機電專業(yè)畢業(yè)設(shè)計

1、1 概述我礦為設(shè)計年生產(chǎn)原煤300萬噸的大型現(xiàn)代化煤礦，配有年入洗能力300萬噸的選煤廠。隨著礦井產(chǎn)量的不斷提高，選煤廠的入洗能力也逐年加大。為適應(yīng)入洗量的增加，近幾年來選煤廠不斷進行技術(shù)革新，新建擴建了篩分系統(tǒng)、除木雜系統(tǒng)、新精煤倉系統(tǒng)及引進一些新設(shè)備。其入洗能力目前已達900噸/小時。 自1992年以來，選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備、運輸皮帶均由集控系統(tǒng)進行控制。舊生產(chǎn)系統(tǒng)由以下幾個部分組成：原煤重介選矸系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)、儲裝運系統(tǒng)、跳汰(水洗)系統(tǒng)、撈坑系統(tǒng)、沉降離心脫水系統(tǒng)。由于建設(shè)時間不同，原有生產(chǎn)集控系統(tǒng)分為洗煤集控、原煤集控、儲運集控；三個部分為各自獨立的控制站。每個控制站均由上位機、

2、PLC、現(xiàn)場傳感變送單元構(gòu)成。上位機作為操作界面，使用了CVUl0000，PLC使用的是西門子TI545。 由于該系統(tǒng)巳經(jīng)使用了很長時間 (超過十年)，故存在以下的問題和不足之處: (1)集控分為三個獨立的PLC系統(tǒng)，過于分散且使用的軟件版本不同，增加了使用、保養(yǎng)和維護的工作量； (2)上位機有時死鎖，無法發(fā)出信號，使設(shè)備不能正常運轉(zhuǎn)，只能靠在線修改軟件來使系統(tǒng)工作，影響正常生產(chǎn)； (3)儲運集控由于軟件版本太低，硬件與軟件不能匹配，影響了上位機的正常工作； (4)集控系統(tǒng)設(shè)備老化，一些配件已經(jīng)停產(chǎn)，難于購買； (5)集控系統(tǒng)的檢測點少，報警裝置不完善； (6)新增設(shè)備及新增系統(tǒng)沒有加入本系統(tǒng)

3、，工藝不完善；(7)現(xiàn)場各設(shè)備起、?？刂葡?、設(shè)備起停車信號電笛故障率較高，且一些設(shè)備沒有必須的檢測裝置，影響正常的生產(chǎn)。舊集控系統(tǒng)已經(jīng)不能不足目前生產(chǎn)的需要，為有效的解決上述問題，兗礦集團鮑礦選煤廠及南京設(shè)計院聯(lián)合成立現(xiàn)代化課題研究小組，擬訂對選煤廠集控系統(tǒng)進行設(shè)計與開發(fā)。(2)在改造原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將生產(chǎn)系統(tǒng)中新增精煤倉系統(tǒng)、除木雜系統(tǒng)及篩分系統(tǒng)并入集控系統(tǒng)。完成全廠生產(chǎn)設(shè)備的集中控制。(3)制定具體實施的控制方式、設(shè)備啟停步驟、軟件功能、通訊方式、功能擴充、報警系統(tǒng)（故障診斷、顯示、排除）。(4)設(shè)置配電系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)控，建立供配電系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫。(5)將全廠各設(shè)備的啟/?？刂葡溥M行更集控系

4、統(tǒng)設(shè)計開發(fā)進度表：序號工 作 內(nèi) 容備 注1適度的調(diào)研、收集資料、分析系統(tǒng)開發(fā)的可行性2可行性調(diào)研報告3系統(tǒng)總體功能設(shè)計內(nèi)容與準備4系統(tǒng)設(shè)計與安裝5系統(tǒng)調(diào)試及運行表1-12 理論依據(jù)2.1選煤廠控制系統(tǒng)狀況國外選煤廠控制系統(tǒng)國內(nèi)外的選煤廠控制系統(tǒng)的自動化水平較高，它主要分為控制和管理兩大部分?？刂朴挚煞譃閿?shù)值量邏輯和模擬量過程控制。底層控制系統(tǒng)一般采用PLC系統(tǒng)，主要選用美國AB公司、美國施耐德公司、德國西門子和美國GE公司的產(chǎn)品。在數(shù)字量邏輯控制方面，國外選煤廠的設(shè)計一般采用完全基于PLC的方法，即輸入輸出點均直接與PLC相連，而沒有互連，舉個簡單的例子，一臺設(shè)備的啟、停按鈕和接觸器線圈這三

5、個元件，啟、停按鈕分別接與PLC的輸入摸塊相連，而接觸器線圈直接與PLC的輸出模塊相連，這三個元件本身沒有直接的電氣聯(lián)系，它們之間的邏輯控制關(guān)系是通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)的。這種設(shè)計方法具有很多優(yōu)點，如走線規(guī)律配置靈活等。另外，由于國外選煤廠一般沒有固定的崗位人員，因此在設(shè)計中將所有元器件的狀態(tài)全部作為檢測點輸入PLC，通過多余檢測系統(tǒng)運行的正確性。模擬量過程控制主要用于工藝過程參數(shù)的檢測及控制，如流量、灰分、密度等。管理部分又分為生產(chǎn)管理和設(shè)備管理，生產(chǎn)管理是基于大量的工藝過程參數(shù)和數(shù)學模型的建立來完成的，成本較高，如質(zhì)量管理要進行流量、灰分、密度等的檢測和運算，成本管理要進行耗電、耗水及其它材料消

