基于PLC的块煤转载防破碎系统设计.pdf

第 4 2卷 第 3期 2 0 1 6年 3 月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a n d M i ne Au t o mat i o n Vo 1 ． 4 2 NO ． 3 M a r ． 2 O1 6 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 6 0 3 ～ 0 0 1 2 0 4 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 6 ． 0 3 ． 0 0 3 龚德 明 ， 刘 同 冈 ， 徐 昌盛 ， 等 ． 基于 P L C的块煤 转 载防破 碎 系统设计 I- J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 3 1 2 1 5 ． 基于 P L C 的块煤转载防破碎系统设计 龚德 明 ， 刘 同 冈 ， 徐 昌盛 ， 赵 志强 1 ． 中国矿业大学 机 电工程学院，江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 ； 2 ． 邯郸矿业集团 郭二庄矿 ， 河北 邯郸0 5 6 0 0 2 摘 要 针 对选 煤厂块 煤运 输过程 中因转载 点 落差 大 而导致 块 煤 易破 碎 的 问题 ， 提 出 了一 种 基 于 P I C 的 块 煤转 载 防破 碎 系统 ， 重点介 绍 了该 系统 的 工作原 理及其 P L C控制 系统设 计 方案 。该 系统采 用超 声 波料 位 计检 测 煤位信 号 ， 并 由 P L C根 据煤 位信 号控制 变频 器调 节 电动拔轮 的转速 ， 使 块煤缓 慢输 出， 从 而达到 减 小 块 煤破碎 量 的效果 。 关 键词 选煤 厂 ；块煤 转载 ；防破 碎 ；煤位检 测 ；PL C控制 系统 中图分类 号 TD 9 4 8 ． 9 文献标 志码 A 网络 出版时 问 2 0 1 6 0 3 0 7 1 5 1 1 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 6 0 3 0 7 ． 1 5 1 1 ． 0 0 3 ． h t ml 收稿 日期 2 0 1 5 u一 0 4 ； 修回 日期 2 0 1 6 - 0 1 1 5 ； 责任编辑 李明 。 基金项 目 江苏省 自然科 学基金资助项 目 B K2 0 1 3 1 1 1 4 。 作者简介 龚德明 I 9 9 2 一 ， 男 ， 重庆人 ， 硕士研究生 ， 研究方 向为矿山机械故障诊断与保护 ， Ema i l n a n o c u mt ． e d u ． c n 。 据 。当移动 终端 接收 到数据 服务 中心 的接 收请 求 响 应数据 后 ， 双 方建立 S o c k e t 通 信 ， 移动 终端 通 过 S o c k e t 对象 创 建一 个 B u f f e r e d Re a d e r ， 使 用 ． g e t I n p u t S t r e a m 来 获 取 服 务 器 通 过B u f f e r e d Wr i t e r 传 来 的 监 控 数 据 。⑤ 结 束 通 信 。通 信 完 毕后 ， 通 过 o s ． c l o s e ， i s ． c l o s e ， s o c k e t ． c l o s e 关 闭输 出输 入 流 ， 并 关 闭 S o c k e t端 口， 完 成 S o c k e t 通信 。 客 户 端 应 用 程 序 在 接 收 到 服 务 器 端 监 测 数 据 后 ， 使 用 An d r o i d系 统 内置 的 S QL i t e数 据 库 进 行 保 存【 I 。 5 结 语 1 总结 了在提 高通 风机 监控 系统 安 全 可靠性 方面 所做 的研究 和 实践 工 作 ， 为实 现通 风 机 远 程 监 控 打下基 础 。 2 提 出并设计 了基于移 动互 联 的煤 矿 通风 机 远程 监控 系统 。该 系 统 通 过 G P R S网 络 获 取 通 风 机监 控 系统现 场数 据 ， 解 决 了 现有 通 风 机 房地 理 位 置偏远 、 容易成为信息孤岛的问题 ， 同时突破了监控 数据在煤矿局域网内传输 的区域限制。 3 选 用 S o c k e t通 信 方 式 进 行 移 动 客 户 端 与 数据服 务 中心 的交 互 ， 实 现 了基 于移 动 互 联 的 通风 机远 程监 控功 能 。