SIEMENS自动化产品在煤矿主井提升信号及自动装卸载系统中的应用_wincc_电机

SIEMENS自动化产品在煤矿主井提升信号及自动装卸载系统中的应用

2009/2/9 17:08:00

摘要：本文主要介绍了由西门子产品构成的煤矿”主井提升信号”及”自动装卸载”控制系统.控制方案为PROFIBUS-DP光纤环网结构,包括PLC、上位软件、称重和物位测量等产品.该控制系统完全达到了安全、可靠、精准、高效的控制要求。
关键词：主井提升信号及自动装卸载;可编程控制器;工业光纤环网；监视软件；称重系统；超声波料位计.
Abstract:This paper introduces that SIEMENS products used in coal mine “main shaft lift signal “ and “automatic load unload” control system. The configuration is Profibus-DP fiber Industrial net, include PLC, monitor softfware, weighing and level ultrasonic etc. the control system ensure the project safety, credibility, accurate,and efficient.
Key Words: “main shaft lift signal “ and “automatic load unload”, PLC, industrial fiber net, monitor softfware, weighing system, level ultrasonic.

一、项目简介
1.顾桥煤矿是淮南矿业集团实施“建大矿、办大电、做资本”发展战略，建设煤电一体化新型能源基地而首批开工建设的核心工程，建设规模年产1000万吨，是亚洲开采规模最大的矿井，被誉为“亚洲第一井架”。西门子控制系统应用后,业主认为明显降低了设备故障率、简化了操作、减轻了工人劳动强度、提高了生产运行的安全可靠性、最大限度地缩减装卸载的时间,达到了提高产量，实现增效的目的.
2.顾桥矿井主井深800米，井筒直径为7.5米。主井架高78.6米，重854吨，装备2套32吨箕斗，年最大提升能力1440万吨.井下每套装载系统对应三个40米原煤仓，仓下有六台给煤机，一条宽1.4米长60米的装载胶带机，胶带机对应一个32吨的定量斗，定量斗下有定量斗闸门和装煤分配器及舌板。卸载采用曲轨卸载方式。
3.整个系统使用315-2DP CPU模板 3个，PS307 电源模板 3个，32点DI 7个，32点DO 7个，8CH AI 2个，OLM 光纤链路模块 3个，CP5611 1个，WINCC RC1024 1套，CP342-5通讯模块 1个，CP343-1以太网模板 1个，MiniRanger Plus200 双点料位仪表 1个，XPS-15探头 2个，SITRANS LU02双点料位计 1个，XLT-60探头2个，SIWAREX U 称重模块 2个，CC-100T称重传感器 4个。
4.矿区图片

二、控制系统构成
1. 系统结构图

2. 系统软硬件配置
 在提升机房设S7-300 PLC主站，在卸载站设S7-300 PLC分站，在井下装载设S7-300 PLC分站。
 S7-300 PLC CPU 采用315-2DP ，主站和分站之间通过OLM组成PROFIBUS-DP工业光纤环网。
 提升机房还设上位机，通过CP5611与提升机房S7-300 PLC主站的MPI口连接，组态软件采用WINCC。
 提升机房S7-300 PLC主站的通讯模板CP342-5与提升机主PLC S7-400组成PROFIBUS-DP，通讯模板CP343-1提供给全矿井综合自动化以太网接口。
 在卸载煤仓和装载煤仓分别使用SIEMENS MiniRanger Plus短量程物位计和SITRANS LU长量程物位计。
 在井下定量仓采用CC系列柱式称重传感器及SIWAREX U 多功能的称重模块。
 在三个PLC站还设置DI 数字量输入模板、DO 数字量输出模板、及AI模拟量输入模板。
3. 软硬件选型依据：
 遵循“五高”建设方针，即高起点、高技术、高质量、高效率、高效益，突出效益优先；
 技术先进，可靠性高，扩展与升级容易，具有故障自诊断功能，做到够用、适用、好用、易扩展；
 网络通讯功能强大，易于与其它系统集成。
设备层选用SIEMENS 的超声波料位机，非接触式技术减少维护、易于安装：使用可移动的红外编程器易于编程、带背光的液晶显示器显示标准工程单位读数。称重模块经过系统的集成，明显降低费用。增加精度及可靠性，系统更换无需重新标定，模块称重故障报警容易记录和监测。精度：0.05%具有65535分度分辨率、无需调节重量能进行理论的调节。
控制层选用S7-300 PLC 315-2DP通过OLM组成PROFIBUS-DP工业光纤环网。12M 的通信速率和可靠的通信质量、灵活的拓扑结构以及冗余的通信模型、强大的通信功能，支持基于总线的驱动技术和符合IEC61508 的总线安全通信技术，是整个系统安全可靠运行的保证。
信息层选用SIEMENS工业以太网及WINCC组态软件，利用工业以太网，SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径，工业以太网技术上与IEEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP 通讯协议。WinCC集生产自动化和过程自动化于一体，实现了相互之间的整合。
4. 方案比较：
与第一代继电器和集成电路同类产品和第二代PLC加传统简易传感器及进口的装卸载系统相比，此系统具有以下优势：
 整个系统有机的完美结合，所有数据信息均可通过软件分析及网络传输，是一套真正的全数字，全集成的系统。
 系统采用现场总线通讯的方式,减少了现场的布线。
 减少了系统的投资，增加了设备所带来的经济效益。
 缩短了系统现场的调试时间。
 增加了系统的安全性，可靠性，稳定性，先进性。
 给现场的工程师维护带来了极大的方便，减少了设备后期的服务。