6、耗量的統(tǒng)計和分析。設(shè)計管理主要是對設(shè)備的工作情況、維護保養(yǎng)、備品備件的統(tǒng)計和管理。如一只交流接觸器的額定壽命是帶電通斷10000次，達到10000次后，系統(tǒng)自動打印出維修更換清單通知單通知維修人員進行更換，以避免過期設(shè)備在系統(tǒng)運行過程中損壞影響生產(chǎn)。國內(nèi)及兗州礦區(qū)選煤廠控制系統(tǒng)國內(nèi)選煤廠的控制系統(tǒng)目前絕大多數(shù)采用底層PLC系統(tǒng)與上位機監(jiān)控相結(jié)合的模型，以數(shù)據(jù)量邏輯控制為主，配以少量工藝過程參數(shù)的模擬量檢測監(jiān)視，用于實現(xiàn)工藝流程系統(tǒng)設(shè)備的集中啟、停車控制和運行過程中的連鎖閉塞。有部分選煤廠具有工藝過程參數(shù)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要選用美國AB公司、美國施耐德公司、德國西門子和美國GE公司的產(chǎn)品。目前國

7、內(nèi)使用較多的PLC有施耐德、AB、GE和西門子的系列產(chǎn)品。上位計算機一般為美國INTEL或臺灣研華工控機。由于控制系統(tǒng)成本因素的影響，國內(nèi)選煤廠控制系統(tǒng)的輸入、輸出點數(shù)一般配置較少，并采用硬接線與軟件配置相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。兗州礦區(qū)選煤廠控制系統(tǒng)的情況在國內(nèi)屬于配置較高的，使用的大多是高性能的PLC，如東灘南屯用的是施耐德PLC，二號井用的是GE90-70，鮑店選煤廠老集控系統(tǒng)用的是SIMETIC TI545、配煤系統(tǒng)為SIMATIC S70-300，在這些選煤廠還安裝了許多如在線灰分儀、在線密度儀等先進的檢測設(shè)備，用來監(jiān)視和控制產(chǎn)品的質(zhì)量。2.2集控系統(tǒng)理論依據(jù)選煤廠集控系統(tǒng)是指根據(jù)選煤工藝，對設(shè)

8、備進行順序控制及監(jiān)控其運行狀態(tài)的集中控制；實現(xiàn)調(diào)度指揮生產(chǎn)自動化，實現(xiàn)工藝流程自動控制及單機自動控制。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工控技術(shù)的飛速發(fā)展，為本系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)提供有力的理論依據(jù)。本系統(tǒng)使用工業(yè)以太網(wǎng)及現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)集控系統(tǒng)的通訊。本系統(tǒng)所使用的技術(shù)具有成熟、可靠、易于擴展等性能。新系統(tǒng)將原有控制系統(tǒng)全部更新。本系統(tǒng)工控主機采用計算機分布式控制系統(tǒng)，使用施耐德的PLC系統(tǒng)，采用工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線Modbus PLUS方式進行通訊。整個生產(chǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置為雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，第一層是由上位機和PLC主機構(gòu)成的分布式網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)第二層是由PLC主機和其分布站構(gòu)成的分布式網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)選用施耐德Quantum

9、系列PLC，它是具有數(shù)字量處理能力的專用計算機系統(tǒng)。Quantum具有模塊化、可擴展的體系結(jié)構(gòu)，用于工業(yè)和制造過程的實時控制。它包括、Quantum系列CPU、I/O模塊、I/0接口、通訊模板、電源和底版。3系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容3.1系統(tǒng)的整體框架集控系統(tǒng)整體分為：原煤重介選矸系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)、儲裝運系統(tǒng)、跳汰(水洗)系統(tǒng)、撈坑系統(tǒng)、沉降離心脫水系統(tǒng)、除木雜系統(tǒng)；及壓濾車間監(jiān)控系統(tǒng)。目前集控系統(tǒng)分為三個操作站：調(diào)度室操作洗煤系統(tǒng)的跳汰(水洗)系統(tǒng)、撈坑系統(tǒng)、沉降離心脫水系統(tǒng)；原煤集控室操作原煤系統(tǒng)的重介選矸系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)；儲運集控室操作儲裝運系統(tǒng)；壓濾車間設(shè)備僅在模擬盤上顯示。三個集控室有各自的P

10、LC主機互不通訊，版本不一。改造后的新集控系統(tǒng)將洗煤、壓濾與儲運系統(tǒng)合為一臺PLC主機，原煤車間單獨一臺PLC主機，兩臺主機不直接通訊，系統(tǒng)通過上位機通訊互訪。集控系統(tǒng)圖見圖3-1。3.2設(shè)計內(nèi)容 根據(jù)鮑店煤礦選煤廠的現(xiàn)有問題本項目主要實施內(nèi)容:(1)對全廠舊集控系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)調(diào)整、重組與升級。將全廠各車間并入一個集控網(wǎng)，統(tǒng)一管理，重新布置PLC控制分站。配置主機模塊，在主站與分站之間、分站與分站之間選擇通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以提高PLC系統(tǒng)的運行可靠性；水洗系統(tǒng)沉降系統(tǒng)除木雜系統(tǒng)儲裝運系統(tǒng)壓濾車間設(shè)備重介選矸系統(tǒng)原煤集控系統(tǒng)洗煤集控系統(tǒng)洗煤集控系統(tǒng)鮑店礦選煤廠集控系統(tǒng)圖3-1 (2)在改造原有系統(tǒng)的基

