象山矿井原煤筛选系统自动化改造设计.pdf

象山矿井原煤筛选系统 自动化改造设计 薛敏兴孙军亮 陕西陕煤韩城矿业有限公司 象山矿井， 陕西 渭南 7 1 5 4 0 0 摘要 本文提出了以 P L C为控制核心的象山矿井原煤筛选系统的设计， 选用西门子 s 7 3 0 0系列 P L C ， 通过硬件组 态和上位机软件组态实现系统运行 ， 并具有轻故障报警和重故障停车功能。上位机与 P L C 通过工业以太网进行数据的传 输 ， 从而实现设备运行参数的实时监测和控制功能。 关键词 原煤筛选系统； P L C； 胶带输送机 ； 远程控制 中图分类号 F 4 0 6 ． 3 ； T D 9 4 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 8 0 1 5 5 I 2 0 1 7 1 0- 0 1 3 2- 0 2 象 山矿井选运系统承担着全矿的原煤筛选任 务， 系统的稳定和安全运行直接关系到原煤的产 量 ， 是矿井 生产 的重 要环节 ， 原控 制系 统 由于老 化， 现场通信系统不正常， 无法实现集中控制和故 障分析， 存在一定安全隐患， 严重影响正常生产。 为进一步提高选运系统的安全可靠性， 经过现场 分析， 对现有系统进行改造， 提出了象山矿井选运 系统集中控制设计方案。 1系统简介 象山矿井选运系统主要由仓下甲带给料机， 仓下皮带 、 原煤皮带 、 3部振动筛 、 3部手选皮带 、 上矸皮带、 转矸皮带、 混煤皮带、 上仓皮带组成。 系统设备数量多， 因此系统的安全性、 稳定性、 经 济性就显得尤为重要， 这就要求选用的控制系统 功能强大 、 运行稳定 、 灵敏 。系统流程图如图 1所 不 。 图 1 原 煤筛选系统流程图 该设计利用 P L C可编程控制器将传统的继电 接触器控制系统与计算机技术结合在一起， 采用 了集成电路控制技术， 内部电路采用直流电系统， 实现 了电磁感应的抗干扰影 响， 提高 了系 统整 体 的可靠性， 降低了故障率和维修难度。此外 P L C 具有完善的故障诊断功能， 上位机软件包含有故 障诊断程序， 可在硬件上和软件上实现故障诊断， 显示故障的具体位置， 从而可以迅速查明故障原 因排除故障。 2系统结构 本系统是要设计一个多台设备的集中控制系 统， 应用当前先进的自动化技术， 来实时监测设备 运行状态， 通过以太网实时传回设备运行参数， 按 照设定的启动顺序进行一键 启车 、 停车， 实现轻故 障报警和重故障停车。 系统要实现的功能有 1 系统设备的逆煤流启车 、 顺煤流停车。 2 运行方式选择 ， 可选择集控 、 单控、 就地控 制模式。 3 检测设备运行状态， 电流、 速度等参数。 4 实时监测皮 带 的打滑 、 跑偏 以及堆煤现 象， 并能在现场及远程控制室报警。 5 通过上位机组态软件实现对系统设备控 制 、 实时监测 ， 可查询操作记录和报警记录。 此系统分为主站系统 监控中心 和监控子端 现场控制 系统两个部分， 二者通过一定的通信 方式进行通信， 因此功能也分为两部分 即监控中 心功能和监控子端系统功能。系统结构原理图如 图 2所示 图 2 系统结构原理图 3控制系统的设计 系统采用西门子 s 7 3 0 0系列 P L C为控制核 心 ， 主要 由机架 、 C P U模 块 、 信号模块、 接 口模块 、 通信模块 、 电源模块和上位计算机组成 ， 不同的模 收稿日期 2 0 1 7 0 41 4 作者简介 薛敏兴 1 9 6 8 一 ， 男， 毕业于西安科技大学机械电子工程专业 ， 本科学历 ， 工程师， 现在象山矿井任机电矿 长。 