、煤礦運作對安全性、可靠性的嚴格要求以及開發成本等多方面因素，選用在工業控制中開發技術已十分成熟的PLC作為煤炭裝車自動化控制系統開發的基礎，并利用上位機作為監控系統核心設備，實現系統的可視化、在線監測控制功能。控制系統的硬件設備包括PLC、變頻器、工控機、通信設備線路等。該系統PLC選用德國西門子公司設計生產的中型S7-300系列，CPU選擇功能較為穩定且強大的CPU315-2DP，該系列PLC采用模塊化設計，結構緊湊，適用各種工業環境。變頻器則選用ABB公司生產制造的ACS800-11型，對給煤機電機工作電源的頻率進行轉換與調整，以達到對給煤量的變頻控制［5］。系統通過變頻器與PLC的配合，實現對電機的安全高效控制。系統硬件結構如圖2所示。

2.1自動裝車控制設計

煤炭自動裝車過程中，首先車廂駛入煤倉下部，在軌道衡上停車，位移傳感器檢測到車廂停止平穩后，系統采集并讀取到位移信息，開始動作，啟動給煤機以及皮帶輸送機輸送原煤進入原煤緩沖倉，系統控制配料系統配料閥卸煤，通過2臺皮帶秤配合對煤炭流量進行稱重，而后煤炭進入煤炭定量倉，定量倉通過無塵卸料裝置實現煤炭裝車，避免煤炭揚塵污染環境，系統同時設置有檢測裝置，可對車廂的煤料位置以及車廂總重量進行監測，系統可以根據車廂煤料高度以及車廂總重量，由PLC給出指令到變頻器，再由變頻器實現對給煤機電機轉速的控制，調節給煤速率，實現自動化定量裝煤。目前在實際裝煤工作中，依據操作人員經驗目測或根據車廂重量控制給煤機給煤量，因此存在裝煤不準確，手動操作卸煤容易發生重量沖擊的現象，對車廂造成損傷。針對目前存在的不足，并結合變頻調速原理，設計了給煤機的調速控制模塊，可實現對給煤機轉速的連續平穩控制。在控制過程中，根據車廂位移傳感器采集的信息以及重量信息，獲得煤料的高度、重量信息，經過A/D轉換，傳遞給控制器，控制器通過PID控制與設定量進行比較得出控制信號，經過D/A轉化，控制給煤機轉速，實現給煤流量的調整，同時協調控制配料閥以及卸料閥，實現安全準確裝煤。系統控制原理如圖3所示。

2.2狀態監控設計

利用上位機對系統工作狀態進行監控。狀態監控包括對運行現場、控制過程以及系統設備安全情況的監測與報警，有效保障生產安全。運行現場監測利用視頻對系統運行情況、裝載情況進行監測；系統設備的監測包括對給煤機電機、皮帶輸送機電機溫度與電流監測、變頻器故障信號監測；控制過程監測則包括對運行過程中電動機等電氣設備轉速、電流、功率執行情況，各輔助設備包括配料系統閥門、卸料系統參數的監測。狀態監測主要通過傳感器，檢測設備測點位置的溫度和電流等相應信號模數轉換后，經過數據預處理模塊處理，由通訊模塊傳輸到控制器，監測模塊判斷設備的運行狀況，同時將監測情況在線顯示。

3網絡通信

PLC作為煤炭裝車自動化控制系統的核心，利用現場總線技術實現與其他設備之間的連接與通訊。PLC與變頻器通過PROFIBUS-DP完成連接并實現主從通信。系統狀態監測模塊對監測點模擬量信號進行檢測、采集，由通訊擴展模塊送至PLC控制器進行數據預處理、運算，判斷狀態正常與否，在異常情況下啟動聲光報警。上位機通過以太網通信協議實現與PLC連接通訊。

4軟件程序設計

PLC作為煤炭裝車自動控制系統的核心設備，利用西門子公司的STEP7開發工具對其進行開發，采用工程技術人員較易掌握的LAD（梯形圖）進行程序編寫，通過PLC通訊模塊，實現對裝車設備運行過程中產生的模擬量、數字量狀態參數進行組態，實現數據接收，而后進行轉換處理、運算，并給出控制指令。利用較為節能高效的變頻技術完成對電機的平穩控制以及速度調整。在STEP7中完成對軟件程序的測試與調整工作。上位機監控系統利用工控機作為核心設備，選用國產組態王（kingview）軟件，實現對設備組態。組態王軟件專門用來開發監控系統，在工業控制領域應用廣泛，系統功能強大，成本較低，結構簡單，根據實際生產需要完成了系統監測界面的圖形化設計、數據庫構建、動畫連接，同時進行了測試與調試。控制系統主程序軟件流程如圖4所示。

5結語

本文設計了一種針對煤炭生產企業裝車的自動化控制系統，完成了對系統整體方案設計以及具體實現過程的介紹。系統可實現對煤炭裝車的自動控制、定量裝煤、變頻節能調速等功能，工作人員可實時在線監控煤炭裝車過程。同時，系統自帶報警功能，在系統發生故障時，可實現預警作用。對系統進行了測試，測試結果表明，該系統功能穩定，預期效果良好。預計該系統的應用，可大大提高煤礦裝車的自動化程度，保障煤礦的安全經濟穩定運行，同時可以減少煤塵污染，保護煤礦的財產安全與工人的生命健康，提高企業的經濟效益。

［參考文獻］

［1］孫德利.火車自動裝車控制系統的設計［J］.石油化工自動化，2008（2）:77-78.

［2］劉學東.選煤廠自動裝車系統控制過程分析［J］.選煤技術，2008（6）:55-57.

［3］劉學東.基于PLC的裝車自動化系統開發及總體設計［J］.唐山學院學報，2008（6）:47-48.

［4］郭欣.全自動礦山鐵路裝車系統的設計與開發［J］.煤炭科學技術，2010（10）:96-100.

［5］劉屹，石博強，譚章祿.基于物聯網的煤炭智能裝車系統設計［J］.煤炭技術，2015（7）:232-234.

作者：宋志宏 單位：大同煤礦集團有限責任公司