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智能控制隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展而被更廣泛的與工業(yè)生產(chǎn)結(jié)合在一起，已經(jīng)成功應(yīng)于各種領(lǐng)域中，并且取得一定的效果。將智能控制技術(shù)和傳統(tǒng)控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于煤礦主運(yùn)輸皮帶系統(tǒng)控制中，比傳統(tǒng)的控制有明顯的優(yōu)點(diǎn)。本課題采用的基于S7-200PLC的智能控制理論在煤礦主運(yùn)輸皮帶系統(tǒng)中的應(yīng)用是比較成功的，實(shí)現(xiàn)了非線性控制的任務(wù)，避免了煤礦主運(yùn)輸皮帶系統(tǒng)由于皮帶機(jī)械不穩(wěn)定及輸煤不均勻引起的故障，使煤礦主運(yùn)輸皮帶系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，適應(yīng)性強(qiáng)，易于調(diào)試、維護(hù)的功能，為今后的進(jìn)一步研究打下了基礎(chǔ)。作者通過(guò)大量閱讀國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，在消化吸收國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀成果的前提下，針對(duì)煤礦主運(yùn)輸皮帶智能控制系統(tǒng)做了以下研究工作。

1主運(yùn)輸皮帶智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

主運(yùn)輸皮帶是現(xiàn)代化煤礦安全高效生產(chǎn)的主要運(yùn)輸設(shè)備，其運(yùn)行情況的穩(wěn)定與否，直接關(guān)系到煤礦的生產(chǎn)狀況。本智能控制系統(tǒng)采用S7-200PLC及相關(guān)技術(shù)，參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確、方便，人機(jī)界面友好，便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和使用。當(dāng)出現(xiàn)打滑、跑偏、皮帶縱向撕裂、超速、低速、超溫、煙霧降等故障時(shí)，該系統(tǒng)可根據(jù)故障類型進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，對(duì)故障進(jìn)行記憶和顯示，同時(shí)發(fā)出語(yǔ)言故障報(bào)警信號(hào)，對(duì)集控的多臺(tái)保護(hù)裝置進(jìn)行通訊，便于維護(hù)人員進(jìn)行及時(shí)處理。主運(yùn)輸皮帶智能控制系統(tǒng)，由檢測(cè)裝置、通信裝置、控制裝置、執(zhí)行裝置等組成。其中控制裝置由PLC、A/D、D/A及以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊等組成。煤礦井下主運(yùn)輸皮帶多為雙滾筒驅(qū)動(dòng)或多滾筒驅(qū)動(dòng)，每個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒由單一的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。控制裝置可實(shí)現(xiàn)功率平衡、啟動(dòng)信號(hào)給定、速度控制、數(shù)據(jù)采集、與其他控制器通信等功能。該控制系統(tǒng)硬件電路示意圖，如圖1所示。

1.1 PLC選擇

PLC是整個(gè)主運(yùn)輸皮帶智能控制系統(tǒng)的核心，它采集系統(tǒng)所有輸入信號(hào)，包含起停控制信號(hào)及系統(tǒng)自動(dòng)反饋的控制信號(hào)，如報(bào)警，負(fù)載，溫度等，并實(shí)現(xiàn)對(duì)所有動(dòng)作器件如中間繼電器、接觸器線圈，變頻器的控制，同時(shí)完成和上位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊。使整個(gè)系統(tǒng)性能可靠控制方便的關(guān)鍵，是合理的選擇PLC。因此，我們?cè)谶x擇PLC時(shí)，要考慮PLC的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴(kuò)展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素，它具有較高的可靠性、豐富的指令集、豐富的內(nèi)置集成功能、實(shí)時(shí)性特性強(qiáng)和強(qiáng)大的通信功能，完全能夠滿足系統(tǒng)需求。

由于本系統(tǒng)采用上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控軟件，需要將現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)信息送到地面監(jiān)控室供操作人員分析和觀察，及時(shí)處理有關(guān)工況。故還需擴(kuò)展以太網(wǎng)通信模塊，利用礦井已經(jīng)建成的以太環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。S7-200PLC能夠擴(kuò)展以太網(wǎng)通信模塊CP243-1，它采用24V直流電源供電，可以采用PLC自帶的傳感器供電電源，標(biāo)準(zhǔn)的RJ45插座連接方便，傳輸速度達(dá)到lOOMbit/s，完全能夠滿足實(shí)時(shí)性要求，通過(guò)PLC的指令向?qū)Ш苋菀讓?shí)現(xiàn)其通信。

