SIEMENS自動化產(chǎn)品在煤礦主井提升信號及自動裝卸載系統(tǒng)中的應(yīng)用
2009/2/6 0:00:00
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)完全達到了安全、可靠、精準、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.
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、 項目簡介
1.顧橋煤礦是淮南礦業(yè)集團實施“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，被譽為“亞洲第一井架”。西門子控制系統(tǒng)應(yīng)用后,業(yè)主認為明顯降低了設(shè)備故障率、簡化了操作、減輕了工人勞動強度、提高了生產(chǎn)運行的安全可靠性、最大限度地縮減裝卸載的時間,達到了提高產(chǎn)量，實現(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，一條寬1.4米長60米的裝載膠帶機，膠帶機對應(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DI 7個，32點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 雙點料位儀表 1個，XPS-15探頭 2個，SITRANS LU02雙點料位計 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)。
? 提升機房還設(shè)上位機，通過CP5611與提升機房S7-300 PLC主站的MPI口連接，組態(tài)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(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、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，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(wǎng)絡(luò)通訊功能強大，易于與其它系統(tǒng)集成。
設(shè)備層選用SIEMENS 的超聲波料位機，非接觸式技術(shù)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(shù) 。稱重模塊經(jīng)過系統(tǒng)的集成，明顯降低費用。增加精度及可靠性，系統(tǒng)更換無需重新標定，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、靈活的拓撲結(jié)構(gòu)以及冗余的通信模型 、強大的通信功能，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，先進性。
? 給現(xiàn)場的工程師維護帶來了極大的方便，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
☆ 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(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
☆ 防止二次裝載保護功能。
☆ 主井提升信號及自動裝卸載有上位機系統(tǒng)、能監(jiān)測各個設(shè)備的運行狀態(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功能。
☆ 有對動力負荷的保護上位機監(jiān)測功能，如缺相,短路,堵轉(zhuǎn),過載,相不平衡,漏電等故障進行監(jiān)測保護。
☆ 整個系統(tǒng)的通過網(wǎng)絡(luò)訪問維護功能。
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在任何狀態(tài)下停止運行，信號閉鎖在箕斗到位狀態(tài)下按下，可防止提升機啟動。
◇井口信號、卸載系統(tǒng)：A箕斗為例
*注：按卸載急停按鈕，可使卸載站設(shè)備在任何狀態(tài)下停止輸出。按下信號急停可使提升機在任何狀態(tài)下停止運行，信號閉鎖在箕斗到位狀態(tài)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(fā)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(guān)閉閘門。等到顯示屏上的閘門燈亮，信號自動發(fā)出，（使皮帶向定量斗裝煤）同時啟動皮帶機，再經(jīng)過一段時間延時，等到皮帶機正常運轉(zhuǎn)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(xiàn)“滿載”LED 顯示，自動停止給煤機，皮帶機運轉(zhuǎn)，為下一勾提升作準備。當裝載過程中出現(xiàn)特殊情況時，可按下裝載部分的急停按鈕，整個裝載部分設(shè)備將全部停止工作，等到故障處理完后再進行工作。
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.
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、 項目簡介
1.顧橋煤礦是淮南礦業(yè)集團實施“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，被譽為“亞洲第一井架”。西門子控制系統(tǒng)應(yīng)用后,業(yè)主認為明顯降低了設(shè)備故障率、簡化了操作、減輕了工人勞動強度、提高了生產(chǎn)運行的安全可靠性、最大限度地縮減裝卸載的時間,達到了提高產(chǎn)量，實現(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，一條寬1.4米長60米的裝載膠帶機，膠帶機對應(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DI 7個，32點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 雙點料位儀表 1個，XPS-15探頭 2個，SITRANS LU02雙點料位計 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)。
? 提升機房還設(shè)上位機，通過CP5611與提升機房S7-300 PLC主站的MPI口連接，組態(tài)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(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、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，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(wǎng)絡(luò)通訊功能強大，易于與其它系統(tǒng)集成。
設(shè)備層選用SIEMENS 的超聲波料位機，非接觸式技術(shù)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(shù) 。稱重模塊經(jīng)過系統(tǒng)的集成，明顯降低費用。增加精度及可靠性，系統(tǒng)更換無需重新標定，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、靈活的拓撲結(jié)構(gòu)以及冗余的通信模型 、強大的通信功能，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，先進性。
? 給現(xiàn)場的工程師維護帶來了極大的方便，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
☆ 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(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
☆ 防止二次裝載保護功能。
☆ 主井提升信號及自動裝卸載有上位機系統(tǒng)、能監(jiān)測各個設(shè)備的運行狀態(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功能。
☆ 有對動力負荷的保護上位機監(jiān)測功能，如缺相,短路,堵轉(zhuǎn),過載,相不平衡,漏電等故障進行監(jiān)測保護。
☆ 整個系統(tǒng)的通過網(wǎng)絡(luò)訪問維護功能。
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在任何狀態(tài)下停止運行，信號閉鎖在箕斗到位狀態(tài)下按下，可防止提升機啟動。
◇井口信號、卸載系統(tǒng)：A箕斗為例
*注：按卸載急停按鈕，可使卸載站設(shè)備在任何狀態(tài)下停止輸出。按下信號急停可使提升機在任何狀態(tài)下停止運行，信號閉鎖在箕斗到位狀態(tài)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(fā)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(guān)閉閘門。等到顯示屏上的閘門燈亮，信號自動發(fā)出，（使皮帶向定量斗裝煤）同時啟動皮帶機，再經(jīng)過一段時間延時，等到皮帶機正常運轉(zhuǎn)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(xiàn)“滿載”LED 顯示，自動停止給煤機，皮帶機運轉(zhuǎn)，為下一勾提升作準備。當裝載過程中出現(xiàn)特殊情況時，可按下裝載部分的急停按鈕，整個裝載部分設(shè)備將全部停止工作，等到故障處理完后再進行工作。
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