基于PLC煤礦井上膠帶機集控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

　　隨著計算機和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，廠礦采用上位機和PLC集中監(jiān)控已越來越普遍，技術(shù)也越來越先進。本文以河北單侯煤礦井上膠帶機集控系統(tǒng)為例，研究開發(fā)了一種基于PLC的煤礦井上膠帶機監(jiān)控系統(tǒng)，適合于當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要，目前實際投入運行，取得了很好的效果。

　　2 系統(tǒng)設計

　　2.1系統(tǒng)概況

　　單候礦井隸屬于河北開灤礦業(yè)集團，位于河北省張家口市蔚縣涌泉莊鄉(xiāng)境內(nèi)北方城村附近，是張市礦區(qū)中心地帶，礦井地質(zhì)儲量313.74Mt，礦井可采儲量177.08Mt，設計能力150萬噸/年，礦井服務年限81.4，于2006年10月正式投產(chǎn)。

　　單候煤礦井上膠帶機集控系統(tǒng)（見圖1）可分為兩部分：1，篩分車間系統(tǒng);2，儲煤及裝車系統(tǒng)。

　　其中，篩分車間系統(tǒng)包括圖示的主井至篩分車間膠帶輸送機、矸石轉(zhuǎn)載膠帶輸送機、矸石輸送膠帶機以及篩分車間內(nèi)部所包含的六條揀矸膠帶輸送機、三條刮板機等設備;其余膠帶輸送機均屬于儲煤及裝車系統(tǒng)。

　　在設計上，要求該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)就地控制與集中控制兩種控制模式，集中控制可以分為聯(lián)鎖控制和單機控制等多種控制模式，可以供操作者根據(jù)現(xiàn)場實際情況靈活選用，確保在系統(tǒng)正常運行時操作靈活、易于維護，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或通訊中斷時本地可以就地控制確保皮帶設備的正常運行，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　2.2系統(tǒng)硬件部分

　　整個系統(tǒng)從上往下可以分為兩層：集中控制管理層和就地控制管理層。集中控制管理層由兩臺上位機和一臺交換機組成。在系統(tǒng)運行中，兩臺上位機互為冗余，并通過交換機直接與現(xiàn)場設備互聯(lián)，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的監(jiān)控。

　　就地控制管理層由PLC，交換機和膠帶保護裝置組成。PLC是整個控制系統(tǒng)的核心，在本系統(tǒng)中，采用了西門子公司的S7-300。由于在實際中，儲煤子系統(tǒng)和篩分子系統(tǒng)有相互的閉鎖關系，因此，可將篩分子系統(tǒng)和儲煤子系統(tǒng)構(gòu)建一個DP網(wǎng)絡（系統(tǒng)的通信原理圖見圖2）。所以，本系統(tǒng)PLC均采用 CPU315-2DP，在組網(wǎng)時，篩分子系統(tǒng)作為master站，儲煤子系統(tǒng)作為slave站，并在篩分子系統(tǒng)PLC柜中增加以太網(wǎng)模塊CP341，使得上位機通過交換機可以與現(xiàn)場級設備互連，從而實現(xiàn)集中控制。此外，膠帶運輸機沿線安裝了跑偏、堆煤、拉線開關等多種保護裝置，以便膠帶運輸機運行出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)可以快速地作出反應。

　　圖2 系統(tǒng)通信原理圖

　　2.3系統(tǒng)軟件部分

　　本系統(tǒng)的軟件部分主要由兩部分組成：上位機的組態(tài)監(jiān)控軟件和現(xiàn)場PLC的編程軟件。

　　上位機的編程軟件選用了Intellution的IFIX3.5，它具有以下特點。

　　a.實時庫顯示：實時顯示系統(tǒng)內(nèi)所有實時點;

　　b.實時遙控：選中畫面上的控制開關，實時下發(fā)遙控命令;

　　c.實時和歷史曲線：可設定顯示系統(tǒng)內(nèi)所有記錄的遙測點;

　　d.實時和歷史報警：報警分為重報警，中報警，輕報警;

　　e.事件和報警記錄查詢：可按天查詢事件和報警日志;

　　f.事件和報警實時打?。河袌缶录l(fā)生時，事件打印機實時打印。

　　上位機監(jiān)控軟件采用OPC方式與現(xiàn)場的PLC進行通信，可以方便靈活地獲取現(xiàn)場機電設備及其保護設備的遙測遙信信息，實現(xiàn)遠程控制。上位機的組態(tài)軟件界面見圖3。

　　現(xiàn)場PLC的編程軟件采用西門子公司的Step7，當PLC處于“RUN”工作模式下時，除上電初始化外，其它程序都采取周而復始的循環(huán)掃描方式，稱之為“PLC的掃描工作方式”，其執(zhí)行流程如圖4所示。

　　3 系統(tǒng)關鍵技術(shù)