1.2變頻器

變頻器是本系統(tǒng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件，通過(guò)頻率的改變實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而改主運(yùn)輸皮帶的線速度。變頻器的選擇必須根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和電流進(jìn)行選擇。根據(jù)礦井實(shí)際情況，選擇ZJT-200礦用隔爆型變頻器，三相660V供電，額定功率200kW，它采用矢量控制技術(shù)，具備完善的電機(jī)保護(hù)和優(yōu)良的調(diào)速性能，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停止。根據(jù)負(fù)荷情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)速度，減小電機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功沖擊，同時(shí)通過(guò)配備外圍傳感器，可以實(shí)現(xiàn)變量的動(dòng)態(tài)控制，達(dá)到節(jié)能目的。

2主運(yùn)輸皮帶智能控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)

2.1 PLC程序設(shè)計(jì)

S7-200PLC的工作過(guò)程，主要分為三個(gè)階段：輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。特別是采用周期循環(huán)掃描的工作方式，使得它具有很好的抗干擾能力?？刂破鞯墓δ苤饕菍?shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，對(duì)各部分裝置的故障分析及控制、系統(tǒng)狀態(tài)顯示等。從以上的功能要求出發(fā)，控制器軟件的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了模塊化的軟件設(shè)計(jì)一般要求?？刂破鞯母鱾€(gè)功能在軟件上的實(shí)現(xiàn)與銜接，也是按照模塊化的原則完成的，程序結(jié)構(gòu)清晰便于的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。程序主要由以下幾個(gè)部分組成。

1)主程序：它主要完成對(duì)各個(gè)模塊的調(diào)用和系統(tǒng)參數(shù)的上電初始化。

2)系統(tǒng)故障檢測(cè)與處理部分：實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種故障，并處理這些信息發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。

3)控制算法實(shí)現(xiàn)子程序：利用PLC實(shí)現(xiàn)模糊控制算法，主要包括電機(jī)電流誤差及誤差變化率計(jì)算，查尋模糊控制規(guī)則表等。

4)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分：PLC將采集到的模擬信號(hào)通常是轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的。為了便于觀察和參數(shù)設(shè)置需要，將這些數(shù)字量轉(zhuǎn)換成實(shí)際工程中物理量。

5)通訊程序部分：它包括與觸摸屏的通信和上位機(jī)通信兩個(gè)部分。

主程序中進(jìn)行系統(tǒng)變量初始化以及對(duì)各個(gè)功能子模塊的調(diào)用，對(duì)各個(gè)控制寄存器置初值：對(duì)運(yùn)算過(guò)程中使用的各種變量分配地址并設(shè)置相應(yīng)的初值；對(duì)各種報(bào)警信號(hào)的限值進(jìn)行初始化。初始化模塊僅在PLC上電后的第一個(gè)掃描周期執(zhí)行，這樣便于上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，然后進(jìn)行循環(huán)掃描調(diào)用子程序階段。其流程圖如圖2所示。

其部分程序如下：

//變量存儲(chǔ)區(qū)初始化

LD SMO.l

MOVB 0.VBIO

MOVD 0.VD20

MOVD 0.VD30

MOVD 0.VD30

MOVW 0.VW70

LD SMO.1

MOVD 0.VD80

MOVD O.VD90

MOVD 0.VD120

MOVD 0.VD130

MOVD 0.VD140

MOVD 0.VD150

//各標(biāo)志位初始化

OLD

R M20.1,1

R M20.2,1

R M20.3,1

R M20.4,1

……

LD SMO.O

CALL SBR_I //調(diào)用濾波子程序

CALL SBR_2 //調(diào)用工程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序

CALL SBR_3 //調(diào)用故障診斷子程序

CALL SBR_4 //調(diào)用模糊控制子程序

CALL SBR 5 //調(diào)用通訊子

2.2主運(yùn)輸皮帶監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)要求

2.2.1監(jiān)視功能

不論系統(tǒng)處于哪種工作方式下，系統(tǒng)具有對(duì)設(shè)備的狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能。組態(tài)軟件將采集的數(shù)據(jù)記錄在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并把數(shù)據(jù)的變化用動(dòng)畫(huà)的方式形象的表示出來(lái)，同時(shí)完成變量報(bào)警、操作記錄、趨勢(shì)曲線、數(shù)據(jù)查詢等功能。監(jiān)測(cè)信號(hào)的設(shè)置，是根據(jù)系統(tǒng)控制需要、保護(hù)設(shè)備安全需要及歷史數(shù)據(jù)查詢需要。系統(tǒng)主要顯示狀態(tài)及參數(shù)有：運(yùn)行方式顯示、電機(jī)狀態(tài)顯示、工頻與變頻顯示、變頻器輸出頻率顯示、皮帶線速度顯示、各種報(bào)警信號(hào)顯示等。