三、控制系统完成的功能：
1. 主要功能特点
☆ 主井提升信号及自动装卸载各自具有自动、手动、手动解锁三种工件方式，点动方式用于装卸载的调试和检修。信号在检修状态只有慢车信号。
☆ 自动装载定量、定容、定时保护及显示。
☆故障自动报警功能，及传感器的故障自诊断。
☆ 提升次数记忆功能和提升信号的断电记忆功能。
☆ 有工业光纤环网冗余通讯功能。
☆ 上、下井口信号间的闭锁功能、检测箕斗的装卸载位置异常功能
☆ 防止二次装载保护功能。
☆ 主井提升信号及自动装卸载有上位机系统、能监测各个设备的运行状态、故障记忆查询、产量的累计及报表、空载、满载、超载的标定，及定量斗假余煤的校零功能。
☆ 与绞车控制回路的闭锁功能、及PROFIBUS-DP软件通讯回路闭锁。
☆ 有联络呼叫功能。
☆ 有井上下煤仓煤位的连续实时监测功能。
☆ 有与全矿井综合自动化的以太网接口。
☆ 系统有供电电源的绝缘监测与电压监测功能。
☆ 有箕斗的卸载状态监视功能，检测箕斗是否卸空。
☆ 有对装载皮带的温度、烟雾、跑偏、堆煤、断带及拉线急停的保护功能。
☆ 有对动力负荷的保护上位机监测功能，如缺相,短路,堵转,过载,相不平衡,漏电等故障进行监测保护。
☆ 整个系统的通过网络访问维护功能。

2. 系统工作流程图与系统工作原理
系统工作流程图
◇ 井下信号、装载系统自动方式：以A箕斗为例,B箕斗与其操作相同。

*注：按装载急停按钮，可使装载站设备在任何状态下停止输出。按下信号急停可使提升机在任何状态下停止运行，信号闭锁在箕斗到位状态下按下，可防止提升机启动。

◇井口信号、卸载系统：A箕斗为例

*注：按卸载急停按钮，可使卸载站设备在任何状态下停止输出。按下信号急停可使提升机在任何状态下停止运行，信号闭锁在箕斗到位状态下按下，可防止提升机启动。

自动装载的顺序是：箕斗到位后，箕斗到位传感器自动发出停车信号，定量斗闸门打开，装载控制台显示屏上的闸门开灯亮。定量斗开始向箕斗装煤，等到显示屏上“定量斗满载”LED显示熄灭， “定量斗空载”LED显示点亮，，PLC自动关闭闸门。等到显示屏上的闸门灯亮，信号自动发出，（使皮带向定量斗装煤）同时启动皮带机，再经过一段时间延时，等到皮带机正常运转后，启动给煤机开始向定量斗装煤，此时称重显示瞬时值，等到显示屏上出现“满载”LED 显示，自动停止给煤机，皮带机运转，为下一勾提升作准备。当装载过程中出现特殊情况时，可按下装载部分的急停按钮，整个装载部分设备将全部停止工作，等到故障处理完后再进行工作。

3. 系统中的控制难点：
 整个系统中三个站PLC通讯控制的连贯性，因为整个装卸载系统的每个循环周期必须达到设计时的23秒钟内，所以系统在软件上，PLC间的通讯及称重的实时运算必须紧密的结合，各个控制部分必须全集成，否则提升周期很难保证，无法保证设计提升产量。
 动态称重监测控制：因为在一个定量斗下设置了4台称重传感器，所以必须要到PLC做定量斗的去皮，及空载、满载、超载的运算及设定。PLC对高精度称重模块进行现场控制，从高精度称重模块取得现场高精度的称重值，进行自动称量操作，并向称重模块发出各种控制指令。PLC与称重控制及判断过程状态，形成一个闭环控制系统，实现生产的高度自动化。
 超声波料位控制系统：针对井上煤仓仓体小10米，物料变化快及井下原煤仓仓体