摘要：本文主要介紹了由西門子產(chǎn)品構(gòu)成的煤礦“主井提升信號”及“自動裝卸載”控制系統(tǒng)。控制方案為PROFIBUS-DP光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括PLC、上位軟件、稱重和物位測量等產(chǎn)品。該控制系統(tǒng)完全達(dá)到了安全、可靠、精準(zhǔn)、高效的控制要求。
關(guān)鍵詞：主井提升信號及自動裝卸載；可編程控制器；工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)； 監(jiān)視軟件； 稱重系統(tǒng)； 超聲波料位計

一、 項(xiàng)目簡介

1.顧橋煤礦是淮南礦業(yè)集團(tuán)實(shí)施“建大礦、辦大電、做資本”發(fā)展戰(zhàn)略，建設(shè)煤電一體化新型能源基地而首批開工建設(shè)的核心工程，建設(shè)規(guī)模年產(chǎn)1000萬噸，是亞洲開采規(guī)模最大的礦井，被譽(yù)為“亞洲第一井架”。西門子控制系統(tǒng)應(yīng)用后,業(yè)主認(rèn)為明顯降低了設(shè)備故障率、簡化了操作、減輕了工人勞動強(qiáng)度、提高了生產(chǎn)運(yùn)行的安全可靠性、最大限度地縮減裝卸載的時間，達(dá)到了提高產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)增效的目的。

2.顧橋礦井主井深800米，井筒直徑為7.5米。主井架高78.6米，重854噸，裝備2套32噸箕斗，年最大提升能力1440萬噸.井下每套裝載系統(tǒng)對應(yīng)三個40米原煤倉，倉下有六臺給煤機(jī)，一條寬1.4米長60米的裝載膠帶機(jī)，膠帶機(jī)對應(yīng)一個32噸的定量斗，定量斗下有定量斗閘門和裝煤分配器及舌板。卸載采用曲軌卸載方式。

3.整個系統(tǒng)使用315-2DP CPU模板 3個，PS307 電源模板 3個，32點(diǎn)DI 7個，32點(diǎn)DO 7個，8CH AI 2個，OLM 光纖鏈路模塊 3個，CP5611 1個，WINCC RC1024 1套，CP342-5通訊模塊 1個，CP343-1以太網(wǎng)模板 1個，MiniRanger Plus200 雙點(diǎn)料位儀表 1個，XPS-15探頭 2個，SITRANS LU02雙點(diǎn)料位計 1個，XLT-60探頭2個，SIWAREX U 稱重模塊 2個，CC-100T稱重傳感器 4個。

4.礦區(qū)圖片

二、 控制系統(tǒng)構(gòu)成

1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2. 系統(tǒng)軟硬件配置

·在提升機(jī)房設(shè)S7-300 PLC主站，在卸載站設(shè)S7-300 PLC分站，在井下裝載設(shè)S7-300 PLC分站。
·S7-300 PLC CPU 采用315-2DP ，主站和分站之間通過OLM組成PROFIBUS-DP工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)。
·提升機(jī)房還設(shè)上位機(jī)，通過CP5611與提升機(jī)房S7-300 PLC主站的MPI口連接，組態(tài)軟件采用WINCC。
·提升機(jī)房S7-300 PLC主站的通訊模板CP342-5與提升機(jī)主PLC S7-400組成PROFIBUS-DP，通訊模板CP343-1提供給全礦井綜合自動化以太網(wǎng)接口。
·在卸載煤倉和裝載煤倉分別使用SIEMENS MiniRanger Plus短量程物位計和SITRANS LU長量程物位計。
·在井下定量倉采用CC系列柱式稱重傳感器及SIWAREX U 多功能的稱重模塊。
·在三個PLC站還設(shè)置DI 數(shù)字量輸入模板、DO 數(shù)字量輸出模板、及AI模擬量輸入模板。

3. 軟硬件選型依據(jù)：

·遵循“五高”建設(shè)方針，即高起點(diǎn)、高技術(shù)、高質(zhì)量、高效率、高效益，突出效益優(yōu)先；
·技術(shù)先進(jìn)，可靠性高，擴(kuò)展與升級容易，具有故障自診斷功能，做到夠用、適用、好用、易擴(kuò)展；
·網(wǎng)絡(luò)通訊功能強(qiáng)大，易于與其它系統(tǒng)集成。