2.2.2控制功能

上位機(jī)通過(guò)和PLC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的控制功能。當(dāng)控制方式發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行于相應(yīng)的狀態(tài)，系統(tǒng)設(shè)置了手動(dòng)和自動(dòng)切換功能，同時(shí)在上位機(jī)上還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，系統(tǒng)啟動(dòng)和停止等功能。

2.2.3通信功能

PLC作為終端控制設(shè)備，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算，并執(zhí)行相應(yīng)的程序。井下PLC與上位機(jī)利用井下以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，將處理的結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)傳送到PLC的信號(hào)傳送至上位機(jī)，在上位機(jī)上完成監(jiān)控畫(huà)面、參數(shù)查詢、曲線顯示、報(bào)警處理等功能，使系統(tǒng)值班人員及管理者能實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)工作狀態(tài)。

2.2.4報(bào)警功能

系統(tǒng)必須對(duì)所有的故障信號(hào)進(jìn)行聲光報(bào)警以提醒值班人員，并根據(jù)故障情況進(jìn)行相應(yīng)的控制。如變頻器故障時(shí)，系統(tǒng)切換至全工頻運(yùn)行，某臺(tái)電動(dòng)機(jī)故障時(shí)，系統(tǒng)切除該臺(tái)電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)其他的電動(dòng)機(jī)。發(fā)生皮帶跑偏撕裂等情況時(shí)系統(tǒng)及時(shí)報(bào)警并停機(jī)。

2.2.5報(bào)表及打印功能

系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)控參數(shù)，如歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄以及系統(tǒng)歷史運(yùn)行狀況的報(bào)表自動(dòng)生成；各種監(jiān)控參數(shù)的指定區(qū)段數(shù)據(jù)打??；各種監(jiān)控參數(shù)的報(bào)表打?。寒惓顟B(tài)及控制行為的報(bào)表打印。

2.3主運(yùn)輸皮帶組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

由PLC和各種傳感器及電壓、電流測(cè)量電路完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、處理及程序控制。上位機(jī)通過(guò)MCGS組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)組態(tài)，組態(tài)軟件能給現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程操作者提供簡(jiǎn)潔、豐富多彩的畫(huà)面顯示及設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行信息，完全可以滿足功能要求。來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程參數(shù)（壓力、電流等1經(jīng)過(guò)變送器測(cè)量變送后變?yōu)?~20mA的標(biāo)準(zhǔn)儀表信號(hào)，經(jīng)電纜傳送至PLC，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。然后，通過(guò)以太網(wǎng)傳送給上位機(jī)組態(tài)軟件，在已經(jīng)編寫(xiě)好的組態(tài)界面上顯示。在本系統(tǒng)中，根據(jù)需要共開(kāi)發(fā)了5個(gè)界面，包括系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控主界面（包含系統(tǒng)所有菜單和所有數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示）；歷史和實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線；歷史數(shù)據(jù)以系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)統(tǒng)計(jì)報(bào)表；參數(shù)設(shè)置界面（包括系統(tǒng)工作參數(shù)設(shè)置和報(bào)警參數(shù)設(shè)置）；報(bào)警界面。為了加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)還為不同的用戶設(shè)置了相應(yīng)的權(quán)限。通過(guò)主菜單界面可以調(diào)用不同的界面，也可根據(jù)需要在參數(shù)設(shè)置界面中改變?cè)O(shè)定值。

3結(jié)束語(yǔ)

隨著智能控制的不斷發(fā)展和在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的不斷加深，煤礦主運(yùn)輸皮帶智能控制將會(huì)越來(lái)越成熟，煤礦井下主運(yùn)輸皮帶關(guān)鍵零部件性能相安全可靠性會(huì)越來(lái)越高。同時(shí)，主運(yùn)輸皮帶的運(yùn)輸能力也會(huì)有很大提高，并且運(yùn)行會(huì)更加穩(wěn)定可靠。由于煤礦井下以及現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)構(gòu)造差異的不同，將會(huì)研制出一些適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的特殊機(jī)型，從而使煤礦生產(chǎn)的效率越來(lái)越高，安全性越來(lái)越好。

 

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