1 32 块安装在机架上 ， 通过通信模块上的以太网接 口， 与上位机进行通 讯， 完成对选运 系统所有 工艺设 备进 行统一监测和控制 ， P L C利用数字量 和模 拟 量模块对每 台设 备的保护 、 运行状态 以及 运行电 流进行监测和控制。 3 ． 1 P L C模 块选 型 s 7 3 0 0 P L C采用模块化结构 ， 具备高速 0 ． 6 ～ 0 ． 1 s 的指令运算速度 ， 同时提供 了灵活的编 辑器 、 点击式的输入输出配置、 功能强大的数据库 编辑器 ， 完全 满足系统需要。系统通讯模块选用 C P 3 4 31 ， 通过以太网方式和上位机进行通讯 。 根据监控系统 的性能要求 ， 本 系统选 用 3组 S M 3 2 1 数字输入模块完成数字开关量的输入信号 采集 ， 2组 S M3 3 1模拟输入模块完成模拟量信号 输入采集 ， 2组 S b i 3 3 2数字输出模块输 出数字开 关量 ， 通过控制继电器动作实现对设备的控制。 3 ． 2 P L C流程 设 计 根据现场控 制功能需要 ， P L C程序 流程图如 图 3所示。 图 3 P L C程序 流 程 图 1 原煤筛选系统运行 ， 可选择 l 、 2 振动筛 系统和 3 振动筛系统 ， 两个系统相对独立。 2 系统启动 P L C对各个参数和模块进行初 始化 。选择工作模式 ， 手动或 自动。 3 无论选择任何一个系统和工作方式 ， 系统 都要进行状态巡检 ， 判断工作模式是否正确， 有无 故障信号 ， 以确保整个系统可以正常运行 ， 若有故 障信号 ， 则需等待 故障排除 ， 若没 有故障 ， 巡检正 常 ， 系统开始正常运行。 4 系统启动时 ， 按照逆煤流方 向逐个设备启 动 ， 停止时 ， 按照顺煤流方向停止。 5 在系统运行过程 中， 若其中 1个设备出现 故障， 则该设备及上级设备全部停止， 并将故障点 上传至监控上位机 ， 当故障信号消除后 ， 系统可再 次启动。 3 ． 3胶 带 输送机 保护 装 置的设 计 在系统胶带输送机上安装保护传感器， 能够 为 P L C控制器与上位机提供皮带机运行的状态、 重要温度、 张力、 速度等参数， 为胶带输送机的稳 定 、 高效的运行提供保障。 本系统使用的传感器有速度传感器、 纵撕传 感器、 跑偏传感器、 堆煤传感器、 拉线开关、 温度传 感器。各个保 护装 置接点 通过 中间继 电器进 入 P L C， 当某个传感器动作时 ， 系统上有具体显示 ， 同 时伴有语音报警， 堆煤、 跑偏、 拉线故障能显示故 障的具体位置。 1 拉线急停保护。拉线开关用于皮带沿线 紧急闭锁保护， 在皮带一侧沿线间隔安装， 当拉线 开关动作时， 系统发出报警信号并紧急停车自锁。 拉线开关配备多组点， 可分别进入 P L C系统和控 制回路 。 2 皮带跑偏保护。跑偏传感器用于皮带跑 偏的检测和保 护， 成对使用 ， 在机 头、 机尾位置各 安装一对， 当运行的皮带发生轻跑偏时， 跑偏保护 报警； 当运行的皮带发生重跑偏时跑偏保护报警， 同时中止皮带运行。 3 堆煤保护。堆煤传感器 吊挂安装在皮带 机头卸载入口处， 当卸载点发生堆煤时， 滞留的积 煤触及堆煤传感器， 使它发生倾斜， 系统立即停车 并发出报警信号。 4 打滑保护。