摘要： 結(jié)合大同煤業(yè)集團(tuán)馬脊梁煤礦的生產(chǎn)實(shí)際，設(shè)計(jì)了基于S7-200PLC 與組態(tài)王6.52 的遠(yuǎn)控液壓給煤機(jī)。論述了其液壓系統(tǒng)的組成、工作原理，說明了遠(yuǎn)程電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理，分析了遠(yuǎn)控系統(tǒng)的主要功能。遠(yuǎn)控系統(tǒng)使用組態(tài)王6.52 設(shè)計(jì)控制界面，可直接觸摸屏幕進(jìn)行控制、也可用鼠標(biāo)控制; 能夠在300 m 外的集控室通過PLC 及旋轉(zhuǎn)編碼器精確控制給煤機(jī)閘門的開度，在78°的范圍內(nèi)，實(shí)際絕對誤差小于1.2°。1 a 多的生產(chǎn)實(shí)際證明，該給煤機(jī)噪聲小、給煤能力大，控制穩(wěn)定可靠。

　　關(guān)鍵詞： 給煤機(jī); PLC; 遠(yuǎn)控; 組態(tài)王

　　0 前言

　　大同煤業(yè)集團(tuán)馬脊梁集運(yùn)站以前主要使用電機(jī)振動給煤機(jī)、輸送帶把洗煤廠精洗過的煤送至裝車系統(tǒng)，電機(jī)振動給煤機(jī)存在煤塊破碎率高、易堵塞、噪聲大、給煤量小、給煤量無法調(diào)節(jié)等缺點(diǎn)，為了減少裝車時(shí)間、精確控制裝車量，設(shè)計(jì)了基于PLC控制的新型遠(yuǎn)控液壓給煤機(jī)，主控計(jì)算機(jī)安裝在集控室，距現(xiàn)場PLC 的距離大于300 m，在組態(tài)王組態(tài)的人機(jī)控制界面上可控制給煤要求的閘門開關(guān)、破拱、振動等動作;通過旋轉(zhuǎn)編碼器精確控制閘門旋轉(zhuǎn)的角度，從而精確地控制給煤量;并能直觀地在控制界面上動態(tài)顯示。主控計(jì)算機(jī)與PLC 之間采用MPI 通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸。可直接觸摸屏幕進(jìn)行控制、也可用鼠標(biāo)點(diǎn)擊控制，操作簡單、靈敏，能夠?qū)崿F(xiàn)就地控制，也可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離(>300m)控制。

　　該給煤機(jī)運(yùn)行1 a 多以來， 改善了現(xiàn)場工作環(huán)境，減少了操作人員的裝車時(shí)間，運(yùn)行安全可靠，使用狀況良好，更好地滿足了生產(chǎn)要求。

　　1 液壓系統(tǒng)的工作原理

　　給煤機(jī)具有液壓破拱、振動給料、弧形閘門轉(zhuǎn)動等控制，液壓控制系統(tǒng)原理如圖1 所示。

　　液壓系統(tǒng)中，換向控制集成塊4、6 通過液壓缸5 的活塞桿控制弧形閘門的轉(zhuǎn)動， 換向控制集成塊10 通過液壓缸9 的活塞桿實(shí)現(xiàn)破拱動作。在電磁溢流閥12 卸荷情況下，電動機(jī)空載起動。旋轉(zhuǎn)編碼器為Autonics E40s-1000 型，每轉(zhuǎn)發(fā)出1 000 個(gè)脈沖，通過平行四邊形機(jī)構(gòu)與閘門轉(zhuǎn)軸相連接，能保證兩者旋轉(zhuǎn)的角度相等。

　　液壓泵1 啟動后， 液壓油通過單向節(jié)流閥2 流入蓄能器3，當(dāng)蓄能器中的壓力達(dá)到壓力繼電器11的調(diào)定壓力后，11 發(fā)出信號， 電磁溢流閥12 失電，液壓泵卸荷。液壓泵1 正常工作時(shí)，當(dāng)換向控制集成塊6 中的A 口與C 口、B 口與D 口相通時(shí)， 弧形閘門開啟;當(dāng)換向控制集成塊6 中的A 口與B 口、C口與D 口相通時(shí)，液壓缸5 活塞伸出，弧形閘門關(guān)閉。突然停電時(shí)，液壓泵1 停止供油，換向控制集成塊4 的A1口與B1口、C1口與D1口相通， 在蓄能器3 中的高壓油的作用下，弧形閘門關(guān)閉，避免煤倉中煤繼續(xù)落到輸送帶上， 造成輸送帶無法啟動現(xiàn)象。

　　2 遠(yuǎn)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

　　該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可控制6 臺液壓給煤機(jī)。其組成：elo 觸摸屏;610H 型研華工控制機(jī);CP5611 通訊卡、西門子S7-200 226 型PLC;EM221 擴(kuò)展模塊;EM223 擴(kuò)展模塊。如圖2 所示。

　　工控機(jī)上裝了組態(tài)王5.2 和STEP 7 -Micro/WIN V4.0 sp4。使用組態(tài)王組態(tài)控制界面。控制界面之一如圖3 所示。

　　在工控機(jī)中加裝了西門子CP5611 通訊卡，工控機(jī)與S7 之間采用MPI 通訊協(xié)議， 實(shí)現(xiàn)信號的遠(yuǎn)距離傳輸， 本控制系統(tǒng)中信號的實(shí)際傳輸距離為300 m。由于需要控制6 臺給煤機(jī)， 控制的動作較多，所以輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多：輸入48 點(diǎn)、輸出32 點(diǎn)共80 個(gè)I/O 點(diǎn)， 而S7-200 226CPU 只有24 個(gè)輸入點(diǎn)、16 個(gè)輸出點(diǎn)共40 個(gè)I/O 點(diǎn)， 不能滿足實(shí)際I/O點(diǎn)的需要，加裝了EM221、EM223 兩個(gè)擴(kuò)展模塊。