相 关人 员可 通过 客户端 应用程 序 随 时随地 接人 系统 ， 并 做 出快速 响应 ， 对 防止煤矿 通 风相关事故、 避免事故 的扩大所带来 的次生灾害起 到 了极 大的作 用 。 参 考文 献 [ 1 ] 吴新忠 ， 任 子晖 ，马小 平 ， 等． 煤矿 主要通风机在 线监 控系统 研 究 现 状 及展 望 [ J ] ． 煤 炭 科 学 技 术 ，2 0 0 9 ， 3 7 1 2 5 4 5 7 ． [ 2 ] wu X i n z h o n g ，MA X i a o p i n g ，R E N Z i h u i ．S t u d y o n ke y t e c hn ol og i e s of c o a l mi ne ma i n f a n a u t oma t i c s w i t c h o v e r wi t h v e n t i l a t i o n u n c e a s i n g [C ] ／ ／ P r o c e e d i n g s o f t h e 2 2 n d Ch i n e s e Co n t r o l a n d De c i s i o n Co nf e r e nc e，Xu z ho u，201 0 3 1 99 32 03 ． [ 3 ] 吴 新 忠． 煤 矿主 通 风机 通 风失 稳 控制 的 研究 与 应用 [ D ] ． 徐州 中国矿业大学 ， 2 0 1 0 ． I- 4 ] 马小平 ，胡延军 ， 缪燕子． 物联 网 、 大数据及 云计算 技 术在煤 矿安 全 生 产 中 的应 用研 究 [ J ] ． 工 矿 自动化 ， 2O1 4，40 4 5 - 9 ． [ 5 3 龚炳江 ， 唐宇敬． An d r o i d平台下煤矿瓦斯监控 系统客 户端研 究E J ] ． 煤 矿安 全 ， 2 0 1 3 ， 4 4 4 1 2 2 1 2 4 ． [ 6 ] 刘沽． 基于移动互 联 网的煤 矿安 全智能监控 系统设 计 L J ] ． 软件 ， 2 0 1 1 1 2 3 6 3 8 ． [ 7 ] 李宁． An d r o i d开发完 全讲 义[ M] ． 2版． 北京 中国水 利 水 电 出版 社 ， 2 0 1 2 ． 2 0 1 6年 第 3期 龚德 明等 基 于 P L C的块 煤 转载 防破 碎 系统 设计 1 3 De s i g n o f l ump c o a l t r a ns s hi p pi n g a n t i f r a c t u r i n g s y s t e m b a s e d o n PLC GON G De mi ng ，LI U Ton gg a ng ，XU Ch a ng s he ng ， ZH AO Zh i q i a n g 1． Sc h o ol of M e c ha ni c a l a n d El e c t r i c a l Eng i ne e r i ng， Chi n a Uni v e r s i t y o f M i n i ng a nd Te c h no l o gy，Xuz ho u 2 2 11 1 6，Chi n a；2． Guo e r z hua n g Co a l M i ne ， Ha nd a n Co a l M i ni n g Gr o up， Ha n da n 0 5 6 00 2，Ch i na Ab s t r a c t For a pr ob l e m t ha t l ump c o a l f r a c t ur e s e a s i l y b e c a u s e of l a r g e d r o p of t r a ns s hi pp i ng p o i nt d ur i ng l ump c oa l t r a ns po r t i n c oa l p r e pa r a t i on pl a n t ， a l u m p c oa l t r a ns s hi p p i ng a nt i f r a c t u r i ng s y s t e m b a s e d on PLC wa s pr o po s e d．W o r ki ng p r i nc i pl e o f t he s y s t e m a n d a d e s i g n s c he me o f PLC c o nt r o l s y s t e m we r e i n t r od uc e d．