每条皮带机头安装一台速度 传感器 ， 用于检测胶带机的运行速度 ， 实现超速打 滑保护 ， 对于皮带正常启动和停止期 间的速度变 化， 打滑保护不进行报警， 皮带正常启动后， 实时 监视皮带运行速度， 当运行速度大于设定值后， 打 滑保护报警并停车。 5 纵撕保护。纵 向撕裂传感器安装在皮带 下方， 当运行的皮带发生撕裂、 断带故障时， 撕裂 保护报警 ， 同时紧急停车 。 4监控中心 上位机 的设计 监控 中心 上 位机 采 用 力控 F O R C E C O N ． T R O L组态软件 ， 该软件是现场数据采集与控制的 专业软件 ， 提供 了适用于工业的图形显示、 消息归 档 报警 以及报表 的功能模 板， 支持各种工控设 备和常见的通信协议， 能对工业控制系统中的各 种资源进行配置和编辑 ， 可方便 实现上位机监控 的各项功能。 图 4给出了原煤筛选监控中心 的功能。主要 分为设备运行状态实时监控 、 故障查询、 历史数据 查询、 参数设置 4个部分。可实时监测设备的运 行参数并动态模拟显示系统的整体运行状态 。可 选择整个系统设备一键 启停和 单台设 备的启停。 系统还能将设备参数状态 、 故 障及开停时间统计 等信息记录到历史数据库 中， 可根据需要调出历 史数据进行查询。 下转第1 4 9 页 l 3 3 面涌水量 ， Q 。 1 0 O re ／ h ； 2 3 0 1工作面开采面积 F 。 4 0 4 3 9 m 2 3 0 4 工 作 面 预 计 开 采 面 积 F 1 9 6 6 5 7 m ， 计算结果 Q 2 2 0 m ／ h 。 2 2 3 04 工作面断层附近石盒子组砂岩涌水 量， 计算参数 2 3 0 1 工作面断层附近石盒子组砂岩 涌水量 ， Q 。 6 0 m ／ h ； 2 3 0 1工作面开采面积 F 。 4 04 3 9m 。 2 3 04 工作面预计开采面积 F1 9 6 6 5 7 m ， 计 算结果 Q1 3 2 m ／ h 。 利用解析法计算的 2 3 04 工作面顶板砂岩涌 水量结果为 1 5 9 m ／ h ， 是考虑 Y F 2 0断层上盘石盒 子组地层 砂 岩含 水层 作为补 给水 源 的条 件 ， 而 Y F 2 0断层上盘石盒子组地层 岩性主要为砂质泥 岩 、 泥岩、 细砂岩和粗砂岩 ， 富水性整体较弱， 夸 大 了其补给作用 ， 计算结果偏大。 利用比拟法计算的断层附近石盒子组砂岩涌 水量比较符合矿 井实际水文地质条件 ， 因而和 实 际吻合度更好些。 3 2 3 04 综放工作面断层防治水方案设计 由于 2 3 04 上顺槽外部 8 4 0 m沿 Y F 2 0断层掘 进 ， 留设 的煤岩柱均不 大于 3 0 m， 根据 l 3下 0 5 、 2 3 0 1 工作面涌水情况分析， 影响 2 3 04 采面生产的 主要水源为对盘石盒子组地层砂岩水和顶板砂岩 水 ， 对盘石盒子组砂岩含水层主要存在于 3煤 层 顶板 以上 2 4 0 m左右处 ， 由于较大 断层阻隔， 使得 该含水层在该区域成为独立的含水单元 ， 尽管含 水层较厚 3 m一1 0 m ， 富水量较大 ， 但具有一定的 疏干趋势， 由于 Y F 2 0断层影响， 使得对盘石盒子 组砂岩含水层 到 3下煤层距 离变小 小于 8 0 m ， 当工作面顶板垮落后 ， 砂岩含水 层中水 会通 过断 层面及导冒裂 隙进入工作面 ， 因此该水会对 2 3 04 工作面回采影响较大。