摘要：本文主要介紹了由西門子產品構成的煤礦”主井提升信號”及”自動裝卸載”控制系統.控制方案為PROFIBUS-DP光纖環網結構,包括PLC、上位軟件、稱重和物位測量等產品.該控制系統完全達到了安全、可靠、精準、高效的控制要求。
關鍵詞：主井提升信號及自動裝卸載;可編程控制器;工業光纖環網； 監視軟件； 稱重系統； 超聲波料位計.
Abstract:This paper introduces that SIEMENS products used in coal mine “main shaft lift signal “ and “automatic load unload” control system. The configuration is Profibus-DP fiber Industrial net, include PLC, monitor softfware, weighing and level ultrasonic etc. the control system ensure the project safety, credibility, accurate,and efficient.
Key Words: “main shaft lift signal “ and “automatic load unload”, PLC, industrial fiber net, monitor softfware, weighing system, level ultrasonic.
一、 項目簡介
1.顧橋煤礦是淮南礦業集團實施“建大礦、辦大電、做資本”發展戰略，建設煤電一體化新型能源基地而首批開工建設的核心工程，建設規模年產1000萬噸，是亞洲開采規模最大的礦井，被譽為“亞洲第一井架”。西門子控制系統應用后,業主認為明顯降低了設備故障率、簡化了操作、減輕了工人勞動強度、提高了生產運行的安全可靠性、最大限度地縮減裝卸載的時間,達到了提高產量，實現增效的目的.
2.顧橋礦井主井深800米，井筒直徑為7.5米。主井架高78.6米，重854噸，裝備2套32噸箕斗，年最大提升能力1440萬噸.井下每套裝載系統對應三個40米原煤倉，倉下有六臺給煤機，一條寬1.4米長60米的裝載膠帶機，膠帶機對應一個32噸的定量斗，定量斗下有定量斗閘門和裝煤分配器及舌板。卸載采用曲軌卸載方式。
3.整個系統使用315-2DP CPU模板 3個，PS307 電源模板 3個，32點DI 7個，32點DO 7個，8CH AI 2個，OLM 光纖鏈路模塊 3個，CP5611 1個，WINCC RC1024 1套，CP342-5通訊模塊 1個，CP343-1以太網模板 1個，MiniRanger Plus200 雙點料位儀表 1個，XPS-15探頭 2個，SITRANS LU02雙點料位計 1個，XLT-60探頭2個，SIWAREX U 稱重模塊 2個，CC-100T稱重傳感器 4個。
4.礦區圖片
二、 控制系統構成
1. 系統結構圖
2. 系統軟硬件配置
在提升機房設S7-300 PLC主站，在卸載站設S7-300 PLC分站，在井下裝載設S7-300 PLC分站。
S7-300 PLC CPU 采用315-2DP ，主站和分站之間通過OLM組成PROFIBUS-DP工業光纖環網。
提升機房還設上位機，通過CP5611與提升機房S7-300 PLC主站的MPI口連接，組態軟件采用WINCC。
提升機房S7-300 PLC主站的通訊模板CP342-5與提升機主PLC S7-400組成PROFIBUS-DP，通訊模板CP343-1提供給全礦井綜合自動化以太網接口。
在卸載煤倉和裝載煤倉分別使用SIEMENS MiniRanger Plus短量程物位計和SITRANS LU長量程物位計。
在井下定量倉采用CC系列柱式稱重傳感器及SIWAREX U 多功能的稱重模塊。
在三個PLC站還設置DI 數字量輸入模板、DO 數字量輸出模板、及AI模擬量輸入模板。
3. 軟硬件選型依據：
遵循“五高”建設方針，即高起點、高技術、高質量、高效率、高效益，突出效益優先；
技術先進，可靠性高，擴展與升級容易，具有故障自診斷功能，做到夠用、適用、好用、易擴展；
網絡通訊功能強大，易于與其它系統集成。
設備層選用SIEMENS 的超聲波料位機，非接觸式技術減少維護 、易于安裝：使用可移動的紅外編程器易于編程 、帶背光的液晶顯示器顯示標準工程單位讀數 。稱重模塊經過系統的集成，明顯降低費用。增加精度及可靠性，系統更換無需重新標定，模塊稱重故障報警容易記錄和監測。精度：0.05%具有65535分度分辨率 、無需調節重量能進行理論的調節 。
