煤炭机械化采制样PLC控制系统的设计方法初探
胡志伟
【摘 要】基于可编程逻辑控制器(PLC)可为工业控制领域的自动化控制设备提供安全、可靠的控制保证,介绍了PLC控制系统设计的基本原则及基本内容,阐述了系统工艺及控制系统的设计要求,从硬件选型、软件设计两方面选择PLC类型,并从初级采样器、皮带缩分器、样品收集器及其他设备、操作模式、故障报警等方面分析控制对象及确定控制范围,通过调整各环节的工艺参数使采制样系统缩分比、留样量正常从而完成系统的总装调试.%Because that the PLC could provide safe and reliable control guarantee for automatic control equipment in industry control field,this paper analyzed the basic principles and basic contents of PLC control system design,the system process and the design
requirements of control system were demonstrated,from aspects such as hardware selection and software design,the PLC type could be selected,and from aspects like primary sampler,belt division
machine,sample collector and other equipment,operation mode,fault alerts and so on,the control target was analyzed,the control range was
determined,through adjusting the process parameters of every stage,the division ratio of sampling and sample preparation system and sample retention amount could become normal,so that the assembly debugging of the system could be achieved. 【期刊名称】《煤质技术》 【年(卷),期】2017(000)003
【总页数】5页(P42-46)
【关键词】煤炭;机械化采样;PLC控制系统;初级采样器;硬件选型;软件设计;工艺参数;缩分比;留样量 【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
1 PLC控制系统设计的基本原则
任何一种控制系统的设计都是为了更好地服务于被控对象生产工艺的要求，使得生产过程稳定、可靠，最大限度地提高工作效率，降低劳动强度。所以在设计PLC控制系统时，应遵循以下设计原则:
(1)满足被控对象的工艺要求，最大限度满足工艺流程和控制要求。工艺流程的特点和要求是开发PLC控制系统的主要依据。设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，明确控制任务并与机械设计人员、实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。
(2)在满足控制要求和技术指标的前提下，尽量使控制系统简单、经济。监控参数、精度要求以满足实际需要为准，不宜过多、过高，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便，并降低系统的复杂性和开发成本。
(3)确保控制系统的运行安全、稳定、可靠。正确进行程序调试、充分考虑环境条件、选用可靠性高的PLC、定期对PLC进行维护和检查等都是很重要和必不可少
的。
(4)在设计时要给控制系统的容量和功能预留一定的裕度，便于以后的调整和扩充[1，2]。
随着技术的不断发展、系统工艺的不断完善、设计要求的不断提高，在进行控制系统设计及选型时，要充分考虑后续的发展及工艺系统的升级改造的要求。所选择的PLC控制器的内存、输入输出模块的点数等均需预留合适的裕量。 2 PLC 控制系统设计的基本内容
(1)根据被控对象的特性及用户的要求，拟定PLC控制系统的技术条件和设计指标，并写出详细的设计任务书，作为整个控制系统设计的依据。
(2)参考相关产品资料，选择开关种类、传感器型号、电气传动形式、继电器/接触器的容量以及电磁阀等执行机构。
(3)选择PLC的型号及程序存储器容量，确定各种模块的型号及数量。 (4)编制PLC的输入输出分配表，绘制输入输出端子排接线图。 (5)根据系统工艺流程及控制系统要求，选用编程语言编写软件程序。
(6)设计人机交互界面，界面设计智能、简洁、方便，实现操作人员与控制系统的人机交互[3]。
(7)根据设计要求完成操作台、配电柜、控制柜、机旁控制箱的电气设计。 (8)输入程序并进行调试，实现单体、阶段测试，完成系统轻载、重载调试，完全符合设计要求，实现设计目的。
(9)根据设计完成情况及系统调试进度编写程序设计说明书及控制系统的使用说明书。
3 机械化采制样系统工艺及系统设计要求 3.1 系统工艺流程
皮带中部采制样系统工艺流程如图1所示。
图1 皮带中部采制样系统工艺流程图
皮带中部采制样系统：初级采样器安装在输煤皮带上，当输煤皮带料流合适时，初级采样器动作，从运行的输煤皮带上切割采取子样；所采集的子样通过输煤溜管进入给料皮带机，经皮带整型拉长进入一级破碎机，经子样破碎至粒度小于50 mm；破碎的样品进入缩分皮带机，经皮带机上部安装的整型装置，被整型为150 mm×150 mm均匀的、不间断的煤流，皮带缩分器按照设定的时间间隔和采样次数从缩分皮带上截取分析样，落入二级破碎机，剩余弃样进入弃样皮带机；所采分析样经二级破碎机破碎至粒度小于10 mm，进入旋转缩分器，经过二级缩分，分析样进入样品收集器，弃样进入弃样皮带机，经斗提机提升送至主皮带。该系统由初级采样器、初级给料机、一级破碎机(锤式)、缩分皮带机、二级破碎机(锤式)、旋转缩分器、样品收集器、弃样皮带机和斗提机设备组成；采样系统具有采样、除铁、破碎、缩分和余煤回送等功能[4]。 3.2 煤炭机械化采制样控制系统设计要求
