煤炭采制样控制系统的硬件设计

煤炭采制样控制系统的硬件设计
胡志伟
【摘要】基于煤炭采制样控制系统可有效地消除人为采制样的误差以保证煤炭检
验结果的客观性和准确性,介绍了煤炭采制样控制系统的组成,阐述了采制样系统的设计原则,对铁矿石采制样控制系统的硬件选型、组成及部分模块接线进行了选型、设计,以实现对系统内关键设备的控制,确保煤炭采制样设施的精确采样与规范缩分.该系统性能可靠、运行稳定,可提升煤炭的机采成功率及采样精度.
【期刊名称】《煤质技术》
【年(卷),期】2017(000)002
【总页数】4页(P21-24)
【关键词】煤炭;机械化采样;控制系统;硬件设计;采制样系统;机采成功率;采样精度【作者】胡志伟
【作者单位】煤炭科学技术研究院有限公司检测分院,北京 100013;煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室,北京 100013
【正文语种】中文
【中图分类】TQ531
根据煤炭采制样系统的特点，控制系统由操作台、PLC柜、MCC柜、现场设备机旁操作箱及PLC控制器、工业控制计算机及各种检测开关、急停开关、警报装置
等组成。

控制系统是能够实现具有中央自动控制、中央手动单体控制、现场手动控
制能力的完整的集成系统，能够安全、高效、可靠运行，并可提供系统运行所需的运行程序、流程监控、故障报警、主胶带联锁等功能。

1 设计原则
(1)满足煤炭采制样工艺流程并实现在控制室对采制样系统集中控制和数据集中处
理以及监视、管理等所有控制要求。

(2)系统设计在实用、可靠的基础上，充分体现合理性和先进性。

(3)系统向操作人员提供简单、方便的操作方式和完备的故障显示及检查方法，并
具有防误操作功能。

(4)系统具有良好的抗干扰功能，以确保信号传输的可靠性。

(5)调速设备由变频器、齿轮电机组成。

2 控制系统的组成
设在中央控制室的监控层由1台监控计算机、1台生产管理计算机和1台高性能
数据交换机组成高速监控网络，并设置打印设备。

计算机监控层向PLC控制系统发出各种控制命令后进行数据交换，从而获得各个
设备的运行状态、各种流程的运行信息，从而提供系统运行监控和流程管理。

计算机生产管理系统将动态地从监控管理服务器上接收各种设备状态、作业实绩等数据，形成相关的各种图形和报表。

计算机监控层将完成监视控制任务和进行正常运行监视，为系统提供方便的人机交互界面。

通过该交互界面，可确保操作人员对生产流程进行安全可靠的控制。

操作人员通过设置在控制台上的监控计算机向PLC控制系统发出系统启停指令、流程
控制命令，从而获35得设备的运行状态、故障内容、报警指示等实时数据信息。

同时，设置在中央控制室的大屏幕显示幕墙可清晰地反映整个采制样系统的主要设备的实时动态状况。

其中，大屏幕显示幕墙与工业电视系统共用。

电机控制中心(MCC)及现场设备机旁操作箱的相关数据、主胶带秤的瞬时量和累计
量送入采制样控制系统。

控制系统设置独立的接地系统，其接地电阻小于1欧姆。

中央控制室设备布置如图1所示。

图1 中央控制室设备布置图
3 控制对象
初采器、胶带机、破碎机、缩分器、样品收集器、斗式提升机等设备是该控制系统的主要控制对象，控制系统的PLC对设备的运行、停止、故障等所有信息均进行实时采集及处理。

初采器与主胶带机实行联锁，主胶带机上的胶带秤与该控制系统的PLC进行数据通讯，其数据作为初采器运行的定量控制依据。

主胶带机的运行信号、料流信号及故障等信息作为流程运行的条件。

当初采器在取样过程中因故障退不出主胶带机的料流时，立即向主胶带控制系统发送故障信号。

4 控制系统所要实现的功能
4.1 流程的运行控制
流程的运行控制分全自动运行、洗运行、单机运行及机侧操作，几种方式在控制室内可进行切换。

4.1.1 全自动运行
在控制室内进行控制，是正常作业时的运行方式。

首先通过按钮或键盘输入采样编号、“定量”或“定时”取样方式、煤矿种类(块煤、混煤、低灰煤)、操作员、批量大小等数据，而后PLC自动选择预先设定好的作业流程，检查系统流程中有关设备的状态。