根据 2 3 0 1工作面上顺 槽 探放水取得 的经验 ， 在 2 3 0 4工作 面上顺 槽每 隔 5 0 m施工一 探放水钻 孔 ， 为确 保不 塌孔 ， 放水 畅 通 ， 决定使用 1- 2 m m、 d 7 3 m m的套管放水 ， 如果水 不能疏干 ， 则采 用注高压水泥浆 的办法进行帷幕 注浆处理。 4结论 截至 2 0 1 6年 8月 2 5日已成功施工 4 2个钻 孔 ， 对钻孔出水进行 水质化验 ， 根据地质资料 、 水 质化验结果分析 ， 水 源为断层上 盘石盒子组地层 砂岩裂隙水 、 孔隙水。由于水压减小 ， 钻孔放水量 有所减小 ， 目前钻孔总出水量在 4 0 m ／ h左右 ， 测 定外段水压 为 0 ． 9 7 MP a ， 累计放 出水量 5 3 ． 6 0万 m 左右 ， 已基本达到预期效果。 参考文献 [ 1 ] 林登科， 等． 基于可拓理论与区间赋权的煤矿水害 安全评价[ J ] ． 安全与环境工程， 2 0 1 5 ， 3 3 2 3 5 ． [ 2 ] 金梦． 煤矿水害险兆事件的影响因素和管理措施 [ D ] ． 西安科技大学 ， 2 0 1 5 ． [ 3 ] 李凯． 煤矿水害监测预警技术及其应用[ D ] ． 湖南 科技大学， 2 0 1 1 ． [ 4 ] 施龙青． 底板突水机理研究综述[ J ] ．山东科技大 学学报 自然科学版 ， 2 0 0 9 ， 0 3 8 7 8 9 ． 责任编辑 陈文明 上接第 1 3 3页 图 4 监控 中心功能示意图 5结束 语 该系统已经过 多次的调试和测试 ， 现场控制 部分以及相应的执行机构严格按照煤矿规范来实 施 ， 现已在象 山矿井投入使用， 运行安全可靠。 参考文献 [ 1 ] 黄晓红 ， 等． 工厂 电气控 制与可编程 序控 制器 [ M] ． 中国科学技术出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 2 ] s 73 0 0 ／ 4 0 0 P L C应用教程 [ M] ． 机械 工业出版 社 ， 2 0 1 4 ． [ 3 ] 刘书龙， 陆寅． 基于 P L C的带式输送机在线监测 系统设计[ J ] ． 煤矿机电， 2 0 1 0 ， 3 ． [ 4 ] 周大志， 等． 基于 P L C的过程控制系统设计[ J ] ． 自动化技术与应用， 2 0 0 9 ， 2 8 7 1 1 51 1 8 ． [ 5 ] 卫洁琼， 李铁鹰． P L C在备煤控制系统中的应用 [ J ] ． 煤矿机电， 2 0 1 0 。 2 7 8 8 0 ． [ 6 ] 姚晓宁， 郭琼． s 72 0 0 ／ 73 0 0 P L C基础及系统 集成[ M] ． 机械工业出版社 ， 2 0 1 5 ． 责任编辑 陈文明 上接第 1 4 3页 减小回采巷道 的维护费用等 ， 本矿 确定为回采巷 道需要距离煤壁水平距离 3 m以外即可。 参 考文献 [ 1 ] 张春雷， 张勇． 近距离煤层同时开采巷道布置优化 研究[ J ] ． 煤炭科学技术， 2 0 1 4 ， 1 0 5 3 5 6 ， 7 8 ． [ 2 ] 王涛 ， 等． 近距离煤层开采巷道布置优化研究[ J ] ． 矿业研究与开发 ， 2 0 1 2 ， 0 5 1 21 5 ， 3 3 ． [ 3 ] 程蓬． 近距煤层 下部巷道合理位置的确定及工程 实践[ J ] ． 煤炭技术， 2 0 1 5 ， 1 0 5 55 7 ． 责任编辑 陈文明 1 49