选煤厂自动定量装车系统监控平台设计.pdf

扫码移动阅读 第 ４１ 卷 第 ３ 期 ２０２０ 年 ６ 月 煤矿机电 Ｃｏｌｌｉｅｒｙ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ.４１ Ｎｏ. ３ Ｊｕｎ. ２０２０ 郭华楼. 选煤厂自动定量装车系统监控平台设计[Ｊ]. 煤矿机电ꎬ２０２０ꎬ４１３３９￣４１. ｄｏｉ１０. １６５４５/ ｊ. ｃｎｋｉ. ｃｍｅｔ. ２０２０. ０３. ０１１ 选煤厂自动定量装车系统监控平台设计 郭华楼 西山煤电集团公司 屯兰选煤厂ꎬ 山西 太原 ０３０２００ 摘 要 为解决选煤厂自动定量装车系统过程存在监控模糊、操作人员对设备运行状态无法掌控 的问题ꎬ设计了基于选煤厂自动定量装车系统的监控平台ꎮ 应用可编程控制器ＰＬＣ技术、ＣＡＮ 通信技术和人机界面原理ꎬ给出了监控平台的总体设计、数据通信定义及监控平台实现的人机界 面ꎮ 该监控平台设计经选煤厂实际运行试验ꎮ 结果表明ꎬ该监控平台能实现自动定量装车系统过 程监控的透明化ꎬ设备运行状态的清晰化ꎬ满足预期设计的目标ꎮ 关键词 自动定量ꎻ 监控平台ꎻ 可编程控制器ＰＬＣꎻ ＣＡＮ 通信ꎻ 人机界面 中图分类号ＴＤ９２８. ９ 文献标志码Ｂ 文章编号１００１ －０８７４２０２００３ －００３９ －０３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｌｏａｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｃｏａｌ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｐｌａｎｔ ＧＵＯ Ｈｕａｌｏｕ Ｔｕｎｌａｎ Ｃｏａｌ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｐｌａｎｔꎬ Ｘｉｓｈａｎ Ｃｏａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ. ꎬ Ｌｔｄ. ꎬ Ｔａｉｙｕａｎ ０３０２００ꎬ Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｉｎｄｉｓｔｉｎｃｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｃｏａｌ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｏｒｓ ｃａｎ ｎｏｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔꎬ ａ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｃｏａｌ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ. Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＬＣ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ ＣＡＮ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｈｕｍａｎ￣ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅꎬ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｄｅｓｉｇｎꎬ ｄａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｕｍａｎ￣ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｇｉｖｅｎ. Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｔｅｓｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍꎬ ｔｈｅ ｃｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓꎬ ａｎｄ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｇｏａｌ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎꎻ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍꎻ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＰＬＣ ꎻ ＣＡＮ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎꎻ ｈｕｍａｎ￣ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ０ 引言 煤炭的装载与运输经历了人挑肩扛、汽车运输、 船舶运输、列车运输的过程ꎮ 随着煤炭装载和运输 效率的不断提高ꎬ已由粗放型向精细型转变ꎮ 装载 过程中的自动化、精确性及安全性是当下关心的问 题[１￣２]ꎮ 目前自动定量装车系统已广泛地应用于选 煤厂、选煤厂的物料、煤料装车ꎮ 该装车系统监控平 台能实现装车全过程监控ꎬ实时监控和显示装车系 统设备的运行状态、故障信息等ꎬ为自动定量装车操 作人员及时掌握装车系统信息提供了方便ꎬ也为技 术人员解决问题提供了便利[３￣４]ꎮ 本文针对选煤厂 自动定量装车系统过程存在的问题ꎬ设计了自动定 量装车系统监控平台ꎮ １ 总体设计 选煤厂的自动定量装车系统的监控平台总体设 计框架如图 １ 所示ꎮ ＰＬＣ 主控制器与监控平台之间 以 ＣＡＮ 通信方式完成数据的交互ꎮ 监控平台由监 测类数据和控制类数据两个模块组成ꎮ 图 １ 监控平台总体设计框架 １ 监测类数据模块ꎮ 该模块主要完成自动定 量装车系统的数据实时显示ꎬ主要显示的数据类别 有传感器类数据ꎬ如监测带式输送机速度的速度传 感器、温度传感器、撕裂传感器ꎬ监测缓冲仓的料位 传感器ꎬ监测定量仓的称重传感器ꎬ监测装车溜槽的 位移传感器ꎬ以及监测待装类车的声光传感器、超声 波物位传感器等ꎮ 显示的指示灯类数据有给煤机运 行/ 停止指示灯、带式输送机运行/ 停止指示灯、缓冲 仓闸门开/ 关指示灯、定量仓闸门开/ 关指示灯、待装 列车到位指示灯等ꎮ 显示的故障类数据主要有传感 器故障、给煤机故障、带式输送机故障、变频器故障 等ꎮ 显示的报警类数据主要有传感器限位报警、给 煤机电动机报警、缓冲仓闸门报警灯等ꎮ 显示的参 数类数据主要有系统电压、系统电流、装煤料总量 等ꎮ 显示的输入/ 输出数据主要是 ＰＬＣ 主站控制 器、ＰＬＣ 分站控制器的输入/ 输出点ꎬ如控制按钮输 入点、给煤机启动或停止输出点、缓冲仓闸门控制输 出点、装车溜槽输出点等ꎮ 显示的模拟量数据主要 有温度传感器采集到的模拟量、速度传感器采集到 的模拟量、称重传感器采集到的模拟量等ꎮ ２ 控制类数据模块ꎮ 该模块主要包括一键启 动、一键停止、急停、采煤机启动/ 停止控制、带式输 送机启动/ 停止控制、缓冲仓闸门控制、定量仓闸门 控制、装车溜槽控制、列车牵引控制等ꎮ ２ 数据通信定义 ＰＬＣ 主站控制器与监控平台之间以 ＣＡＮ 通信 方式实现数据和控制指令的传递ꎮ 采用 ＣＡＮ２. ０Ｂ 协议ꎬ设置传输速率为 ２５０ ｋｂｉｔ/ ｓꎬ帧格式为标准帧 格式ꎬ监控平台的节点号为 ２[５￣６]ꎮ ＰＬＣ 主站控制器 与监控平台的 ＣＡＮ 通信协议格式定义见表 １ 所示ꎮ 表 １ ＰＬＣ 主站控制器与监控平台 ＣＡＮ 通信协议格式定义 ＣＯＢＩＤ８７６５４３２１ ０Ｘ２０２给煤机状态带式输送机状态闸门电动机状态牵引电动机状态 ０Ｘ３０２系统电压系统电流运行时间系统时间 ０Ｘ４０２车型车号自重额定载重车厢编号车厢 ０Ｘ５０２车厢长车厢宽车厢高底板高度装载质量储煤仓温度 ０Ｘ２０３缓冲仓载重定量仓载重储煤仓 ＣＨ４浓度储煤仓 ＣＯ 浓度 ０Ｘ２０４储煤仓烟雾浓度储煤仓料位高度缓冲仓料位缓冲仓闸门位移 ０Ｘ２０５定量仓闸门位移定量仓载重装车溜槽位移待装列车位置 ０Ｘ２０６待装列车高度待装列车速度给煤机故障带式输送机故障 ０Ｘ２０７闸门故障牵引变频器故障备用备用 表 ２ 给出了 ＣＡＮ 通信协议中给煤机状态的具 体物理意义ꎬ０Ｘ０１ 表示给煤机的电源信号ꎬ０Ｘ０２ 表 示给煤机的故障信号ꎬ０Ｘ０３ 表示给煤机的运行信 号ꎮ ＣＡＮ 通信协议中的带式输送机状态、闸门电动 机状态、牵引电动机状态的具体物理意义同给煤机 状态物理意义的标示基本相同ꎬ这里不再赘述ꎮ ３ 监控平台的实现 用于选煤厂的自动定量装车系统监控平台如图 表 ２ 监控平台给煤机状态物理意义 Ｂｉｔ 信息 １５ ８７６５４３２１０ 物理意义 ００００００００１给煤机电源信号 ０００００００１０给煤机故障信号 ０００００００１１给煤机运行信号 ００００００１００给煤机本地控制 ００００００１０１给煤机远程控制 􀅱０４􀅱煤矿机电２０２０ 年第 ４１ 卷 ２ 所示ꎮ 监控平台一共分为 ６ 个画面ꎬ即主控制画 面、传感器数据画面、给煤机画面、带式输送机画面、 故障报警画面及历史查询画面ꎮ 另外ꎬ还包括待装 类车全部信息的打印功能ꎮ 在监控平台的主控制画 面中动态显示了缓冲仓、定量仓及装车溜槽在装载 煤料时的效果图ꎬ实时显示了在装车过程中待装列 车的匀速移动过程ꎬ并着重标示了缓冲仓闸门的四 级联动过程、定量仓闸门的二级联动过程ꎮ 在主控 制画面中又显示了待装车厢的基本信息ꎬ包括操作 人员、车厢编号、车型、车号、待装车辆的自重、额定 载重等ꎮ 显示的信息还包括给缓冲仓、定量仓闸门 提供动力的 １＃油泵、２＃油泵启动/ 停止状态ꎮ 在主控 制画面的左侧显示了缓冲仓/ 定量仓当前的装料质 量一级料位位置ꎮ 在主控制画面的右下角为自动定 量装车系统的一键启动、一键停止及急停控制输入ꎬ 通过触动该 ３ 个控制按钮ꎬ可实现自动定量装车系 统的自动化过程ꎻ点击主控制画面下方的“传感器 数据”、“给煤机”、“带式输送机”、“故障报警”、“历 史查询”可转入对应画面ꎮ 点击主控制画面下方的 “打印”ꎬ可实现待装过程全部数据信息的打印ꎮ 图 ２ 监控平台主画面 ４ 结论 本文设计的选煤厂自动定量装车系统监控平 台ꎬ不仅提高了现有选煤厂自动定量装车的生产效 率ꎬ还提高了自动定量装车精度及装车质量ꎮ 另外ꎬ 设计的用于选煤厂的自动定量装车系统更有利于实 现装车系统的智能化生产ꎬ减少装车系统工作人员 的数量ꎬ降低发生事故时的人员伤亡ꎬ促进选煤厂装 车系统的高速建设和发展ꎬ提高我国选煤厂装车系 统在国际上的竞争力ꎬ在经济发展及社会发展方面 都有着重要的理论和实际意义ꎮ 参考文献 [１] 吴丽ꎬ何瑞. ＰＬＣ 在煤炭洗选运输控制系统中的应用[Ｊ]. 煤矿 机电ꎬ２００８３１１３￣１１４. [２] 邢庆贵ꎬ袁华ꎬ孙国顺. 煤炭快速定量装车站关键技术[Ｊ]. 煤 矿机械ꎬ２０１５ꎬ３６２６￣８. [３] 孙丙科ꎬ刘睿ꎬ牛小兵ꎬ等. 基于 ＰＬＣ 的铁路装车自动化控制系 统设计[Ｊ]. 工矿自动化ꎬ２０１１ꎬ３７２２３￣２５. [４] 席启明. 快速定量装车站敞车装载过程的时序研究[Ｊ]. 煤炭 工程ꎬ２０１６ꎬ４８７１２２￣１２４. [５] 白云峰. 快速装车系统速度提升的探索与实践[Ｊ]. 煤炭技术ꎬ ２０１４ꎬ３３５２０１￣２０３. [６] 谭章禄ꎬ韩茜. 基于流程再造的煤炭智能装车系统的研究与设 计[Ｊ]. 中国煤炭ꎬ２０１５ꎬ４１５７８￣８１. 作者简介郭华楼１９９０ꎬ男ꎬ助理工程师ꎮ ２０１４ 年毕业于太原 理工大学电力系统及其自动化专业ꎬ现从事选煤厂煤炭技术以及运 销工作ꎮ 收稿日期２０１９ －０７ －２２ꎻ责任编辑贺琪 􀅱１４􀅱２０２０ 年第 ３ 期郭华楼选煤厂自动定量装车系统监控平台设计