如果流程中所有设备状态正常，便可发出启动该流程的指令。

PLC采集主胶带机的运行信号、料流信号及电子胶带秤的信息，按设定的取样间隔进行取样。

若主胶带系统还未运行，PLC便不启动初采器；若主胶带系统已开始运行，PLC便控制初采器并开始进行采制样。

待流程结束时按顺料流方向停止
流程，采样数据自动存盘，需要时根据样品编号、时间节点等进行查询和打印。

4.1.2 洗运行
系统洗运行就是按照ISO的相关规定，为防止所采样品品质受到干扰，在系统取样前或更换矿种时，对整个采制样系统进行清洗。

按洗运行工艺流程运作时，各破碎机和缩分机均连续运转，收集器上端溜管三通处于弃样位置，将弃料输送至返料胶带，其余与全自动工艺流程运行状态相同。

洗运行可采用单动操作，清洗用样不计入份样计数中。

4.1.3 单机运行方式
在控制室内通过按钮或键盘操作，启动、停止流程中的设备，设备间按工艺流程进行联锁。

该方式为系统联动调试时的单机运行操作方式。

4.1.4 机侧操作
在系统中各设备机侧，均需设置设备启动和停止操作箱，主要用于设备的调试和检修。

为防止由于误动引起事故，故此机侧操作优先于中央操作。

如因故障系统取不到主胶带机上的胶带秤信息，而系统仍采用自动运行方式时，可采用就地手动方式控制初采机，其余部分仍按自动方式运行。

监控界面控制流程如图2所示。

图2 监控界面控制流程图
4.2 流程控制要求
4.2.1 取样控制
按照中央控制室的指令，当主系统流量在允许采样的范围内时，按设定的取样间隔或质量间隔自动执行取样。

定时、定量取样必须能满足偏差试验和精密度试验的运行要求。

取样机发生故障时，发出信号至中央控制室。

4.2.2 制样控制
自动执行制样系统各设备在各种运行方式下的运行要求如下：
(1)按定量取样和定时取样的运行要求，对各设备进行控制。

(2)满足系统进行精密度试验和偏差校核试验时的运行要求。

(3)设备故障时，发出信号至中央控制室。

4.2.3 返矿控制
各返矿设备之间联锁运行。

设备故障时，发出信号至中央控制室。

控制系统还根据对系统中各种安全信号、堵塞信号等故障信号的接收，发出信号指示中央控制室故障部位，以便进行停止系统运行和故障排除等作业。

同时进行故障时间记录，并通过打印机打印。

4.3 流程停止运行
4.3.1 流程正常停止方式
当系统接到操作人员发出的停止信息后，系统按顺料流方向自动停止流程。

4.3.2 故障停止方式
当流程内某台设备发生故障时，故障设备本身及其上游设备均执行紧急停车，其下游设备执行正常运行方式。

恢复运行时能够继续执行原流程。

4.3.3 紧急停止方式
控制系统备有急停按钮，当控制室人员或现场巡视人员发出急停信号后能够立即停止对应的采制样设备，并确保恢复运行时可继续执行原流程。

5 硬件模块选型
外部输入变量：主胶带瞬时流量、累积流量；设备速度信号、空开/热继电器/接触器信号、堵塞信号、港口胶带运行信号等I/O变量；来自以太网、控制网的总线信号(矿种、产地、到港等)。

外部输出变量：流程设备控制信号、调速信号、联锁输出、报警提示等。

PLC选用AB L61系列，操作终端采用RS View32，逻辑控制软件采用RS Logix5000。

通过对系统工艺流程分析，输入输出点数的统计，确定了PLC模块具体配置：
CPU模块 1756-L61
1块；
电源电源模块1756-PB75
3块；
以太网通讯模块 1756-ENBT
1块；
模拟量输入模块 1756-IF16
1块；
模拟量输出模块 1756-OF08
1块；
通讯模块 1756-CNB
3块；
数字量输入模块 1756-IB32
10块；
数字量输出模块 1756-OW16I
8块；
DP模块 SST-PFB-CLX-RLL
1块；
安装底板
3块
PLC硬件设备布置如图3所示。

PLC输入、输出模块接线如图4所示。

图3 PLC硬件设备布置
图4 PLC输入、输出模块接线图
6 结语
基于煤炭采制样控制系统可有效地消除人为采制样的误差以保证煤炭检验结果的客观性和准确性，介绍了煤炭采制样控制系统的组成，阐述了采制样系统的设计原则，对铁矿石采制样控制系统的硬件选型、组成及部分模块接线进行了选型、设计，以实现对系统内关键设备的控制，确保煤炭采制样设施的精确采样与规范缩分。

即以煤炭采制样控制系统的组成及采制样系统的设计原则为依据，结合流程的运行控制、流程的控制要求及系统停止运行等对铁矿石采制样控制系统的硬件、组成及部分模块接线进行了选型、设计，并阐述了煤炭采制样控制系统所要实现的功能，为下一步控制软件的设计提供硬件支持。

由以上实践证明，煤炭采制样控制系统的性能可靠及运行的稳定性较好，其应用可提升煤炭的机采成功率及采样精度。

【相关文献】
[1] 史振国.商品煤样采制过程中影响煤样代表性的因素分析[J].煤炭技术,2009(7)：6-9.
[2] 王峰.AB-PLC系统在废水处理中的应用[J].神华科技,2013(1)：34-35.
[3] 孙正凤.集中供热远程监控系统的组态式软件设计[D].山东:山东科技大学,2004：14-15.
[4] 马华健.基于组态王和ABPLC的提升泵控制系统[J].科技信息,2013(34):17-19.
[5] 刘庆林，杨金祥.国投京唐港煤码头机械化采制样系统的技术改进研究[J].煤质技术，2015(4)：19-23.
[6] 全国煤炭标准化技术委员会.煤炭机械化采制样：GB/T 19494—2004[S].北京：中国标准出版社,2004：10.。