11、礎(chǔ)上，將生產(chǎn)系統(tǒng)中新增精煤倉系統(tǒng)、除木雜系統(tǒng)及篩分系統(tǒng)并入集控系統(tǒng)。完成全廠生產(chǎn)設(shè)備的集中控制。(3)制定具體實施的控制方式、設(shè)備啟停步驟、軟件功能、通訊方式、功能擴充、報警系統(tǒng)（故障診斷、顯示、排除）。(4)設(shè)置配電系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)控，建立供配電系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫。(5)將全廠各設(shè)備的啟/?？刂葡溥M行更換及功能擴充。3.3控制系統(tǒng)升級改造目標(1)實現(xiàn)調(diào)度指揮操作生產(chǎn)自動化；(2)實現(xiàn)設(shè)備順序控制，減少全廠設(shè)備起、停時間，并對各設(shè)備的運行狀態(tài)進行自動檢測，實現(xiàn)設(shè)備的故障自動診斷和保護，從而提高選煤生產(chǎn)效率；(3)實現(xiàn)選煤工藝流程自動控制，這主要包括：實現(xiàn)重介選矸系統(tǒng)、水洗系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程、循環(huán)水系統(tǒng)的

12、閉環(huán)控制、各轉(zhuǎn)運皮帶輸送機運輸工藝及各煤倉、煤場等操作存儲自動化，從而提高生產(chǎn)效率；(4)增強軟、硬件功能，保證整個系統(tǒng)的安全性和可靠性，并具有一定的先進性和代表性。3.4系統(tǒng)的功能設(shè)置選煤廠生產(chǎn)集控系統(tǒng)分為三個子系統(tǒng)：洗煤集控、原煤集控、儲運集控。每個子系統(tǒng)均設(shè)置可獨立運行的監(jiān)控操作站。 集控系統(tǒng)的基本功能 1) 系統(tǒng)的控制方式為方便靈活地對所有設(shè)備進行控制，主要工藝流程設(shè)備的運行采用五種控制方式：遠程自動控制：由集控室發(fā)出設(shè)備起、停車命令，實現(xiàn)現(xiàn)場相關(guān)設(shè)備的按流程起、停車控制；遠程單臺遙控：由集控室發(fā)出單臺設(shè)備起、停車命令，實現(xiàn)設(shè)備之間單臺切換運行，用于特殊設(shè)備的單臺起、停車控制；就地閉鎖

13、控制：由操作人員在現(xiàn)場操作單臺設(shè)備，設(shè)備之間具有閉鎖功能，此方式為集控系統(tǒng)的后備運行方式；就地解鎖控制：由操作人員在現(xiàn)場操作單臺設(shè)備，設(shè)備之間無閉鎖關(guān)系，用于設(shè)備檢修及單臺設(shè)備的試車；緊急停車：當現(xiàn)場或集控室出現(xiàn)故障，需要立即對分系統(tǒng)停車時，由程序或現(xiàn)場實現(xiàn)緊急停車控制，在現(xiàn)場操作與在集控室操作PLC的執(zhí)行是等價的。需在集控室進行復位后才能重新開車。2)集控系統(tǒng)的順序啟、?？刂撇襟E起車前的操作a、控制方式選擇：集控方式下，PLC執(zhí)行用戶程序的全部控制功能。就地方式下，PLC僅執(zhí)行模擬顯示功能。b、流程選擇：當選定選煤流程后，PLC將檢測有關(guān)輸入狀態(tài)，判斷參與該流程控制的溜糟位置，設(shè)備工作方式，

14、以及保護點狀態(tài)等是否滿足起車條件，若條件具備，則先發(fā)出電笛信號“系統(tǒng)準備起車”。否則將對所檢測出的故障點，作出多方位報警。c、起車方式及系統(tǒng)選擇：在一般情況下，用戶程序按逆煤流起車方式編制。d、遠動設(shè)備：對不需參予時序起動，或難以進入順序起車過程的設(shè)備，可以在起車前按閉鎖關(guān)系遠動控制起動該設(shè)備。起車過程控制a、當前述指令操作完畢，系統(tǒng)準備就緒，發(fā)出起車指令，所選洗煤系統(tǒng)在指定的起車方式下進入起車控制過程。b、在逆煤流起車過程中出現(xiàn)故障時，起車指令自動撤除并報警，已起設(shè)備保持運行，在短時間排除故障后，可從故障設(shè)備繼續(xù)起車；否則可全部停車。c、對起車過程的時間累計并顯示。系統(tǒng)運行的閉鎖控制 a、在

