PLC在主井胶带机上的应用.doc

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1、PLC集控在伯方煤矿主井胶带机上的应用张有乐 武有富山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿分公司 【摘 要】 随着计算机控制机技术的科学发展 ，PLC控制技术已广泛应用于自动化控制的各个领域，厂矿采用PLC集中监控已越来越普遍，本文详细介绍了一种煤矿井上下胶带机的自动监控系统。该系统利用西门子s7300型PLC控制核心，可与多种智能电子设备进行通信，实现了煤矿胶带机系统的自动监控。方案容易实现，可靠性高。基于该方案的控制系统与原系统相比在性能和自动化程度上都得到大幅度提升，对相近系统有重要的参考价值。【关键词】 PLC. 集控 .胶带机 【前 言】 随着计算机和控制技术的飞速发展，厂矿采用PLC

2、集中监控已越来越普遍，技术也越来越先进。本文以山西兰花伯方 煤矿井上下胶带机集控系统为例，研究开发了一种基于PLC的煤矿井上胶带机监控系统，适合于当前工业企业对自动化的需要，目前实际投入运行，取得了很好的效果。1【系统设计】1.1 系统概况 伯方煤矿是山西兰花的大型矿井之一，年产原煤180万吨，皮带机型号:DTL120/51.5/400S，电机YKK400-4型. 功率:400KW.，减速机型号:M3PSF90，传递功率:290KW 减速比:30.9896，主井皮带宽度是120米，长度是315米，坡度是25，采用意大利传斯罗伊液力耦合器:型号:29KXDB，在设计上要求该系统能够实现就地控制与

3、集中控制两种控制模式，集中控制可以分为井上下皮带机联锁控制和单机控制等多种控制模式，可以供操作者根据现场实际情况灵活选用，确保在系统正常运行时操作灵活、易于维护，在系统出现故障或通讯中断时本地可以就地控制确保皮带设备的正常运行，提高系统的稳定性。2【系统硬件设计】在本方案中以现场总线和分布式I/O为主的控制结构。开放式现场总线技术的使用，不仅能使不同供货商的设备共存于一个总线系统中，而且还能简化布线，加快信息在数字网络上的传播。21主站PLC控制器主站PLC控制器采用两套SIEMENS S7-300系列PLC，加装OLM链接模块接入井下PROFIBUS网。通过西门子S7-300系列PLC采集和

4、控制模块对设备和现场仪表进行采集和控制，并把信号通过PROFIBUS总线与CPU处理器连接，由CPU处理器完成处理后，再通过以太网与工控机连接；本系统有两套完全独立的CPU处理系统，通过IM153-2 分别与远程的I/O模块通过PROFIBUS总线通讯，当一套发生故障时，备用系统自动投入运行。当PLC把数据传送到工控机后，通过组态软件进行编程和组态，把数据显示在屏幕上，并在屏幕上制作操作开关对现场设备进行远程控制。主站控制器软件采用SIEMENS专用软件SETP7编写。22 分站PLC控制器 分站控制系统也建立在PROFIBUS现场总线基础上，由ET200S分布式I/O组成，通过西门子专用的E

5、T 200s Profinet 光纤接口模块进行网络连接。同时可连接小型人机界面触摸屏，用于现场监视系统的运行。安全模块分布于各个ET200S从站内，通过IM151HF接口模块与主站416F-2进行安全通信。分布式I/O SIMATIC ET 200S 主要包括产品：ET 200s Profinet 光纤接口模块、ET 200s高密度数字量模块、ET 200s Profinet 光纤接口模块。 光纤PROFINET网络适用于对EMC有更高要求的场合，并提供预防性检修功能通过ET 200s Profinet 光纤接口模块，SIMATIC ET 200S产品家族可以直接连接到一个光纤PROFINE