控制層選用S7-300 PLC 315-2DP通過OLM組成PROFIBUS-DP工業光纖環網。12M 的通信速率和可靠的通信質量、靈活的拓撲結構以及冗余的通信模型 、強大的通信功能，支持基于總線的驅動技術和符合IEC61508 的總線安全通信技術，是整個系統安全可靠運行的保證。
信息層選用SIEMENS工業以太網及WINCC組態軟件，利用工業以太網，SIMATIC NET 提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑，工業以太網技術上與IEEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP 通訊協議。WinCC集生產自動化和過程自動化于一體，實現了相互之間的整合。
4. 方案比較：
與第一代繼電器和集成電路同類產品和第二代PLC加傳統簡易傳感器及進口的裝卸載系統相比，此系統具有以下優勢：
整個系統有機的完美結合，所有數據信息均可通過軟件分析及網絡傳輸，是一套真正的全數字，全集成的系統。
系統采用現場總線通訊的方式,減少了現場的布線。
減少了系統的投資，增加了設備所帶來的經濟效益。
縮短了系統現場的調試時間。
增加了系統的安全性，可靠性，穩定性，先進性。
給現場的工程師維護帶來了極大的方便，減少了設備后期的服務。
三、 控制系統完成的功能：
1. 主要功能特點
☆ 主井提升信號及自動裝卸載各自具有自動、手動、手動解鎖三種工件方式，點動方式用于裝卸載的調試和檢修。信號在檢修狀態只有慢車信號。
☆ 自動裝載定量、定容、定時保護及顯示。
☆故障自動報警功能，及傳感器的故障自診斷。
☆ 提升次數記憶功能和提升信號的斷電記憶功能。
☆ 有工業光纖環網冗余通訊功能。
☆ 上、下井口信號間的閉鎖功能、檢測箕斗的裝卸載位置異常功能
☆ 防止二次裝載保護功能。
☆ 主井提升信號及自動裝卸載有上位機系統、能監測各個設備的運行狀態、故障記憶查詢、產量的累計及報表、空載、滿載、超載的標定，及定量斗假余煤的校零功能。
☆ 與絞車控制回路的閉鎖功能、及PROFIBUS-DP軟件通訊回路閉鎖。
☆ 有聯絡呼叫功能。
☆ 有井上下煤倉煤位的連續實時監測功能。
☆ 有與全礦井綜合自動化的以太網接口。
☆ 系統有供電電源的絕緣監測與電壓監測功能。
☆ 有箕斗的卸載狀態監視功能，檢測箕斗是否卸空。
☆ 有對裝載皮帶的溫度、煙霧、跑偏、堆煤、斷帶及拉線急停的保護功能。
☆ 有對動力負荷的保護上位機監測功能，如缺相,短路,堵轉,過載,相不平衡,漏電等故障進行監測保護。
☆ 整個系統的通過網絡訪問維護功能。
2. 系統工作流程圖與系統工作原理
系統工作流程圖
◇ 井下信號、裝載系統自動方式：以A箕斗為例,B箕斗與其操作相同。
*注：按裝載急停按鈕，可使裝載站設備在任何狀態下停止輸出。按下信號急停可使提升機在任何狀態下停止運行，信號閉鎖在箕斗到位狀態下按下，可防止提升機啟動。
◇井口信號、卸載系統：A箕斗為例
*注：按卸載急停按鈕，可使卸載站設備在任何狀態下停止輸出。按下信號急停可使提升機在任何狀態下停止運行，信號閉鎖在箕斗到位狀態下按下，可防止提升機啟動。
自動裝載的順序是：箕斗到位后，箕斗到位傳感器自動發出停車信號，定量斗閘門打開，裝載控制臺顯示屏上的閘門開燈亮。定量斗開始向箕斗裝煤，等到顯示屏上“定量斗滿載”LED顯示熄滅， “定量斗空載”LED顯示點亮，，PLC自動關閉閘門。等到顯示屏上的閘門燈亮，信號自動發出，（使皮帶向定量斗裝煤）同時啟動皮帶機，再經過一段時間延時，等到皮帶機正常運轉后，啟動給煤機開始向定量斗裝煤，此時稱重顯示瞬時值，等到顯示屏上出現“滿載”LED 顯示，自動停止給煤機，皮帶機運轉，為下一勾提升作準備。當裝載過程中出現特殊情況時，可按下裝載部分的急停按鈕，整個裝載部分設備將全部停止工作，等到故障處理完后再進行工作。
3. 系統中的控制難點：
整個系統中三個站PLC通訊控制的連貫性，因為整個裝卸載系統的每個循環周期必須達到設計時的23秒鐘內，所以系統在軟件上，PLC間的通訊及稱重的實時運算必須緊密的結合，各個控制部分必須全集成，否則提升周期很難保證，無法保證設計提升產量。
動態稱重監測控制：因為在一個定量斗下設置了4臺稱重傳感器，所以必須要到PLC做定量斗的去皮，及空載、滿載、超載的運算及設定。PLC對高精度稱重模塊進行現場控制，從高精度稱重模塊取得現場高精度的稱重值，進行自動稱量操作，并向稱重模塊發出各種控制指令。PLC與稱重控制及判斷過程狀態，形成一個閉環控制系統，實現生產的高度自動化。
超聲波料位控制系統：針對井上煤倉倉體小10米，物料變化快及井下原煤倉倉體<