15、運行過程中出現(xiàn)故障時，逆煤流閉鎖保護、報警。b、對系統(tǒng)有效工作時間及產(chǎn)量，自動統(tǒng)計，顯示并打印。c、對各種保護、運行參數(shù)實時檢測。d、完成系統(tǒng)中各調(diào)節(jié)過程的控制。停車過程控制a、當系統(tǒng)對任一流程發(fā)出停車指令后，PLC將按用戶程序完成停車功能控制。b、對停車過程累計時間及總停車時間顯示。3)故障報警系統(tǒng)a.當設(shè)備發(fā)生故障或運行條件不滿足時，能根據(jù)閉瑣關(guān)系控制設(shè)備停車，并在監(jiān)控操作站上顯示故障原因并打印故障清單。 b.報警方式：現(xiàn)場使用電笛報警、集控室內(nèi)使用語音報警，并能夠即時打印報警清單。c.對每臺設(shè)備增加故障檢測點，用于檢測各設(shè)備配電元器件工作情況，建立低壓配電動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對配電系統(tǒng)的運行情

16、況和故障位置進行準確判斷和及時報警。低壓配電動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)視界面如圖3-2所示。集控系統(tǒng)功能擴充為更加全面的監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)備的運行狀態(tài)及擴大集控系統(tǒng)的功能范圍，在各分站適當增加輸入、輸出點(AI、DI、DO)、將重要設(shè)備的電流、電壓等模擬量信號引入監(jiān)控系統(tǒng)，并通過現(xiàn)場總線傳送到集控室，實現(xiàn)對設(shè)備負荷狀態(tài)的監(jiān)視，同時將新增設(shè)備納入到集控系統(tǒng)中來。開關(guān)量檢測回路： a、設(shè)備監(jiān)測點增加：在原系統(tǒng)巳有開關(guān)量的基礎(chǔ)上，除原系統(tǒng)的手/自動狀態(tài)、接觸器狀態(tài)、空開位置、禁起等監(jiān)測點外，為進一步提高系統(tǒng)的監(jiān)測功能，對于重要的生產(chǎn)設(shè)備增加一些檢測量，包括漏電、過載、堵塞、供電系統(tǒng)(進出線柜與聯(lián)絡(luò)柜高低壓開關(guān)狀態(tài))

17、、皮帶的跑偏、低速等。圖3-2低壓配電動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)視界面 b、故障判斷快速準確：通過對系統(tǒng)監(jiān)測點位的增加，使得系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的故障點都有了反饋信號。因此，對于系統(tǒng)中的故障，集控系統(tǒng)可以準確、快速的檢測出故障設(shè)備、保護動作位置。模擬量檢測回路：PLC的模擬量輸入模塊把選煤廠的料位、液位、電流等模擬量變換成PLC能夠處理的數(shù)字量信號，以完成對各種參數(shù)狀態(tài)的實時檢測。對于數(shù)據(jù)采集具有如下功能：a、實時準確的檢測各種模擬量。b、根據(jù)檢測到的模擬量數(shù)值，統(tǒng)計各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表。c、將各檢測值、計算、統(tǒng)計值進行自動存儲、顯示。d、根據(jù)檢測值、設(shè)定值、統(tǒng)計值進行自動控制及超限報警。集控操作系統(tǒng)界面設(shè)計集控系

18、統(tǒng)操作界面包括調(diào)度室操作界面和原煤、儲運子系統(tǒng)操作界面。對各獨立操作的控制系統(tǒng)，操作員接口上設(shè)置相應(yīng)的獨立操作畫面，并以直觀的圖形和準確的漢字提示，用工業(yè)鼠標器或鍵盤完成指令的發(fā)送，如對各系統(tǒng)程序控制方式設(shè)置、流程選擇、起/停車及解除等。以洗水系統(tǒng)操作界面圖為例，見圖3-3。系統(tǒng)界面共分為以下幾部分： 1) 控制系統(tǒng)總菜單； 2) 工藝流程操作界面：洗煤系統(tǒng)有跳汰系統(tǒng)、撈坑系統(tǒng)、沉降系統(tǒng)操作界面；原煤系統(tǒng)有重介系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)操作界3) 工藝流程監(jiān)視界面：壓濾車間監(jiān)視界面； 4) 選煤廠平面圖：該界面可下拉出各系統(tǒng)的硬件配置拓撲圖和配電系統(tǒng)圖； 5) 控制系統(tǒng)信息界面和故障報警界面。圖3-3水洗

19、系統(tǒng)操作界面集控系統(tǒng)指標實時監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵在于迅速、及時、準確的反映生產(chǎn)過程中各種參數(shù)、設(shè)備運行狀態(tài)、生產(chǎn)情況的變化，它有三個基本的技術(shù)指標：畫面響應(yīng)時間：指從發(fā)出調(diào)出某幅圖形指令到圖形全部顯示到屏幕的時間。由于現(xiàn)在微型計算機的處理速度有很大的提高，以及WINDOWS對圖形處理的優(yōu)勢，即使全屏幕重繪可以完全控制在毫秒級以內(nèi)(根據(jù)圖形復雜程度)。數(shù)據(jù)更新周期：指圖形每間隔多少時間根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的實時控制信息或數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，重新對反映現(xiàn)場的圖形畫面進行更新顯示需要的時間，本系統(tǒng)應(yīng)控制在毫秒級，也可根據(jù)現(xiàn)場的要求對刷新的最短時間進行設(shè)置。數(shù)據(jù)準確程度：指系統(tǒng)在數(shù)據(jù)的傳輸過程中對數(shù)據(jù)真實的反映程度。誤碼