(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)控制系统应具有良好的抗干扰功能，以确保信号传输的可靠性及系统运行稳定、可靠[5,6]。
4 煤炭机械化采制样PLC控制系统的设计 设计PLC控制系统的一般步骤如图2所示。 图2 PLC控制系统设计步骤图 4.1 分析控制对象以确定控制范围
初级采样器、给料皮带机、一级破碎机、缩分皮带机、二级破碎机、旋转缩分器、品收集器、弃样皮带机、斗提机是煤炭自动化采制样系统的控制对象，PLC控制系统对上述设备的启动、停止进行控制，运行状态、故障报警等信息进行采集处理，从而实现整套采制样系统的正常运行。 4.1.1 初级采样器
在机旁操作状态，点击<启动>按钮，初采器转动一周。采样斗若停在主皮带范围内，将自动启动直至离开皮带到正常停止位置。在远程手动控制或远程自动控制时，按下<启动>或采样倒计时结束后触发，初采器运行一周后停止。初采器电机采用快速制动接线方式。该设备配有1个限位传感器和1个半圆传感器。远程状况下若系统在一定时间内位未收到限位传感器信号，将立即停止设备并发出报警。在任何情况下，如感应到半圆信号，初采器将启动；若超过一定时间，说明采样斗停在主皮带上，将发出联锁信号，将停止主皮带运行。 4.1.2 皮带缩分器
缩分皮带机包括皮带给料机和缩分器，缩分器连接在皮带给料机的上方，皮带缩分器的刮斗形状与皮带给料机的弧形皮带轨迹相吻合。初级采样器每动作1次采集1次子样，皮带缩分器动作12次，保证主皮带上煤流处于额定流量时，皮带缩分器有效切割次数不少于10次。
在远程手动控制或机旁就地控制时，按下<启动>，设备运行一周后停止。该设备配有1个限位传感器。远程状况下若系统在一定时间内位未收到限位传感器信号，将立即停止设备并发出报警。 4.1.3 样品收集器
每采集40个子样左右样品收集器转动1次(每个子样质量0.56 kg，收集器容量30 kg)，通过设置于样品收集器内样品桶位置的编码传感器以确定对应样品桶内所装样品数。当收集桶内采集的子样数达到设定数目或所采样品进行切换时，样品收
集器自动旋转至下一桶位。当所有桶位装样完成后，系统报警提示操作人员进行清桶更换。 4.1.4 其他设备
系统中给料皮带机、缩分皮带机、一级破碎机、二级破碎机、弃样皮带机、斗提机为常转设备，即只要系统启动，设备处于运转状态。为防止煤流堵塞设备，系统启动时逆煤流启动设备，系统停止时顺煤流停止设备。
设备的控制原理基本是相同的。在就地或者远程控制按下<启动>、<正转>或<反转>按钮，设备及开始运行。按下<停止>按钮，设备停止运行。每个设备均配有1个失速传感器，在远程状况下若系统感应不到该传感器信号，将立即停止设备并发出报警。 4.1.5 操作模式
PLC控制系统支持全自动运行、单体远程运行、机旁操作3种方式。全自动运行模式下选定采样流程和定量/定时采样方式，输入批量大小，程序自动生成计划采样数和采样间隔(间隔可人工修正)，PLC顺序启动过程设备，待下游设备达到额定转速后启动后续设备。PLC采集主皮带机的运行信号、料流信号及电子皮带秤的信息，按设定的取样间隔进行取样。若主皮带系统还未运行或者皮带流料信号不在正常范围内时，PLC便不启动初采器；若主皮带系统已开始运行且皮带料流处于正常采样范围内时，PLC便控制初采器，开始进行采制样。下游皮带缩分机、样品收集器会根据初采器的动作次数进行取样及桶位更换。 4.1.6 故障报警
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。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采制样设备。恢复运行时能够继续执行原流程。
4.2 选择PLC类型 4.2.1 硬件设计
可编程序控制器采用AB品牌。具体配置是: (1)CPU模块1756 L61 CPU 1块。 (2)电源模块1756-PB75 1块。
(3)太网通讯模块1756-ENBT 1块，作为与工控机监控界面通讯接口。
(4)数字量输入模块 1756-IB32 3块，作为装车主皮带运行状态，主皮带料流监测，设备溜管堵塞开关，配电柜空气开关、热继电器、接触器动作状态，设备机旁操作箱旋钮状态，控制室操作台各旋钮状态等的输入接口。
(5)数字量输出模块 1756-OW16I 2块，作为系统内各个设备的控制启停信号、主皮带故障联锁输出、报警提示等的输出接口。
(6)安装地板 1756-A71块为模块直接提供高速的通讯通道。 PLC程序硬件组态设计如图3所示。 图3 PLC程序硬件组态设计 4.2.2 软件设计
整个系统程序编程软件采用RSLogix 5000，使用梯形图语言编程。该项目采用模块式、结构化编程方式。根据功能要求，整个PLC程序划分为组织程序、故障报警处理、收集器控制、全自动流程控制、单体设备驱动控制共5个模块。PLC程序功能块设计如图4所示，部分程序如图5所示。 图4 PLC程序功能块设计 图5 PLC部分程序截图 4.3 系统总装调试
对单体设备进行逐个调试:初级采样器工作正常，停留位置正确，保护可靠；皮带缩分机正常工作，停留位置正确；破碎机、皮带机、斗提机正常工作；样品收集器
通过传感器的编码定位准确，罐位信息显示正常。试验初级采样器故障联锁信号。全系统的空载联动运行正常，重载联动运行正常，通过调整各环节的工艺参数使采制样系统缩分比、留样量正常。 5 结 语
探讨的煤炭机械化采制样PLC控制系统的设计方法，在该控制系统设计过程中有着非常重要的指导意义。根据此设计方法进行设计的PLC控制系统，不仅节省了大量的人力、物力，而且保证了煤炭机械化采制样系统正常稳定运行。目前，该系统已调试完毕，并在神东大柳塔、布尔台、上湾等多条皮带中部采制样系统中得到实际应用，系统运行稳定、可靠，达到了预期设计目的。 参考文献:
【相关文献】
[1] 王 峰.AB-PLC系统在废水处理中的应用[J].神华科技，2013(1):34-35.
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