　　3.1系統(tǒng)有關通信程序的設計

　　本系統(tǒng)主PLC控制柜（篩分子系統(tǒng)PLC控制柜）安裝在現(xiàn)場的低壓配電室內(nèi)，由于與調(diào)度中心相距較遠，而現(xiàn)場電磁干擾又比較嚴重，為此，特采用以太網(wǎng)與光纖傳輸技術(shù)實現(xiàn)SIMATIC s7—300 PLC與上位機人機界面的通信。在主PLC柜中配備了以太網(wǎng)模塊CP341以及以太網(wǎng)轉(zhuǎn)光纖的交換機。

　　為了正確地傳送和接收信息，必須有一套關于信息傳輸順序、信息格式和信息內(nèi)容等的約定，這一套約定稱為規(guī)約或協(xié)議。本系統(tǒng)在進行通信程序設計時，采用模塊化編程的設計思想，把程序分成若干程序塊，各程序塊分別含有一些設備和任務的程序指令，每個功能區(qū)被分成不同的塊進行編程，有利于多人同時編程，也有利于程序調(diào)試和故障的查找。系統(tǒng)中PLC需處理多種通信協(xié)議，單獨編制每種協(xié)議的處理程序，分別放在不同的功能模塊（FC）中。在PLC的主程序塊OB1 中，通過調(diào)用語句，可依次執(zhí)行這些協(xié)議的處理程序，實現(xiàn)與這些綜保裝置或智能儀表進行通信的目的。

　　3.2 DP網(wǎng)絡的配置

　　基于篩分子系統(tǒng)和儲煤子系統(tǒng)之間存在著閉鎖關系，因此可將篩分子系統(tǒng)和儲煤子系統(tǒng)組態(tài)成為一個DP網(wǎng)絡。這樣使得系統(tǒng)的邏輯關系更加清晰，同時系統(tǒng)具有了很好的擴展性，也在經(jīng)濟上節(jié)約了成本。

　　關于DP網(wǎng)絡的配置，可參考西門子公司的有關手冊。尤其應該注意以下幾點。

　　a.進行主從站配置時，應該首先配置從站，然后再配置主站;

　　b.在組態(tài)Hardware時，主站和從站的Consistency均需要設置為All;

　　c.編程時，主站的OB1中必須有OB1、OB82、OB86、OB100、OB121;

　　d.由于在系統(tǒng)運行時，上位機會對PLC進行讀和寫操作，因此在主站和從站的程序塊中還都要添加SFC14和SFC15功能塊。

　　3.3現(xiàn)場設備的閉鎖控制

　　為了彌補現(xiàn)場設備防誤功能的缺陷，保障安全生產(chǎn)，應該對現(xiàn)場所有設備進行閉鎖控制。

　　本系統(tǒng)既有機械閉鎖，又有邏輯閉鎖，達到了“逆煤流依次啟動設備，順煤流依次停止設備”的要求。具體做法：機械閉鎖：將邏輯上先啟動設備的運行返回信號的常閉點串入后啟動設備的二次控制回路中;邏輯閉鎖：如流程圖所示，將設備的運行返回信號作為執(zhí)行下一條程序的先決條件。

　　4 結(jié)語

　　（1）通過利用大中型PLC（如西門子S7-300）可以與多種智能電子設備進行通信，方便地實現(xiàn)了現(xiàn)場設備的監(jiān)控。

　?。?）該系統(tǒng)自2006年10月運行以來，維護量大大降低，大部分故障能夠在電腦顯示器上直接顯示，減少了故障查找環(huán)節(jié)。系統(tǒng)操作簡單，維護方便，提高系統(tǒng)安全性，降低運行費用，大大減少故障時間，提高經(jīng)濟效益。

　　本文作者創(chuàng)新點：

　　1. 本文系統(tǒng)地闡述了以PLC為控制核心，構(gòu)建一個集控系統(tǒng)的方法，基于該方案的控制系統(tǒng)與原系統(tǒng)相比在性能和自動化程度上都得到大幅度提升，對相近系統(tǒng)有重要的參考價值。

　　2. 對于集控系統(tǒng)中子系統(tǒng)的處理，通常做法是給各個子系統(tǒng)均配置以太網(wǎng)通信模塊，然后將每個子系統(tǒng)作為節(jié)點，組成環(huán)形網(wǎng)絡。在本系統(tǒng)中，將邏輯上有閉鎖關系的多個子系統(tǒng)視作網(wǎng)絡中的一個節(jié)點，減少了以太網(wǎng)通信模塊，節(jié)約了成本。對于同一節(jié)點下的多個子系統(tǒng)則采用級聯(lián)的方式配置成DP網(wǎng)絡，大大減輕了網(wǎng)絡的負擔。

　　3. 本文給出了配置DP網(wǎng)絡的詳細方法和注意事項。在PLC程序設計中，本系統(tǒng)采用功能塊化的方法，有利于系統(tǒng)的維護和升級。