The s y s t e m d e t e c t s c oa l l e v e l s i gn a l s by u s e of ul t r a s on i c l e ve l me t e r ， a nd u s e s PLC t O c o n t r o l f r e q u e n c y c o n v e r t e r t o a d j u s t s p e e d o f e l e c t r i c s p i n wh e e l a c c o r d i n g t o t h e c o a l l e v e l s i g n a l s f o r o ut pu t t i n g l u m p c o a l s l o w l y，S O a s t o r e du c e l u mp c o a l f r a c t u r i ng． Ke y wo r d s c o a l p r e pa r a t i o n pl a n t；l ump c o a l t r a ns s hi p pi ng；a nt i f r a c t u r i ng；c o a l l e v e l de t e c t i o n；PLC c on t r ol s y s t e m 0 引 言 块 煤在 选煤 厂_ 】 运输 转 载 过 程 中 不 可 避 免 地 会产生破碎 ， 使块煤的价值降低 ， 给企业造成一定 的 经 济损 失[ 3 。 目前 ， 在块 煤转 载环 节 常用 的 防破 碎 方法有 胶 带缓 冲式 防破 碎法 ] 、 弧形 溜槽 防破 碎 法 等 。这 2种 方法 对 于小 落 差 转 载 点 具 有 显 著 的防破 碎 效 果 ， 但 在 大 落 差 转 载 情 况 下 效 果 较 差 。 随着 防破 碎技 术 的 逐 渐成 熟 ， 企 业 对转 载 防破 碎 装 置 的要 求 不 断 提 高 ] 。本 文 设 计 了 一 种 基 于 P L C 的块 煤转 载 防破 碎 系统 。该 系统在 大 落差转 载 情况 下 防破碎 效果 明显 ， 自动 化 程 度 高 ， 稳 定 可 靠 ， 同 时 具有 防堵 塞 功能 。 1 块 煤 转载 防破 碎 系统 设计 1 ． 1 工 况分析 选 煤厂 作 业 流 程 中 ， 块 煤 需 经 过 多 个 转 载 点 。 各转 载 点落 差不 尽 相 同 ， 在 落 差 较 大 时 易 发 生块 煤 破碎 现 象 。块煤 破 碎 机 理 块 煤 间 的多 次 碰 撞 使 其 获得 瞬 间 冲击力 ， 当 冲击 力 大 于 其 内聚 力 时 发 生 破 碎 ， 分解 为 体积 更小 的块 煤[ 9 3 。 根 据 冲量 定理 ， 对 碰撞 前 后 的 单个 块 煤 进 行 冲 量分 析 Ft my 一 my0 1 式 中 F为块 煤碰 撞 的接触 力 ， N； t 为 块 煤碰 撞 的接 触时间， S ； m为单个块煤 的质量 ， k g ； 7d 为块煤碰撞 后 的速度 ， m／ s ； 口 。 为 块煤 碰撞 前 的速度 ， m／ s ； 由式 1 可知 ， 可 通过 2种 途径 来减 少块 煤碰 撞 的接 触力 ① 降低 块 煤 碰 撞 后 的 速 度 ， 减 小 在 发 生 碰撞瞬间的动量变化值 ； ② 在动量变化值一定的情 况下延 长块 煤碰 撞 的接触 时 间 。 1 ． 2 系统机械 结 构 根据 式 1 ， 块 煤转 载防破 碎 系统采 用拨 轮式缓 冲防破碎方案 ， 如图 1 所示， 使块煤的落差由来煤带 式输送机与输出带式输送机之问的垂直距离降低为 来煤 带式 输送 机到 入 料 斗 间 的距 离 ， 从 而 减 少 块 煤 的破 碎量 。系 统机 械结构 主 要包括 人料 斗 、 溜 槽 、 煤 位传 感器 、 电动 阀门 、 电动拨 轮等 。入 料斗采 用广 口 设计 ， 用于承接来煤带式输送机的落煤 ； 溜槽采用分 段设计 ， 用于缓冲块煤下落动能 ； 煤位传感器用于实 时检测人料斗中煤位高度 ； 电动阀门作为辅助工具， 用 于输 出 电动机发 生 故 障 时 堵 塞 的块 煤 ； 电动 拨 轮 主要 由电动机 、 减 速器 和拨 轮组成 ， 如 图 1中虚线 框 内所示 ， 其中电动机选用异步电动机 ， 减速器选用蜗 轮 蜗杆减 速 器 ， 拔 轮 采 用 与溜 槽 壁 紧 密 接触 的耐 磨 橡 胶板 ， 用 于块煤 的连 续输 出 。 