带式输送机效率最优控制系统研究.pdf

第30卷第7期 2009年 7月 煤 矿 机 械 CoalMineMachinery Vol . 30 No. 7 Jul . 2009 试验 研究 带式输送机效率最优控制系统研究 杨 波 1 ,王 峰 3 ,郭 峰 2 ,刘自学 2 1. 晋城煤业集团,山西 晋城048006; 2.中国矿业大学 信电学院,江苏 徐州221008; 3.煤炭科学研究总院 检测研究分院,北京100013 摘 要对带式输送机效率最优控制系统进行了研究,通过现场运行验证了系统的可行性,对 于煤炭运输环节的减人提效、 节能降耗具有重要的意义。同时带式输送机效率最优控制系统的实 施为整个煤矿综合自动化打下了坚实的基础。 关键词带式输送机;效率最优;监控系统;组态软件 中图分类号TD528 文献标志码 A 文章编号 1003 - 0794 2009 07 - 0029 - 02 Research on Efficiency Optim ization Control of Belt Conveyor System YANG Bo1, WANG Feng2,GUO Feng3, L IU Zi- xue2 1. JinchengMining Industry Group, Jincheng 048006, China; 2.Ination and Electrical Engineering College, ChinaMining and TechhologyUniversity, Xuzhou 221008, China; 3. TestBranch of China Coal Research Institute, Beijing 100013, China Abstract The efficiency optimization control of belt conveyor system was studied.The system feasibility was proved by actual operation experience.It is of great significance for reducing staff and saving energy in coal transportation system. At the same time, the implementation of efficiency optimization control in belt conveyor system lays a solid foundation for coalmine comprehensive automatic system. Key wordsbelt conveyor; efficiency opti mization; monitoring system; configuration soft ware 1 带式输送机效率最优控制系统总体构架 1系统设计原则 系统在设计时遵循“ 先进性、 实用性、 可靠性和 可扩展性 ” 的基本原则,以提高煤矿自动化水平、 以 节能降耗为目的,因此在设计时采用模块化结构, 以方便对整个系统进行增容、 扩展、 运行及维护。 根据煤矿安全生产的需要,系统在设计时应注重可 靠性与可维护性相结合的设计理念。 2系统总体框架 系统以晋城煤业集团赵庄矿井下原煤运输系 统为背景。该带式输送机效率最优控制系统构成 包含硬件和软件2部分硬件主要包括4台400 kW 的交流防爆电机、4台400 kW的变频器、6台配电 柜、1台PLC控制柜、UPS不间断电源2套、 电子秤、 雷达物位仪、 视频采集传输设备、 带式输送机保护 系统各种传感器及集控室的服务器和监控计算机 等;软件主要包括上位机软件、 触摸屏软件及PLC 控制软件。系统是基于以太网的大型实时监控系 统,主要由集控部分、 传动部分、 控制部分、 底层信 息采集和信息传输五大部分构成。其中集控部分 的功能包括对系统的远程控制和系统数据的实时 监测,以及系统故障诊断和各种报表生成等。传动 部分主要完成对系统中驱动滚筒电机的变频调速, 实现带式输送机运行的节能并达到对速度进行优 化控制的目的。控制部分则通过安装在现场控制 柜的PLC可编程控制器来完成,包括各种控制算法 的实现、 各开关动作的闭锁保护、 电机参数的实时 采集及对传输数据格式的处理等。底层信息采集 部分利用各种传感器和信息检测装置,对系统运行 中各部分的信息进行实时采集,并通过控制柜PLC 的I/O模块、A /D模块进行数字化处理。信息传输 是利用各种网络技术,包括485总线、Profibus总线 以及以太网来完成实时数据的快速传输。 2 带式输送机效率最优控制系统的实现 监控系统是以带式输送机系统为研究对象,基 于W indows2000 /NT开发;根据系统设计要求,确定 整个系统为多级分布式结构的监控系统。系统采 用IPC PLC的结构,用PLC构成系统的控制站, IPC构成系统的操作站,并结合Ethernet构成网络。 过程的数据采集和过程的控制都由PLC来完成, IPC完成数据显示、 人机界面操作、 历史数据保存、 报表打印及控制系统的管理等。 该系统的上位机部分包括HM IHuman Ma2 chine Interface系统和数据库管理系统,主要进行 遥控操作和遥信、 遥测显示及数据报表统计、 记录 事故分析等。