20、的發(fā)生情況越少，數(shù)據(jù)準確程度越高。4 系統(tǒng)開發(fā)原則4.1可靠性原則集控系統(tǒng)的可靠性通過以下幾方面進行保證：集控系統(tǒng)的電源為兩路供電，兩路實現(xiàn)無擾切換，且有UPS電源，保證了系統(tǒng)運行的可靠性；增加了輔助檢測點及故障診斷軟件，可以提高故障判斷的及時性和準確性，大大減少誤判斷和誤操作；軟件設(shè)計方面也提高了系統(tǒng)的可靠性，如報警裝置、監(jiān)測信號等擴展。4.2先進性原則1、技術(shù)上的先進性本系統(tǒng)采用目前流行的工業(yè)以太網(wǎng)局域網(wǎng)和Mdbus plus通訊系統(tǒng)，PLC也采用原裝進口美國施耐德Quantum 系列PLC，使用的組太軟件為Intuch6.0 ，PLC軟件編程器為Modsoft V2.51。保證了技術(shù)上的

21、先進性2、功能上的先進性集控系統(tǒng)功能齊全，各項檢測、與報警完善；操作簡單，各種監(jiān)視圖形、指標完備。以保證功能上的先進性。4.3可擴展性原則施耐德Quantum 系列PLC為開放的、基于標準的網(wǎng)絡(luò)連接和現(xiàn)場總線連接等要求提供選擇，具簡單的高性能的通訊系統(tǒng)，模塊化易于擴展?？赏ㄟ^模塊與多種網(wǎng)絡(luò)通訊。4.4系統(tǒng)開發(fā)軟件系統(tǒng)開發(fā)軟件為開發(fā)操作界面的組太軟件組和PLC軟件編程軟件，本系統(tǒng)使用的組太太軟件為Intuch6.0 ，PLC軟件編程器為Modsoft V2.51。PLC軟件編程器為Modsoft V2.51是在上位機上使用編輯編譯然后下裝入PLC的CPU存儲器中，可進行圖形編輯GPS、梯形圖編輯

22、LSS。5 方案設(shè)計5.1生產(chǎn)集控PLC系統(tǒng)方案設(shè)計工藝系統(tǒng)設(shè)備的控制需求分析根據(jù)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)設(shè)備的分布情況，按各設(shè)備的配電回路所在配電室將原系統(tǒng)的分站進行重組，并考慮到新增篩分車間的設(shè)備，在每個設(shè)備較為集中的配電室設(shè)置PLC控制分站，下面將各控制分站的控制需求統(tǒng)計如下：洗煤系統(tǒng)9PD#配電室控制分站9PD設(shè)備清單：操作設(shè)備 311-1、311-2精煤篩；312-1、312-2精煤篩；313-1、313-2精煤篩；314-1、314-2精煤篩； 339刮板、357-1皮帶機、VM1（中煤脫水機）、VM2（中煤脫水機）、VM3（中煤脫水機）；僅監(jiān)視307跳汰機、308跳汰機、30 9跳汰機、31

23、0跳汰機、303給煤機、304給煤機、305給煤機、306給煤機、341風機、342風機、343風機、344風機、輸入輸出點數(shù)配置：輸入100點，輸出25點。10PD配電室控制分站10PD設(shè)備清單： 224皮帶機、301皮帶機、302皮帶機、319澇坑斗子、331矸石斗子、332矸石斗子、333矸石斗子、334矸石斗子、327中煤斗子、328中煤斗子、329中煤斗子、330中煤斗子、FC旋轉(zhuǎn)、FC油壓、澇坑系統(tǒng)離心脫水機VC323-1、VC323-2、 VC323-3；澇坑系統(tǒng)離心脫水機324-1、324-2、324-3；澇坑系統(tǒng)離心脫水機VC325-1、325-2、325-3；澇坑系統(tǒng)離心脫

24、水機326-1、326-2、326-3；801、802、349、321-1、321-1、321-2、335-1、336-1、322-1、322-2、337-1、338-1、340-1、333、334、356、357、350、325-2、326-2、325-1、326-1、320、僅監(jiān)視335沉降離心脫水機、336沉降離心脫水機、337沉降離心脫水機、338、340、350（共49臺）；輸入輸出點數(shù)配置：輸入196點，輸出49點。5PD-2配電室控制分站（包括新精煤倉上設(shè)備）5PD-2（倉上）配電室設(shè)備清單：501、502、504、505、506、507、508、548、511、510、509（

25、共11臺）；新精煤倉上配電點設(shè)備清單：560、561、562、563、564、565（共6臺）；輸入輸出點數(shù)配置：輸入68點，輸出17點。除木雜系統(tǒng)設(shè)備清單：358、1301、1302、1303、1304、1305、1306、1307、1308，（共9臺） 輸入輸出點數(shù)配置：輸入36點，輸出9點。 合計：受控設(shè)備100臺，分站數(shù)4個，輸入400點，輸出100點。原煤系統(tǒng)原煤集控對重介車間洗煤設(shè)備與皮帶運輸設(shè)備進行監(jiān)控與操作，現(xiàn)又加入新增篩分車間，PLC分站為3PD、重介二樓配電室、重介三樓配電室、原煤1#變電所分站。 3PD配電室控制分站 3PD設(shè)備清單：1G、2G給煤機、178、179手選皮

