基于PLC的煤矿配煤装车系统探讨
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摘要：煤炭被称为工业的粮食，隨着社会经济步伐的不断前进，煤炭开采量持续上升，煤矿开采加工企业每日运输的煤炭资源多达数十万吨。可见，煤矿开采加工企业的单日装卸配煤任务量很大。基于此，文章探讨了煤矿配煤装车系统的构成及控制原理，基于PLC对系统设计展开详细分析。
关键词：PLC;煤矿;配煤装车;控制系统
由于煤矿企业的煤矿装卸及配煤任务十分繁重，而煤矿运输车辆的运行速度、电液推杆下料速度直接影响到煤矿装卸配煤效率。传统的装车配煤操作因为人工操作偏差导致的煤炭资源浪费非常严重，急需提升煤矿装车配煤自动化、智能化水平，这样能够有效降低生产成本，减少煤炭资源浪费。[1]因此煤矿企业应该重视自动配煤装车系统的建设。而PLC体积小巧，可靠性好，可以灵活组合，只需要修改程序就可以调整控制功能，同时还具备计算、通信等功能，因此可以利用PLC实现煤矿自动装车配煤。
1基于PLC的配煤装车系统构成
以PLC为基础的煤矿配煤装车系统主要包括电子皮带秤、电液推杆、牵引绞车、输煤给煤装置、传感器、操作台、PLC控制装置等部分。[2]PLC是系统的控制核心，调速器控制绞车和煤车，皮带机将煤运输至电液推杆中，通过皮带秤获取相应的电流、电压信号，然后配煤皮带机将煤仓中的煤运输至装车皮带机。煤炭运输车的位置信息通过位置传感器获取并输送至PLC，由PLC控制皮带机启停。基于PLC的配煤装车系统控制原理是通过控制配煤比例、灰分含量来实现给煤量的控制。因此，可以将核子秤、分灰仪设置在皮带下，通过采样获得灰分值，根据灰分参数、煤炭比例参数，结合实际，计算并设定煤炭流量，同时将灰分、煤成分等信息输送到上位机，最终得到科学的配煤方案，并下达指令实现自动配煤。
2基于PLC的配煤装车控制系统硬件设计
2.1PLC选型
在工业生产控制领域PLC的应用非常广泛。在设计基于PLC的配煤装车控制系统时，可以选择具有强悍运算能力的S7-300系列PLC。该系列PLC采用模块化无风扇设计，扩展性强、通信能力良好。CPU可以选用CPU315-2DP，其运算能力较高。
2.2输入输出接口IO口设计
煤矿配煤装车控制系统需要监控的可变量主要包括储煤仓的煤储量;回路的电压、电流及其他电讯号、输送机、给煤机的运行参数、皮带秤、电子轨道衡的参数等。[3]使用料位计监控储煤仓的煤储量;回路的电压、电流及其他电信号则可以通过RS-485接口传输到主控PLC;利用集控系统监控输送机、给煤机的运行参数;利用传感器及AD、DA模块传输电子轨道衡、皮带秤数据。考虑到设备扩展需要做好通道设计，按照系统实际配置分配输入、输出信号。
2.3外部接线设计
（1）电源。PLC电源是系统的关键部分。运行稳定可靠的电源是保障系统正常运行的基本前提。因此PLC生产商十分重视PLC电源设计与生产。通常PLC电源的交流电压变动范围控制在+10%～+15%内，可以直接将PLC连接到交流电网，一般采用220V交流电。
（2）I＼＼O模块是PLC连接外部设备的重要桥梁。输入接口用于接收输入设备，如传感器输送的控制信号。在设计I＼＼O模块时要重视设备兼容性的测试，同时还要考虑负载感应电动势的影响。输出接口的主要作用是输出经主机处理后的结果，驱动输出设备，如电磁阀。
（3）抗干扰。为了有效减少电压波动、工频干扰，可以设置交流稳压器、隔离变压器，并进行滤波，全部屏蔽层都要做好接地。
3基于PLC的配煤装车控制系统软件设计
3.1PLC软件设计
本文选用的是S7-300型PLC，该型号PLC可以通过STEP7实现编程。STEP7软件能使用语言表、梯形图实现离线编程，代码经过编译载入PLC，调试运行，可以监测输入、输出点通断情况并进行调整，极大地方便了工作人员。[4]依照煤矿自动装车工艺流程，该程序采用模块化编程，由主程序，多个子程序构成。
（1）初始化程序。初始化程序主要作用是给出系统控制变量，煤炭运输车的长度，车厢数量、牵引绞车初始速度等参数。
（2）主程序。主程序主要作用是调用主要各个子程序的调用。如放料、装车、称重、输送等过程的相关子程序都需要通过主程序加以调用。例如，料位计会每隔一定时间向PLC输送一次装煤量参数，便于控制系统控制绞车速度。
（3）启停程序。在PLC控制程序中，需要确保下级设备顺利启动的前提下，上级执行命令才有效;如果下级设备发生故障则自动停止，并报警。
3.2上位机软件设计
上位机软件设计采用组态软件WinCC，该软件适用范围大、可靠性很好，界面简洁，最关键的是可以改变驱动程序实现兼容。WinCC自身就带有S7300PLC的驱动程序，因此本文研究的配装车系统中很容易连接PLC与上位机。WinCC提供了相应的通信驱动程序，支持多种网络协议，可以建立和S7-300PLC的通信。具体流程为：通过通信驱动程序运行WinCC变量获得所需变量值。通信驱动程序经由通道单元构建WinCC、过程处理之间的接口。通信驱动程序向PLC发送请求消息，过程值回传至WinCC，从而实现WinCC、PLC之间的通信。建立通信的基本步骤包括：第一步，建立物理连接;第二部，选用适当的通道驱动程序;第三部，在相应的通道单元下建立连接;第四部，在连接下建立变量。
4结语
综上所述，本文探讨的煤矿配煤装车系统软硬件设计思路是结合煤矿实际生产需求，利用PLC、上位机联控制方式实现煤矿矿车自动配煤装车。在设计中采用模糊控制的方法实现放料门控制，有效提高了装车作业的效率。除此以外，可编程控制器PLC具备计算、逻辑功能，PLC编程简单，高效，灵活，便于修改，大大提高了PLC的操作性。基于PLC设计煤矿配煤装车系统可以提高煤矿企业网络信息化管理水平，促进煤矿生产效率的提升。
参考文献：
[1]王浩然，尉涛，宗加银.装车站自动配煤控制系统的研究及应用[J].煤矿机电，2017（6）：53-56.
[2]权明伍.选煤厂计算机自动化配煤装车系统的应用[J].煤炭技术，2013，32（4）.
[3]宋鹏.洗煤厂装车系统自动配煤过程控制及其算法的研究[D].辽宁工程技术大学，2011.
[4]申小玲，牟明福.基于PLC的煤矿配煤装车系统研究[J].煤矿机械，2013，34（9）：248-249.
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