上位机HM I系统在接受下位机传来 的信息后,以适当的形式如声音、 图形、 图像等方式 显示给用户,从而达到监视的目的;同时数据经过 处理后,告知用户设备各种参数的状态报警、 正常 或报警恢复等 , 这些处理后的数据会保存到数据 库中,并通过网络系统传输到不同的监控平台上, 还可以与别的系统结合形成功能更加强大的系统; HM I还可以接受操作人员的指示,将控制信号发送 到下位机中,以达到控制的目的。而下位机是指数 据采集系统,一般是指硬件层上的包括PLC及各种 智能控制设备等。在监控系统中,下位机与现场设 92 第30卷第7期带式输送机效率最优控制系统研究 杨波,等Vol . 30No. 7 备或仪表相结合,实时感知设备各种参数的状态, 并将这些状态信号转换成数字信号,并通过特定数 字通信或数字网络传递到HM I系统中。 1系统网络结构 带式输送机在线监测系统网络的核心功能是 快速准确地传递实时数据,保障数据采集器与监测 客户端通讯的稳定性与实时性,同时还应提供一定 的网络扩展功能。因此整个系统采用100 /1000M 以太网交换机形成自适应以太网通信。1000M作 为调度端内部的数据传输速率,而调度端与PLC之 间的数据传输速率为100M,这是因为在PLC以太 网模块中的集线器采用的是100M集线器。同时采 用信息行业标准的TCP/ IP协议及交换式以太网技 术,减少数据传输的冲突。 2下位机PLC的构成与功能 PLC控制系统是带式输送系统的核心,其主控 单元和各测量装置的好坏直接关系到控制功能和 控制效果的实现。因此,在综合考虑可靠性、 稳定 性、 处理速度和通讯功能等多项指标的基础上,采 用西门子公司的S7 - 300系列PLC作为本系统的 主控单元。该控制系统主要实现如下功能 ① 控制和检测配电系统的开关状态,通过485 总线通讯,利用系统设置的综保单元,实现对高压 配电系统电气参数的采集; ② 控制和检测变频器的运行状态,利用Profibus 总线通讯,实现变频器运行参数的在线采集; ③ 实时检测带式输送机系统电机、 保护系统、 称重系统等参数; ④ 为系统控制算法的快速处理,提供可靠的平 台; ⑤ 完成系统实时数据的以太网发布,为远程监 控系统提供实时数据; ⑥ 控制带式输送机电机的启停,防止误操作 等。 3上位机PLC的构成与功能 监控系统的上位机主要解决以下几个问题设 备各种参数状态数据的采集和控制信息的发送;监 控参数的图形动画表达和报警处理;事故追忆和趋 势分析。这些功能的正常运行是保证系统可靠运 行的重要条件,因此采用国际著名的组态软件In2 Touch进行上位机软件的开发,完成遥控、 遥信、 遥 测及其他一些辅助功能。 上位机系统使用的InTouch组态软件带有Eth2 ernet I/O驱动程序,通过以太网交换机光缆直接与 PLC通信,采用的网络协议是TCP/ IP协议。In2 Touch软件通过I/O驱动程序从PLC中将现场数据 采集到驱动器映像表DTT的指定地址,扫描、 报警 和控制程序SAC读入从DTT来的数据,进行处理 并且将其传送给过程数据库;内部数据库访问功能 从数据库中读取数据并且传输给要求数据的应用 软件。InTouch也可以按与上述相反的流程将数据 写入PLC中。具体过程如图1所示。上位机运用 InTouch组态软件主要实现以下界面功能欢迎画 面、 主画面、 系统运行记录、 设备配置图、 供电系统 图,电压电流显示图、 事件记录、 报警记录、 模拟屏 显示、 曲线、 重载数据库、 程控操作、 报警画面、 数据 备份与恢复、 系统帮助画面等。 图1 InTouch与PLC通信图 4带式输送机保护系统构成 作为井下主要运输设备的带式输送机,一旦发生 故障,将直接影响矿井的正常生产,甚至会造成人员 伤亡,所以其安全可靠与否直接影响矿井的经济效 益。通常情况下,井下带式输送机的保护系统包括烟 雾保护、 堆煤保护、 打滑保护、 超温保护、 跑偏保护、 纵 撕保护、 拉线急停以及扩音电话等装置。除以上保护 功能外,一般带式输送机最优控制系统还包括称重子 系统、 井下视频采集传输显示子系统等。 3 结语 通过带式输送机效率最优控制系统的投入实 施实现了减人提效、 节能降耗的效果。作为煤矿井 下煤炭运输的主要环节,其自动化程度的提高对于 提高整个煤矿生产的效率具有极大的意义。同时 为矿井安全生产管理工作注入了新的活力,为建设 数字化本质安全型矿井又添加了一块基石。 参考文献 [1]宋伟刚.散状物料带式输送机设计[M ].沈阳东北大学出版社, 2000. [2]D. J. L. Manr , J. E. Calmeyer . A Case Study of an Integrated Con2 veyor BeltModel for theMining Industry .IEEE AFR ICON, pp. 661 - 666, 2004. [3]马正午,周德兴.过程可视化组态软件InTouch应用技术[M ].北 京机械工业出版社, 2006. 作者简介杨波1979 - ,山西晋城人, 2000年毕业于中国 矿业大学,现在晋城煤业集团公司赵庄矿工作,已发表论文多篇. 收稿日期 2009 - 02 - 16 03