26、帶、183、184碎煤皮帶、107、108（共8臺）輸入輸出點數(shù)配置：輸入32點，輸出8點。重介二樓配電室控制分站 重介二樓配電室設(shè)備清單：141、142皮帶機、146-1、146-2斜輪、148、149脫介篩、180（共7臺控制、8臺監(jiān)視） 輸入輸出點數(shù)配置：輸入46點，輸出7點。重介三樓配電室控制分站重介三樓配電室設(shè)備清單：143、144、145、147-1、147-2、150、151（共7臺）輸入輸出點數(shù)配置：輸入28點，輸出7點。原煤1#變電所控制分站原煤1#變電所設(shè)備清單：201-1、201-2、231、235破碎機（共4臺控制、7臺監(jiān)視）輸入輸出點數(shù)配置：輸入30點，輸出4點。篩分

27、車間變電室控制分站 篩分車間變電室設(shè)備清單：260、261、268、262、267、263、264、265、266、（共9臺） 輸入輸出點數(shù)配置：輸入38點，輸出09點。 合計：受控設(shè)備50臺，分站數(shù)4個，輸入176點，輸出35點。儲運系統(tǒng) 儲運集控是對裝車點、倉下和落地各皮帶、給煤機進行監(jiān)控與操作，現(xiàn)又加入了新煤場落地皮帶系統(tǒng)。其4個PLC分站為5PD-2、原煤2#變電所、塊煤倉下、原煤倉下、壓濾車間配電室。2號變電所控制分站2號變電所分站設(shè)備清單：211、212、903、901、902、213、222、218、219、225、226、580、581、582、583、568-579（共27臺

28、）輸入輸出點數(shù)配置：輸入118點，輸出27點。5PD-1（倉下）配電室控制分站 5PD-1（倉下）配電室設(shè)備清單：536、537、545、546、512-535、538-541、580、581、582、583（共36臺）輸入輸出點數(shù)配置：輸入96點，輸出16點。原煤倉下、塊煤倉下配電點控制分站 原煤倉下、塊煤倉下配電點設(shè)備清單：塊煤倉下232-1、232-2、233-1、233-2、原煤倉下204、205、206、207、208、209、末煤倉下：275、276、277、269、270、271、272、273、274（共19臺）； 輸入輸出點數(shù)配置：輸入76點，輸出16點。壓濾車間控制分站壓濾

29、車間設(shè)備清單：609、610、611、623、624、622、608、621、614、616、401、402、403、416、417、407、408、409、420、421、405、418、404、406、419、411、422、410、412、428、834、701、702、703、707、708、709、705、706、814（共41臺） 輸入輸出點數(shù)配置：輸入96點，輸出10點。 合計：受控設(shè)備123臺，分站數(shù)4個，輸入386點，輸出69點。調(diào)度室模擬盤驅(qū)動分站 全廠納入集控系統(tǒng)的設(shè)備共273臺，其中參控設(shè)備181臺，監(jiān)測設(shè)備92臺。按每臺設(shè)備兩個顯示點（空氣開關(guān)狀態(tài)和設(shè)備控制接觸器狀態(tài)

30、）計算，共需24VDC輸出模塊470點。5.2PLC主站及網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖5-1 PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)選煤廠工藝流程設(shè)備的控制需求及系統(tǒng)運行的可靠性要求，我們設(shè)計了三種方案，經(jīng)礦上組織有關(guān)部門進行論證，選擇了第二方案，即在水洗和原煤系統(tǒng)分別設(shè)置一套PLC，在配電設(shè)備較為集中的配電室設(shè)置PLC分布站，利用MB+工業(yè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成兩套PLC分布式控制系統(tǒng)。在選煤廠調(diào)度室、原煤車間、儲運車間分別設(shè)置上位機監(jiān)控操作站，在兩套PLC主機站和上位機監(jiān)控操作站之間建立上層MB+網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)信息共享。網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。5.3控制方案設(shè)計本方案選用施耐德140系列PLC系統(tǒng)，主機選用CPU11303中央處理單元

31、，具有512K字節(jié)RAM，MODBUS、MODBUS PLUS接口。與現(xiàn)場的設(shè)備狀態(tài)檢測及控制電路相連的部分采用MODBUS PLUS工業(yè)總線結(jié)構(gòu)的分布式控制系統(tǒng)，在廠調(diào)度室和原煤車間分別設(shè)置獨立的PLC主機站，在主廠房洗煤車間9PD、10PD和5PD-1配電室、原煤車間3PD、重介二、三樓配電室、篩分車間配電室、原煤1#變電所、儲運集控5PD-1、原煤2#變電所、塊煤倉下、原煤倉下、壓濾車間配電室設(shè)置分布站，除原煤車間3PD、重介二、三樓配電室、篩分車間配電室和原煤1#變電所分布站由原煤系統(tǒng)PLC控制外，其余分布站均由廠調(diào)度室PLC控制。在各分布站上均選用電壓等級為220VAC輸入和220V

32、AC繼電器輸出的輸入輸出模塊。輸入每模塊32點，輸出每模塊16點，共需輸入模塊31塊，輸出模塊14塊，模擬顯示輸出13塊。監(jiān)控操作站通過MODBUS PLUS工業(yè)總線適配器SA85-000與網(wǎng)絡(luò)相連。系統(tǒng)中將更換設(shè)備就地控制箱，本系統(tǒng)增加一些輸入輸出點檢測點，就地控制箱及其控制原理將更為規(guī)范統(tǒng)一。6 系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)6.1集控系統(tǒng)主要配置 可編程控制器PLC 本系統(tǒng)的可編程控制器選用施耐德Modicon TSX Quantum 140系列PLC系統(tǒng)。主洗系統(tǒng)與原煤車間均選用相同系列、相同型號的主機。儲運集控系統(tǒng)、壓濾車間監(jiān)控系統(tǒng)及新增精煤倉系統(tǒng)、除木雜系統(tǒng)并入主洗系統(tǒng)，篩分系統(tǒng)并入重介系統(tǒng)。施耐