6、T网络上。 功能及其技术特点：具有定期检修的光纤衰减因素状态报告功能 。在SIMATIC STEP 7中的网络的拓扑表示法类似于PROFIBUS 诊断中继器。通过图形化的拓扑视图直接访问STEP 7中的诊断。可连接所有ET 200s模块，包括PROFIsafe模块。集成端口交换机技术可构建线性拓扑结构和环型冗余拓扑。模块化SIMATIC ET 200S现在能够通过使用全新的点数字量输入或输出模块变得 更加紧凑客户可以节省更多的空间和金钱。 功能和技术特征：最多可达点的紧凑设计。不用连接电子模块便可接线的独特的预接线方式。点数字量输入模块可以连接线制传感器信号。点数字量输出模块输出电流最大可达。

7、支持热插拔技术。环境温度：0 C60 C。抗震性能最大可达g。多种连接方式：螺钉式，弹簧式以及快连方式。23工业控制用计算机控制计算机采用研华工业专用机器，具有质量可靠、持续运行时间长等特点。控制中心采用双机同步运行，双机冗余，确保安全运行。监控软件采用西门子WINCC 6.0编写。软件可靠性高。3【网络结构介绍】本系统主要运用到工业以太网，Profibus总线方式，光纤传输等新兴的技术，以保证系统良好的扩展能力和兼容性。31 【工业以太网】 工业以太网是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大的区域和单元网络。利用工业以太网，SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新的多媒体

8、世界的途径。一个典型的工业以太网络环境，主要包括：网络计算机、智能终端、控制PLC、工业以太网交换机等部件。 工业以太网网络拓扑图通信介质普通双绞线： 工业以太网主要应用于生产和过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网(Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u 的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。现场总线采用Profibus网PROFIBUS是一种国际化开放式不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化流程工业自动化和楼宇交通电力等其他领域自动

9、化。PROFIBUS现场总线结构图PROFIBUS现场总线网主要具有以下特点： PROFIBUSDP: 是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式IO的通信。使用PROFIBUSDP可取代24VDC或420mA信号传输。 PORFIBUSPA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本质安全规范。 PROFIBUSFMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构实时多主网络。 PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的

10、解决方案。 与其它现场总线系统相比，PROFIBUS的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。目前已应用的领域包括加工制造过程控制和自动化等。PROFIBUS开放性和不依赖于厂商的通信的设想，已在10多万成功应用中得以实现。市场调查确认，在德国和欧洲市场中PROFIBUS占开放性工业现场总线系统的市场超过40。PROFIBUS有国际著名自动化技术装备的生产厂商支持，它们都具有各自的技术优势并能提供广泛的优质新产品和技术服务。4【系统功能描述】.系统由主站PLC和现场PLC构成，二者由光纤连接，保证数据传输速率。现场PLC执行系统下达的指令，控制皮带设备的

11、启停，收集皮带设备的运行状况，包括运行状态、故障信息；主站PLC是PLC系统的CPU部分，接受现场PLC采集的信息，按预定的程序指令执行，控制现场PLC动作，把现场信息反馈给现场管理工作站，接受现场管理工作站的信号。现场管理工作站把PLC系统采集到的信息进行处理、分析、存储，通过交换式集线器和远程访问路由器发送到工业以太网上，实现资源共享。现场管理工作站安装工控软件，可以直观反映设备运行状况，干预设备运行，另外存储有历史数据、报警信息，方便查询。 具有胶带机之间的联锁控制，顺其逆停，自动控制胶带机之间的启停时间。 地面监测中心设有监控工作站，可以查询历史信息，但无法干预设备运行状况。 考虑系统

12、安全问题，现场管理工作站和PLC系统设置冗余系统。 系统另有手动控制部分，当通讯中断或其它原因和上端失去联系时，可进行手动联动操作，且手动优先。 提供完善的报警管理、事件记录、趋势图显示等功能。具有多级用户管理功能，将用户的权限划分为操作员和系统工程师二级。 与现场已有设备进行连接，减少原有设备的重复，利用已安装的传感器实现皮带机的安全保护，对原系统的功能不变。5【系统的硬件配置】5.1 【PLC就地控制柜】 PLC就地控制柜安放在主斜井运输机房。电气柜内安放有PLC、开关电源、通讯模块、指示灯、接线端子等。柜体表面有本地远程切换按钮、电源指示、运行指示、故障报警蜂鸣器等。 可通过“本地/远控