設(shè)備層選用SIEMENS 的超聲波料位機(jī)，非接觸式技術(shù)減少維護(hù) 、易于安裝：使用可移動的紅外編程器易于編程 、帶背光的液晶顯示器顯示標(biāo)準(zhǔn)工程單位讀數(shù) 。稱重模塊經(jīng)過系統(tǒng)的集成，明顯降低費(fèi)用。增加精度及可靠性，系統(tǒng)更換無需重新標(biāo)定，模塊稱重故障報警容易記錄和監(jiān)測。精度：0.05%具有65535分度分辨率 、無需調(diào)節(jié)重量能進(jìn)行理論的調(diào)節(jié) 。

控制層選用S7-300 PLC 315-2DP通過OLM組成PROFIBUS-DP工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)。12M 的通信速率和可靠的通信質(zhì)量、靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及冗余的通信模型 、強(qiáng)大的通信功能，支持基于總線的驅(qū)動技術(shù)和符合IEC61508 的總線安全通信技術(shù)，是整個系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的保證。

信息層選用SIEMENS工業(yè)以太網(wǎng)及WINCC組態(tài)軟件，利用工業(yè)以太網(wǎng)，SIMATIC NET 提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)上與IEEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP 通訊協(xié)議。WinCC集生產(chǎn)自動化和過程自動化于一體，實(shí)現(xiàn)了相互之間的整合。

4. 方案比較：

與第一代繼電器和集成電路同類產(chǎn)品和第二代PLC加傳統(tǒng)簡易傳感器及進(jìn)口的裝卸載系統(tǒng)相比，此系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

·整個系統(tǒng)有機(jī)的完美結(jié)合，所有數(shù)據(jù)信息均可通過軟件分析及網(wǎng)絡(luò)傳輸，是一套真正的全數(shù)字，全集成的系統(tǒng)。
·系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線通訊的方式,減少了現(xiàn)場的布線。
·減少了系統(tǒng)的投資，增加了設(shè)備所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。
·縮短了系統(tǒng)現(xiàn)場的調(diào)試時間。
·增加了系統(tǒng)的安全性，可靠性，穩(wěn)定性，先進(jìn)性。
·給現(xiàn)場的工程師維護(hù)帶來了極大的方便，減少了設(shè)備后期的服務(wù)。

三、 控制系統(tǒng)完成的功能：

1. 主要功能特點(diǎn)

☆ 主井提升信號及自動裝卸載各自具有自動、手動、手動解鎖三種工件方式，點(diǎn)動方式用于裝卸載的調(diào)試和檢修。信號在檢修狀態(tài)只有慢車信號。
☆ 自動裝載定量、定容、定時保護(hù)及顯示。
☆故障自動報警功能，及傳感器的故障自診斷。
☆ 提升次數(shù)記憶功能和提升信號的斷電記憶功能。
☆ 有工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)冗余通訊功能。
☆ 上、下井口信號間的閉鎖功能、檢測箕斗的裝卸載位置異常功能
☆ 防止二次裝載保護(hù)功能。
☆ 主井提升信號及自動裝卸載有上位機(jī)系統(tǒng)、能監(jiān)測各個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障記憶查詢、產(chǎn)量的累計及報表、空載、滿載、超載的標(biāo)定，及定量斗假余煤的校零功能。
☆ 與絞車控制回路的閉鎖功能、及PROFIBUS-DP軟件通訊回路閉鎖。
☆ 有聯(lián)絡(luò)呼叫功能。
☆ 有井上下煤倉煤位的連續(xù)實(shí)時監(jiān)測功能。
☆ 有與全礦井綜合自動化的以太網(wǎng)接口。
☆ 系統(tǒng)有供電電源的絕緣監(jiān)測與電壓監(jiān)測功能。
☆ 有箕斗的卸載狀態(tài)監(jiān)視功能，檢測箕斗是否卸空。
☆ 有對裝載皮帶的溫度、煙霧、跑偏、堆煤、斷帶及拉線急停的保護(hù)功能。
☆ 有對動力負(fù)荷的保護(hù)上位機(jī)監(jiān)測功能，如缺相,短路,堵轉(zhuǎn),過載,相不平衡,漏電等故障進(jìn)行監(jiān)測保護(hù)。
☆ 整個系統(tǒng)的通過網(wǎng)絡(luò)訪問維護(hù)功能。

2. 系統(tǒng)工作流程圖與系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)工作流程圖

◇ 井下信號、裝載系統(tǒng)自動方式：以A箕斗為例,B箕斗與其操作相同。

*注：按裝載急停按鈕，可使裝載站設(shè)備在任何狀態(tài)下停止輸出。按下信號急停可使提升機(jī)在任何狀態(tài)下停止運(yùn)行，信號閉鎖在箕斗到位狀態(tài)下按下，可防止提升機(jī)啟動。