33、德電氣公司推出的通用自動化平臺Quantum，是具有強大處理能力的大型控制系統(tǒng)，可以滿足大部分離散和過程控制的需要，是經(jīng)濟、靈活的硬件控制平臺。Quantum系統(tǒng)特點如下：(1)Quantum系統(tǒng)是具有很強數(shù)據(jù)處理能力的專用計算機。Quantum具有模板化，可擴展的體系結(jié)構(gòu)。(2)CPU單元：可選586的控制器，單機支持超過300個回路和65000點I/O，背板總線速率高達80兆；(3)可靠性：所有I/O模塊均可帶電熱插拔；提供防爆的本質(zhì)安全型模塊和符合美國軍標的表面涂敷涂層模板，能有效抵抗酸堿環(huán)境腐蝕；輸出模塊提供故障狀態(tài)預(yù)設(shè)置功能。(4)I/O：分為本地I/O，遠程I/O、分布式I/O。分

34、布式I/O可帶32個分站最大距離（不加中繼器）為457米。I/O模塊提供16點和32點兩種規(guī)格的I/O模塊；所有與總線相連的I/O模板都經(jīng)過光電隔離，確保安全和無故障操作。所有I/O模板都是軟件可配置的。上位機配置 上位機選用臺灣華研工控機，CPU為PIII800EB以上，雙17”彩色顯示器。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置采用雙層Modbus Plus網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)第一層是由上位機和PLC主機構(gòu)成的分布式網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)第二層是由PLC主機和其分布站構(gòu)成的分布式網(wǎng)絡(luò)。Modbus Plus網(wǎng)絡(luò)綜合高速、對等通訊和易于安裝等特點以實現(xiàn)簡化應(yīng)用和減少安裝費用。它使得主機、控制器和其它數(shù)據(jù)源通過使用低成本的雙絞線電

35、纜或可選的光纜在整個網(wǎng)絡(luò)上作為同位體進行通訊。作為一個判斷性令牌傳輸網(wǎng)絡(luò)，它控制Modbus Plus以一兆波特的速率進行通訊，快速存取過程數(shù)據(jù)。它控制實時控制裝置如I/O裝置的能力，不會由于加載或通信量的原因而下降性能。在該網(wǎng)絡(luò)上予留將來與選煤廠計算機管理局域網(wǎng)相連的接口。網(wǎng)絡(luò)圖見系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖5-1所示。下面分別介紹各系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。如下：（1） 洗煤系統(tǒng)PLC配置圖，圖6-1。圖6-1水洗系統(tǒng)配置圖（1）（2）儲運系統(tǒng)PLC配置圖，圖6-2。圖6-2儲運系統(tǒng)配置圖3）原煤系統(tǒng)PLC配置圖，圖6-3。圖6-3原煤系統(tǒng)配置圖電動機控制原理新控制系統(tǒng)中的所有電動機采用統(tǒng)一的控制原理和統(tǒng)

36、一接線方案，以利于安裝和維護。電動機控制原理如下圖6-4所示。圖6-4電動機控制原理圖6.2控制原理圖集控系統(tǒng)控制為集控PLC由就地控制箱和配電柜取輸入輸出信號，每臺設(shè)備4個輸入點，2個輸出點。4個輸入點為：I1位置信號Z、I2停車按鈕監(jiān)控點、I3空氣開關(guān)監(jiān)控點、I4返回信號F；2個輸出為：監(jiān)控OC輸出、輸出信號O。電纜走向為由就地控制箱到配電柜，再由配電柜到PLC機柜。原理圖為圖6-5所示： 圖6-5 控制原理總圖1、就地控制箱控制原理圖根據(jù)現(xiàn)場條件、運行狀況、控制方式的不同，設(shè)計了九種就地控制箱，即有九種不同的控制原理圖，九種不同的接線方式。但是不同的控制方式輸入輸出點卻是相同的，每臺設(shè)備

37、4個輸入點，2個輸出點。1#就地控制箱為一臺設(shè)備、一個轉(zhuǎn)換開關(guān)、一套啟停按鈕；就地控制箱控制原理圖、就地控制箱結(jié)構(gòu)布置圖、就地控制箱接線圖見圖6-6，6-7，6-8圖6-6JKDSA：11FU1SA：32KA：14KAJl：A13OcKAJ：A24NKAJ：I25I2BH：126KM:A1SP1：117KM:14SA：88KM:13SA：29I1101112131415XK至機柜圖6-8就地控制箱接線圖2、配電柜端子控制原理圖，圖6-9，圖6-10控制箱端子配電柜端子序號線號電纜序號序號功能線號FUA11電源ADZ-6*KM-A122KM線圈前端*KM-A1DZ-8*KM-1333KM自保前端

