一、 項目簡(jiǎn)介 

    1.顧橋煤礦是淮南礦業(yè)集團實(shí)施“建大礦、辦大電、做資本”發(fā)展戰略，建設煤電一體化新型能源基地而首批開(kāi)工建設的核心工程，建設規模年產(chǎn)1000萬(wàn)噸，是亞洲開(kāi)采規模最大的礦井，被譽(yù)為“亞洲第一井架”。西門(mén)子控制系統應用后,業(yè)主認為明顯降低了設備故障率、簡(jiǎn)化了操作、減輕了工人勞動(dòng)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(shí)間，達到了提高產(chǎn)量，實(shí)現增效的目的。 

    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(wàn)噸.井下每套裝載系統對應三個(gè)40米原煤倉，倉下有六臺給煤機，一條寬1.4米長(cháng)60米的裝載膠帶機，膠帶機對應一個(gè)32噸的定量斗，定量斗下有定量斗閘門(mén)和裝煤分配器及舌板。卸載采用曲軌卸載方式。 

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

    4.礦區圖片

　　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(guò)OLM組成PROFIBUS-DP工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)。 

    ·提升機房還設上位機，通過(guò)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(dòng)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(cháng)量程物位計。 

   ·在井下定量倉采用CC系列柱式稱(chēng)重傳感器及SIWAREX U 多功能的稱(chēng)重模塊。 

    ·在三個(gè)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(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，易于與其它系統集成。 

　　設備層選用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(dòng)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(chēng)重模塊經(jīng)過(guò)系統的集成，明顯降低費用。增加精度及可靠性，系統更換無(wú)需重新標定，模塊稱(chēng)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(wú)需調節重量能進(jìn)行理論的調節 。 

   控制層選用S7-300 PLC 315-2DP通過(guò)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、靈活的拓撲結構以及冗余的通信模型 、強大的通信功能，支持基于總線(xiàn)的驅動(dòng)技術(shù)和符合IEC61508 的總線(xiàn)安全通信技術(shù)，是整個(gè)系統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(gè)無(wú)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(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化于一體，實(shí)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(lèi)產(chǎn)品和第二代PLC加傳統簡(jiǎn)易傳感器及進(jìn)口的裝卸載系統相比，此系統具有以下優(yōu)勢：
 
   ·整個(gè)系統有機的完美結合，所有數據信息均可通過(guò)軟件分析及網(wǎng)絡(luò )傳輸，是一套真正的全數字，全集成的系統。 

   ·系統采用現場(chǎng)總線(xiàn)通訊的方式,減少了現場(chǎng)的布線(xiàn)。 

   ·減少了系統的投資，增加了設備所帶來(lái)的經(jīng)濟效益。 

   ·縮短了系統現場(chǎng)的調試時(shí)間。 

　　·增加了系統的安全性，可靠性，穩定性，先進(jìn)性。 

　　·給現場(chǎng)的工程師維護帶來(lái)了極大的方便，減少了設備后期的服務(wù)。
 
　　三、 控制系統完成的功能： 

　　1. 主要功能特點(diǎn)

　　主井提升信號及自動(dòng)裝卸載各自具有自動(dòng)、手動(dòng)、手動(dòng)解鎖三種工件方式，點(diǎn)動(dòng)方式用于裝卸載的調試和檢修。信號在檢修狀態(tài)只有慢車(chē)信號。

　　自動(dòng)裝載定量、定容、定時(shí)保護及顯示。

　　故障自動(dòng)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(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(dòng)裝卸載有上位機系統、能監測各個(gè)設備的運行狀態(tài)、故障記憶查詢(xún)、產(chǎn)量的累計及報表、空載、滿(mǎn)載、超載的標定，及定量斗假余煤的校零功能。

　　與絞車(chē)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實(shí)時(shí)監測功能。

　　有與全礦井綜合自動(dòng)化的以太網(wǎng)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(tài)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(xiàn)急停的保護功能。