　　3 遠(yuǎn)控系統(tǒng)的主要功能

　　根據(jù)實(shí)際給煤作業(yè)的要求，該控制系統(tǒng)有遠(yuǎn)控及就地控制2 種功能，為了方便設(shè)備的日常保養(yǎng)與維護(hù)，就地控制主要實(shí)現(xiàn)閘門開關(guān)手動、破拱手動、振動點(diǎn)擊手動等控制功能。為了能在裝車集控室遠(yuǎn)程控制給煤機(jī)，方便、高效地完成煤炭裝車任務(wù)，遠(yuǎn)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)如下的控制功能：

　　(1)閘門旋轉(zhuǎn)角度的精確控制

　　為了精確控制給煤量的大小，就需要精確控制閘門的旋轉(zhuǎn)角度。所開發(fā)的高精度遠(yuǎn)控液壓給煤機(jī)閘門旋轉(zhuǎn)角度的理論絕對誤差小于0.2°， 在實(shí)際應(yīng)用中，由于機(jī)械摩擦、機(jī)械剛度及液壓油彈性的影響， 在旋轉(zhuǎn)角度為0~78°內(nèi)， 實(shí)際絕對誤差小于1.2°。旋轉(zhuǎn)角度的控制過程：在控制界面中，按下“閘門開度輸入”按鈕，輸入要求的閘門轉(zhuǎn)角，根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的型號轉(zhuǎn)換為一定數(shù)量的脈沖數(shù)，PLC 中高速計(jì)數(shù)器測得旋轉(zhuǎn)編碼器的實(shí)際脈沖數(shù)，當(dāng)輸入脈沖數(shù)與實(shí)際脈沖數(shù)相等時(shí)，閘門停止轉(zhuǎn)動，保持在要求的位置。本研究所用Autonics E40s-1000 型，每轉(zhuǎn)發(fā)出1 000 個(gè)脈沖，脈沖數(shù)N 與旋轉(zhuǎn)角度φ 的關(guān)系為

　　因?yàn)槊}沖數(shù)應(yīng)該為整數(shù)，所以N 值應(yīng)該取為整數(shù)。

(2)破拱控制

　　當(dāng)給煤機(jī)的上方出現(xiàn)煤拱，需要破拱時(shí)，可按下“破拱”按鈕，控制破拱活塞桿的升降。通過PLC內(nèi)的時(shí)間繼電器的合理設(shè)置， 點(diǎn)動破拱按鈕一次，可以實(shí)現(xiàn)如下的破拱動作：破拱活塞桿上升3 s，到達(dá)破拱最高位置;為了減少液壓沖擊，同時(shí)也給電磁換向閥一定的換向時(shí)間，在此停留1 s，隨后破拱活塞桿下降4.2 s，到達(dá)破拱最低位置，完成一次破拱循環(huán)。

　　(3)振動電機(jī)控制

　　在開始給煤之處， 煤倉中的煤處于靜止?fàn)顟B(tài)，為了加快其流動，開機(jī)時(shí)，在PLC 中設(shè)置振動電機(jī)自動振動30 s。在工作過程中，當(dāng)出現(xiàn)煤拱或者下煤不暢時(shí)，按下控制界面上的“電機(jī)振動”按鈕，2 個(gè)振動電機(jī)同時(shí)振動，要停止振動，再次點(diǎn)擊該按鈕即可。

　　4 遠(yuǎn)控給煤機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用情況

　　遠(yuǎn)控給煤機(jī)與其它型式給煤機(jī)相比具有如下特點(diǎn)：

　　(1)給煤量調(diào)節(jié)方便、準(zhǔn)確在觸摸屏控制界面上，輸入閘門的旋轉(zhuǎn)角度，傳輸至PLC，PLC 通過旋轉(zhuǎn)編碼器能夠精確控制弧形閘門旋轉(zhuǎn)至該角度，從而精確控制給煤量;

　　(2)噪聲小，低于63 db，比原來使用的電機(jī)振動給煤機(jī)降低了31 db，在給煤過程中拋灑少，減輕了現(xiàn)場清理的工作量，極大地改善了職工的勞動環(huán)境;

　　(3)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，不論是數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離通訊還是液壓系統(tǒng)均運(yùn)行穩(wěn)定可靠。能耗低，維修量小，運(yùn)行費(fèi)用低;

　　(4)輸送量大，單臺給煤機(jī)可達(dá)2 400 t/h，輸送效率高， 裝車時(shí)間由原來的3 h 減少到不足2 h，減少了裝車集控人員的工作時(shí)間，明顯地提高了裝車作業(yè)效率。

　　5 結(jié)語

　　(1)分析了基于PLC 與組態(tài)王的遠(yuǎn)控給煤機(jī)液壓、電氣控制系統(tǒng)的組成及工作原理。

　　(2)基于PLC 與組態(tài)王的遠(yuǎn)控給煤機(jī)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動控制。亦可現(xiàn)場手動控制。運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

　　(3)能夠?qū)崿F(xiàn)給煤量的精確控制，控制誤差小。在旋轉(zhuǎn)角度為0~78°內(nèi)，實(shí)際絕對誤差小于1.2°。