煤 位 传 感 器几 I 电 图 1 块 煤 转 载 防 破 碎 系 统 总 体 方 案 及 机 械 结 构 1 ． 3 系统 工作 原理 块煤转载防破碎系统工作原理如图 2所示 。在 系统 工作初 期 ， 电 动 拨 轮静 止 ， 溜 槽 处 于 截止 状 态 ， 1 4 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 来煤 带式 输送 机输 送 的块 煤 在 溜槽 内堆 积 ， 煤 位 不 断 升高 ， 如 图 2 a 所 示 。当煤 位 传感 器 检测 到 入 料 斗 内块 煤 的堆 积高度 达 到预设 煤 位 A 时 ， 启 动 电动 拨 轮 以低转速 转动 输 出块煤 ， 如 图 2 b 所 示 。如 果 来 煤量 少于拨 轮输 出量 ， 入 料 斗 内 的煤 位会 缓 慢 降 低， 当低于煤位 A时， 通过 P L C控制电动拨轮 自动 停止 ； 如果来煤量大于拨轮输出量 ， 则煤位将继续升 高， 当超过 B时 ， 通过变频器提高电动拨轮转速 ， 以 中转速转动输出块煤 ， 若此时仍不能及时将来煤输 出， 煤 位将继 续 升至 C， 通过变 频器调 节 电动 拨 轮至 最高 转速 ， 如 图 2 c 所 示 。 当 电动 机 发 生 故 障 ， 块 煤无 法输 出而堵 塞 溜槽 时 ， 块 煤 堆 积 高度 将 继续 升 高至 D， 如图 2 d 所示。为了避免发生事故 ， 通 过 P L C控制 报警装 置报 警并 打 开 电动 阀 门 ， 使 溜 槽 内 的块煤 不经过 电动拨 轮 而直接落 到输 出带 式输送 机 上 ， 待排 除故 障后再恢 复 正常工 作 。 a 系统T作初期 b 煤位达到 A c 煤位达到 C d 煤位达到 D 图 2块煤转 载防破碎 系统工作原理 2 P L C控 制系统 设计 2 ． 1 PL C 控 制 系统 结 构 块 煤转 载防 破碎 系统 的 P L C控制 系统 分 为 现 场设备层、 设备控制层和状态监控层 ， 如图 3所示。 现场设备层主要包括煤位传感器、 物位显示仪 、 变频 器、 电动拨轮、 电动阀门等 ， 其 中煤位传感器检测溜 槽 内的煤位 ， 物 位显示 仪 显示 煤位 高度 ， 变 频器 控 制 电动拨轮转速 。设备 控制层主要为 P L C， 实现 对现场 开关信号与模拟信号的检测和反馈控制。状态监控 层用于对各监测信号及块煤转载防破碎系统运行状 态进 行集 中显示 。 状态监控层 ； ⋯⋯一 三 ⋯一 ● 匝圃 匝圃 [ ] ■ 圆 现场设备层 现场 设备层 设备控制层 现场设备层 。‘。。。。。。‘‘‘ ‘。。’ 。‘’。 。 ’ ．．_ l ． ． ’ 。 ‘ 。 ‘ 。 。 匮圃圆 现场设备层 ．．．．．．．．．一一一一一．．．．．． 图 3 P L C控 制系统组成 2 ． 2 PL C控 制 电路设 计 采 用 S 7 2 0 0 P L C实 现模 拟数 据 处 理 、 开 关 量 逻辑控 制及 电动 机控 制 。S 7 2 0 0包 括 C P U 模 块 、 2 个输入／ 输出模 块。C P U 模块接 线如 图 4所示 ， 其 中输入模 块连 接物 位显示 仪 、 接 触器 、 按钮 开关 和 2 4 V直 流 电源 ； 输 出模块 连接 变频 器 、 电动 阀门 、 蜂 呜器 及报警 灯 。S 7 2 0 0 P L C端 口地址分 配见表 1 。 o o j o 一 一 0 一 。 一 。 一 。 一 0 s 7 2 0 0 一 。 一 。 一 。 一 0 0 一 。 一 。 一 。 一 O 图 4 S 7 2 0 0 C P U模块接线 表 1 S 7 2 0 0 P L C端 口地址分配 输入／ 输 出端 口 控制元件 1 0 ． 0 1 0 ． 1 1 0 ． 2 1 0 ． 3 I O ． 4 1 0 ． 5 1 0 ． 6 I O ． 7 qo ． 0 qo ． 1 qo ． 2 QO ． 3 qo ． 4 电动机 手动 控制接触器 电动机 自动 控制接触器 手动加速按钮 手动减速按钮 物位显示仪 煤位 A 物位显示仪 煤位 B 物位 显示仪 煤位 c 物位显示仪 煤位 D 变频 器 低 速 变频器 中速 变频器 高速 变频器启动与停止 电动阀门 、 报警装置 仓满 2 0 1 6年 第 3期 龚德 明等 基 于 P L C的块煤 转载 防破 碎 系统设 计 1 5 煤位传感器选用超声波料位计口 ， 可测量 5 m 内的煤 位 高度 ， 误 差较 小 ， 经济 实用 ； 选 用 S WP C 8 0 物位显示仪 ， 除可显示实时煤位高度外 ， 还具有继 电 器 输 出功能 即煤 位 到 达 设 定 高 度输 出信 号 ， 可 简 化 P L C数据 处 理 。 