38、*KM-13Z-7*KM-1444KM自保后端*KM-14DZ-1*KA-1355KA常開前端*KA-13DZ-2*KA-1466KA常開后端*KA-14DZ-3*KAJ-A177監(jiān)控OC輸出*KAJ-A1DZ-5*KAJ-I288監(jiān)控I2（公共端）*KAJ-I2DZ-9*SA-I299監(jiān)控I1（位置信號）*SA-I210空氣開關(guān)下端*KZ11接觸器KM下端I4*F12空DZ-10*TA1-11113互感器前端*TA1-1DZ-12*TA1-21214互感器后端*TA1-2DZ-4N1015地N16備用17備用18備用接本配電19備用20備用圖6-9 去PLC柜圖6-10配電柜原理圖 3、PL

39、C機柜原理圖6=11圖6-11PLC機柜中上部是PLC機架、模塊，中間為輸出信號的中間繼電器，下為接線端子排。通過端子排與配電室內(nèi)的配電柜相連。參考文獻：1 肖興明.機電控制及自動化.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，20032 徐惠民，安德寧.單片微型計算機原理、接口及應(yīng)用（第二版）.北京：北京郵電大學出版社，20003 柳昌慶，王啟廣.測試技術(shù)與實驗方法.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，20014 鄭堤，唐可紅.機電一體化設(shè)計基礎(chǔ).北京：機械工業(yè)出版社，20015 劉迎春，葉湘濱.現(xiàn)代新型傳感器原理與應(yīng)用.北京：國防工業(yè)出版社，19986 趙燕、周新建.可編程控制器原理與應(yīng)用.北京：中國林業(yè)出版社，20

40、067 廖常初. PLC應(yīng)用技術(shù)問答.北京：機械工業(yè)出版社，20068 熊葵容. 電器邏輯控制技術(shù). 北京：科學出版社，20029 徐科軍.傳感器與檢測技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，200410 王魁漢，李友，王柏忠.溫度測量技術(shù)的最新動態(tài)及特殊與實用測溫，技術(shù)200411 何克忠，李偉.計算機控制系統(tǒng).北京：清華大學出版社，199812 胡鴻.機電一體化原理及應(yīng)用.北京：北京國防工業(yè)出版社，199913 KJD礦用本質(zhì)安全型可編程控制器使用說明書.煤炭科學研究總院常州自動化研究所14 張景松.流體機械.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，200115 煤礦安全規(guī)程.北京：煤炭工業(yè)出版社，2004附錄：P

41、LC 程序設(shè)計集控系統(tǒng)PLC程序設(shè)計由PLC軟件編程器Modsoft V2.51在上位計算機上編寫編譯，并下裝入PLC CPU存儲器的。編程步驟如下：a、根據(jù)生產(chǎn)工藝設(shè)計設(shè)備流程圖、控制原理圖b、對整個系統(tǒng)進行硬件設(shè)置、定義。對個主站及分站硬件配置進行設(shè)置；對各機架、各模塊、模塊的每個點進行定義；對整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)定。c、 定義內(nèi)部變量及內(nèi)部接點，定義外部變量。d、 編寫梯形圖程序。下面以新建精煤倉上設(shè)備的程序設(shè)計為例來介紹以下PLC程序設(shè)計。新建精煤倉上的煤流來自501皮帶機和煤流來自501皮帶機的兩套系統(tǒng)。煤流來自501皮帶機的系統(tǒng)564刮板機、563P破碎機、562精煤篩、560皮帶

42、機；煤流來自501皮帶機的系統(tǒng)565刮板機、561皮帶機。501562a、 兩套系統(tǒng)的流程圖如下：b、 定義變量地址 設(shè)備信號 561565560562563564電笛Z位置713721711715717719F返回706710705707708709C輸出738742737739740741743KZ電源714722712716718720S/T307/314306/307306/315305/316305/316305/316 新精煤倉上系統(tǒng)PLC梯形圖如下：1、定義輸入數(shù)據(jù)在PLC寄存器內(nèi)的16個字節(jié)的地址X705、X706、X707、X708、X709、X710、X711、X714X7

43、22共18位，因此定義了MIRW13和MIRW12兩個功能塊。（1） C2 MIRW10 MIRW11 MIRW13 C103 （ ） IR：X353 IR：X369 IR：X705A：V106 A：V107 A：V112 N=16 N=16 N=16 （2） C2 MIRW12 C1224 （ ） IR：X721 A：V113 N=162、定義定時器為程序運行作準備 （3） C2 TMR1 C1 （ ） P=1.0 （4） C1 TMR2 C1 （ ） P=1.0 3、560系統(tǒng)上位機界面啟/停按鈕相聯(lián)系的操作，C1007為啟車內(nèi)部線圈，C1006為與界面相連的PLC內(nèi)部接點，下面的梯形圖（5）的C1006為常開接點，當按鈕按下時C100 7內(nèi)部線圈瞬間帶電，有輸出。 （5） C1006 C1007 ：O： （ ）梯形圖（6）的C1006為常閉接點，當按鈕按下時C1008停車內(nèi)部線圈瞬間有輸出，瞬間斷開。 （6） C1006 C1008：O： （ ） 4、561系統(tǒng)上位機界面啟/停按鈕相聯(lián)系的操作，C1002為與截面相連的PLC內(nèi)部接點，下面的梯形圖（5）的C1002為常開接點，當按鈕按下時C1003內(nèi)部線圈瞬間帶電，有輸出。 （7）