二、 控制系統構成

1. 系統結構圖

2. 系統軟硬件配置

·在提升機房設S7-300 PLC主站，在卸載站設S7-300 PLC分站，在井下裝載設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工業光纖環網。
·提升機房還設上位機，通過CP5611與提升機房S7-300 PLC主站的MPI口連接，組態軟件采用WINCC。
·提升機房S7-300 PLC主站的通訊模板CP342-5與提升機主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站還設置DI 數字量輸入模板、DO 數字量輸出模板、及AI模擬量輸入模板。

3. 軟硬件選型依據：

·遵循“五高”建設方針，即高起點、高技術、高質量、高效率、高效益，突出效益優先；
·技術先進，可靠性高，擴展與升級容易，具有故障自診斷功能，做到夠用、適用、好用、易擴展；
·網絡通訊功能強大，易于與其它系統集成。

設備層選用SIEMENS 的超聲波料位機，非接觸式技術減少維護 、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準工程單位讀數 。稱重模塊經過系統的集成，明顯降低費用。增加精度及可靠性，系統更換無需重新標定，模塊稱重故障報警容易記錄和監測。精度：0.05%具有65535分度分辨率 、無需調節重量能進行理論的調節 。

控制層選用S7-300 PLC 315-2DP通過OLM組成PROFIBUS-DP工業光纖環網。12M 的通信速率和可靠的通信質量、靈活的拓撲結構以及冗余的通信模型 、強大的通信功能，支持基于總線的驅動技術和符合IEC61508 的總線安全通信技術，是整個系統安全可靠運行的保證。

信息層選用SIEMENS工業以太網及WINCC組態軟件，利用工業以太網，SIMATIC NET 提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑，工業以太網技術上與IEEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP 通訊協議。WinCC集生產自動化和過程自動化于一體，實現了相互之間的整合。

4. 方案比較：

與第一代繼電器和集成電路同類產品和第二代PLC加傳統簡易傳感器及進口的裝卸載系統相比，此系統具有以下優勢：

·整個系統有機的完美結合，所有數據信息均可通過軟件分析及網絡傳輸，是一套真正的全數字，全集成的系統。
·系統采用現場總線通訊的方式,減少了現場的布線。
·減少了系統的投資，增加了設備所帶來的經濟效益。
·縮短了系統現場的調試時間。
·增加了系統的安全性，可靠性，穩定性，先進性。
·給現場的工程師維護帶來了極大的方便，減少了設備后期的服務。

三、 控制系統完成的功能：

1. 主要功能特點

☆ 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，點動方式用于裝卸載的調試和檢修。信號在檢修狀態只有慢車信號。
☆ 自動裝載定量、定容、定時保護及顯示。
☆故障自動報警功能，及傳感器的故障自診斷。
☆ 提升次數記憶功能和提升信號的斷電記憶功能。
☆ 有工業光纖環網冗余通訊功能。
☆ 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
☆ 防止二次裝載保護功能。
☆ 主井提升信號及自動裝卸載有上位機系統、能監測各個設備的運行狀態、故障記憶查詢、產量的累計及報表、空載、滿載、超載的標定，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。
☆ 有聯絡呼叫功能。
☆ 有井上下煤倉煤位的連續實時監測功能。
☆ 有與全礦井綜合自動化的以太網接口。
☆ 系統有供電電源的絕緣監測與電壓監測功能。
☆ 有箕斗的卸載狀態監視功能，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功能。
☆ 有對動力負荷的保護上位機監測功能，如缺相,短路,堵轉,過載,相不平衡,漏電等故障進行監測保護。
☆ 整個系統的通過網絡訪問維護功能。

2. 系統工作流程圖與系統工作原理

系統工作流程圖

◇ 井下信號、裝載系統自動方式：以A箕斗為例,B箕斗與其操作相同。

*注：按裝載急停按鈕，可使裝載站設備在任何狀態下停止輸出。按下信號急停可使提升機在任何狀態下停止運行，信號閉鎖在箕斗到位狀態下按下，可防止提升機啟動。

◇井口信號、卸載系統：A箕斗為例

*注：按卸載急停按鈕，可使卸載站設備在任何狀態下停止輸出。按下信號急停可使提升機在任何狀態下停止運行，信號閉鎖在箕斗到位狀態下按下，可防止提升機啟動。

自動裝載的順序是：箕斗到位后，箕斗到位傳感器自動發出停車信號，定量斗閘門打開，裝載控制臺顯示屏上的閘門開燈亮。定量斗開始向箕斗裝煤，等到顯示屏上“定量斗滿載”LED顯示熄滅， “定量斗空載”LED顯示點亮，，PLC自動關閉閘門。等到顯示屏上的閘門燈亮，信號自動發出，（使皮帶向定量斗裝煤）同時啟動皮帶機，再經過一段時間延時，等到皮帶機正常運轉后，啟動給煤機開始向定量斗裝煤，此時稱重顯示瞬時值，等到顯示屏上出現“滿載”LED 顯示，自動停止給煤機，皮帶機運轉，為下一勾提升作準備。當裝載過程中出現特殊情況時，可按下裝載部分的急停按鈕，整個裝載部分設備將全部停止工作，等到故障處理完后再進行工作。

3. 系統中的控制難點：

·整個系統中三個站PLC通訊控制的連貫性，因為整個裝卸載系統的每個循環周期必須達到設計時的23秒鐘內，所以系統在軟件上，PLC間的通訊及稱重的實時運算必須緊密的結合，各個控制部分必須全集成，否則提升周期很難保證，無法保證設計提升產量。

·動態稱重監測控制：因為在一個定量斗下設置了4臺稱重傳感器，所以必須要到PLC做定量斗的去皮，及空載、滿載、超載的運算及設定。PLC對高精度稱重模塊進行現場控制，從高精度稱重模塊取得現場高精度的稱重值，進行自動稱量操作，并向稱重模塊發出各種控制指令。PLC與稱重控制及判斷過程狀態，形成一個閉環控制系統，實現生產的高度自動化。

·超聲波料位控制系統：針對井上煤倉倉體小10米，物料變化快及井下原煤倉倉體大40米，原煤粉塵嚴重的特點，選擇安裝位置十分重要，避開下料孔，計算超聲波探頭的發射角，使用Dolphin Plus 軟件分析回波情況，找到最佳探測點是系統穩定可靠的難點。

·防止箕斗提升的超載及二次裝載問題，利用高精度的稱重模塊及與PLC的運算、閉鎖邏輯。利用PLC中的DB數據塊的掉電記憶功能，即使是在任何情況下都不能使提升機超載提升，防止提升事故的發生。

·上位機WICC 系統通過ODBC接口在報表中打印Microsoft Access數據庫中的數據，及WICC的集成診斷功能。

4. 部分畫面照片：

四、 項目運行：

2006年4月份系統軟硬件調試完成，正式投入使用至今,設備運轉情況良好，未出現任何故障，得到了用戶的認可和好評。由此可以證實，系統的設計、選型是合理的，系統的運行是可靠的，系統的技術及檢測手段是先進的，達到了最初的設計要求。

五、 應用體會：