13、”开关转换控制方式。在本地时，可使用原操作台控制，在远控时使用集中控制系统控制，使用集中控制系统时关闭原系统电源。5.2 【井下PLC控制分站】 控制台内部装有西门子可编程控制器（PLC）及相关器件，外部装有各种操作按钮、指示灯等。电源开关电源开关位于控制分站的右侧，需要按住开关下部的按钮，同时拨动开关，注意开关方向。本地：点动按钮，按下之后，控制系统切换到本地控制方式，这时可通过按“单动”按钮动皮带。 远控：点动按钮，按下之后，控制系统切换到远控控制方式，切换到集控系统控制胶带机的启停。 复位：点动按钮，当系统出现故障，故障指示灯（红灯）亮起时，若确定故障已经排除，可按下此按钮进行故障复位。

14、 （集控上位机也可进行复位操作） 单动：在本地控制方式时，可通过本按钮启动皮带，这时皮带与前后设备无联锁控制。 急停：点动按钮，紧急时按下，对应胶带机紧急停车，在集控状态和本地状态时都可使用。 远控灯：当系统处于集中控制方式时点亮。 故障灯：系统出现报警时点亮。 5.3 【控制操作台】控制操作台安放于主斜井运输机房，操作台上配备集控计算机和打印机等设备。集控计算机集控计算机是本集中控制系统的核心控制部件，所以控制范围的设备均通过该计算机进行启停控制。打印机用于打印生产过程中的报表。可自动打印或者人工选择性打印。54 【信号继电器转换箱】每个PLC控制分站各配一个信号继电器转换箱，用于新老系统（

15、集控系统与KJD5控制器）之间的切换。信号继电器转换箱内安装有数个继电器，4开4闭型。传感器信号和设备启动、返回信号均经过信号继电器转换箱进行转换，分别通向KJD5/KJD2002控制器和集控系统控制器。i5.5 【可编程控制器PLC】可编程控制器为本套系统的控制核心，选用西门子公司的S7-300系列可编程控制器。具有下列性能及特点高可靠性，平均无故障时间为10万小时。 能适应各种恶劣环境，环境温度可达60度，灰尘3级，防护等级IP20。 循环周期短，运行速度快，内置6个高速计数器,指令执行速度。 产品结构紧凑,易于接线、维护。 用户程序和预置数据保存在EEPROM中，相当安全。 具有中、大规

16、模的程序存储容量，如果需要可以使用SIMATIC功能工具 对二进制和浮点数运算具有较高的处理性能 PROFIBUS DP主站/从站接口 可用于大规模的I/O配置 可用于建立分布式I/O结构 5.6 【通讯模块】KOM200系列数据光收发器主要完成RS232、RS485、RS422低速率信号的光电转换，可以工作在严酷的工业环境中，适合在恶劣的温度环境中使用，为工业控制系统联网提供了可靠基础，特别适合银行、电力、工厂及对电磁干扰环境有特殊要求的部门和系统。产品特点如下： 提供一路RS232接口或一路V.24接口或一路RS485接口或一路RS422接口； 全透明通信，用户无须任何调试，即插即用； 独

17、有的串口保护电路，支持带电热插拔； 一体化光收发模块，输出光功率稳定可靠； 传输两端完全绝缘抗电磁干扰、地环干扰和雷电破坏； 标准的DIN卡轨安装方式和采用托板式固定在机架式上； 可以组成单纤环。57 每条胶带分别设置一套控制分站， 在原有皮带机电控系统的基础上增加远程控制子站，完成整个系统的数据采集、设备控制、信息传输及网络通讯。子站采用西门子专用的ET 200s Profinet 光纤接口模块，通过光纤接入PROFIBUS网络，实现与主站的连接。子站的模块无需编程，可直接受控于主站。控制系统能够在线诊断，并且其控制程序可在控制主机上在线调整。7【结 语】 主井皮带机电控设备采用PLC控制，硬件配置简单，软件编程灵活，调试方便且易维修，系统性能安全可靠，易操作提高了生产效率，降低了故障率，人机界面显示直观，能及时看出故障显示位置。： 【作者简介】 张有乐 男 （1962） 现任 运输一队队长 高级工武有富 男 （1964） 现任运输一队机电队长