　　有對動(dòng)力負荷的保護上位機監測功能，如缺相,短路,堵轉,過(guò)載,相不平衡,漏電等故障進(jìn)行監測保護。
 
　　整個(gè)系統的通過(guò)網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)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(dòng)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(tài)下停止輸出。按下信號急?？墒固嵘龣C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(dòng)。 

　　自動(dòng)裝載的順序是：箕斗到位后，箕斗到位傳感器自動(dòng)發(fā)出停車(chē)信號，定量斗閘門(mén)打開(kāi)，裝載控制臺顯示屏上的閘門(mén)開(kāi)燈亮。定量斗開(kāi)始向箕斗裝煤，等到顯示屏上“定量斗滿(mǎn)載”LED顯示熄滅， “定量斗空載”LED顯示點(diǎn)亮，，PLC自動(dòng)關(guān)閉閘門(mén)。等到顯示屏上的閘門(mén)燈亮，信號自動(dòng)發(fā)出，（使皮帶向定量斗裝煤）同時(shí)啟動(dòng)皮帶機，再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延時(shí)，等到皮帶機正常運轉后，啟動(dòng)給煤機開(kāi)始向定量斗裝煤，此時(shí)稱(chēng)重顯示瞬時(shí)值，等到顯示屏上出現“滿(mǎn)載”LED 顯示，自動(dòng)停止給煤機，皮帶機運轉，為下一勾提升作準備。當裝載過(guò)程中出現特殊情況時(shí)，可按下裝載部分的急停按鈕，整個(gè)裝載部分設備將全部停止工作，等到故障處理完后再進(jìn)行工作。 

　　3. 系統中的控制難點(diǎn)：

　　整個(gè)系統中三個(gè)站PLC通訊控制的連貫性，因為整個(gè)裝卸載系統的每個(gè)循環(huán)周期必須達到設計時(shí)的23秒鐘內，所以系統在軟件上，PLC間的通訊及稱(chēng)重的實(shí)時(shí)運算必須緊密的結合，各個(gè)控制部分必須全集成，否則提升周期很難保證，無(wú)法保證設計提升產(chǎn)量。 

　　動(dòng)態(tài)稱(chēng)重監測控制：因為在一個(gè)定量斗下設置了4臺稱(chēng)重傳感器，所以必須要到PLC做定量斗的去皮，及空載、滿(mǎn)載、超載的運算及設定。PLC對高精度稱(chēng)重模塊進(jìn)行現場(chǎng)控制，從高精度稱(chēng)重模塊取得現場(chǎng)高精度的稱(chēng)重值，進(jìn)行自動(dòng)稱(chēng)量操作，并向稱(chēng)重模塊發(fā)出各種控制指令。PLC與稱(chēng)重控制及判斷過(guò)程狀態(tài)，形成一個(gè)閉環(huán)控制系統，實(shí)現生產(chǎn)的高度自動(dòng)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(diǎn)，選擇安裝位置十分重要，避開(kāi)下料孔，計算超聲波探頭的發(fā)射角，使用Dolphin Plus 軟件分析回波情況，找到最佳探測點(diǎn)是系統穩定可靠的難點(diǎn)。 

　　防止箕斗提升的超載及二次裝載問(wèn)題，利用高精度的稱(chēng)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(fā)生。
 
　　上位機WICC 系統通過(guò)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(huà)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(hù)的認可和好評。由此可以證實(shí)，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(shù)及檢測手段是先進(jìn)的，達到了最初的設計要求。
 
　　五、 應用體會(huì )： 

　　這個(gè)系統在應用中的最大特點(diǎn)就是它的全集成特性、產(chǎn)品的可靠性及技術(shù)的先進(jìn)性。全集成（TIA）使得項目的調試，軟件的編程，硬件的接口，變得容易，省掉了近一半的工時(shí)。由于它的高可靠性使其成為煤礦咽喉一樣的主井提升信號及自動(dòng)裝卸載控制的首選產(chǎn)品。由于它的技術(shù)先進(jìn)性使得整個(gè)項目減少了現場(chǎng)的布線(xiàn)，減少了維護量,井下工人的減少,保障了礦井的安全高效運行。