2 ． 3 PL C控 制 系统 工作 方式 P L C控制 系统 具 有手 动 和 自动 2种 控制 方 式 。 手 动控 制方 式 可设置 电动拨 轮低 、 中、 高速 。通 过操 作 面板 上 的加 减速按 钮 手动 控制 电动 拨 轮 的转 速 ， 检测不同转速下输出块煤的破碎率 ， 根据测试结 果选 取 合适 的拨 轮 转速 。该 控制 方式 也 可用 于块 煤 转 载 防破碎 系统 的安装调 试 及检 修 。在正 常工 作状 态 下一 般采 用 自动 控制 方式 。 系统采用 自动控制方式 时工作 流程如 图 5所 示 。煤位传感 器探头检 测人料斗 中块 煤 的堆 积高 度 ， 并将煤位信号传输给物位显示仪 ， 物位显示仪显 示 煤位 高 度 并 将 信 号 输 出给 P L C。P L C根 据 煤 位 信 号 ， 通过 控制 变频 器来 改 变 电动拨 轮转 速 ， 使块 煤 墨 竺 旦 丽磊面 磊 百 1 _ 一 面 云 泵 物位显示仪输出 的落差保持在设定范围内。当煤位到达 D时 ， P L C 控 制报 警装 置 发 出警 报 ， 同时 控制 电动 阀 门开 启 。 3 结语 块 煤转 载防 破 碎 系 统通 过 P L C控 制 变 频 器 实 时调节电动拨轮的转速 ， 使溜槽内的块煤稳定、 缓慢 地输 出 ， 有效 降低 了块 煤 的破碎 率 ； 采 用 电动 阀门避 免 了 电动机故 障 可 能 引发 的事 故 ， 提 高 了 系统 的安 全可靠性 ； 通过物位显示仪显示煤位及状态信息 ， 可 使工作人员及时 、 准确地 了解系统运行状态。与现 有块煤防破碎方 法相 比， 该 系统工作可靠 、 维护简 单 、 自动 化程 度高 、 防尘效果 好 。 参考 文献 [ 1] 孙庆芳 ， 匡亚莉 ， 桑凯 ， 等． 传感器 在我 国选 煤厂 的应 用 [ J ] ． 工矿 自动 化 ， 2 0 1 4 ， 4 0 2 2 6 2 9 ． [2] 李科 ， 朱云峰 ， 王章 国 ， 等． 动力煤 选煤 厂分级 重选 产 品结构优化 E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 6 3 5 3 9 ． [3] 李 大伟 ， 林明星． 基于 P L C的块煤 防破 碎装车 系统 设 计 [ J 1 ． 机械设计与制造 ， 2 0 1 1 9 2 3 2 5 ． [ 4] 郭 和平 ， 许艳玲． 分 流缓 冲式 炭块人仓 防破 碎机理 研 究 [ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 1 1 1 7 - 1 8 ． [ 5] S HAO O R， R O AC H D ．Qu a n t i f i c a t i o n o f t h e l u mp c oa l br e a ka ge du r i ng ha nd l i ng o pe r a t i o n a t t he g l a d s t o n e p o r t [ J] ． C h e mi c a l E n g i n e e r i n g a n d Pr o c e s s i n g I n t e n s i f i c a t i o n，2 0 0 5 ， 4 4 2 7 9 7 8 0 4 ． [6 ] 李孟 臻 ， 李 爱 启． 块 煤 转 载 运 输 防 破 碎 自控装 置 ， 中国 0 2 2 5 3 7 9 8 ． 8 [ P ] ． 2 0 0 3 1 0 0 1 ． [7 ] 王冠宇． 煤矿井下 主煤流胶带输送机转 载点溜 煤槽 的 设 计及 应 用 [ J ] ． 水 力 采 煤 与 管 道 运 输 ， 2 0 0 7 4 2 8 3 O． [ 8] 王冠宇． 转载点新型波浪式 防破碎溜煤槽 的设计及 应 用E J ] ． 矿山机械 ， 2 0 0 9 4 7 5 7 7 ． [9 ] 缪 长 勇， 郭喜 民． 无 烟 煤 防破 碎 的研 究 现 状 与进 展 口] ． 山东煤炭科技 ， 2 0 1 2 3 7 0 7 1 ． [ 1 o ] 王 荣 荣 ， 杨 海 忠． 超声 测 距 误 差补 偿 算 法研 究 [ J ] ． 工 矿 自动 化 ， 2 0 1 2， 3 8 1 2 6 2 6 5 ． N一 程 一