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2.緒論。
某地煤礦熱電廠燃料準(zhǔn)備系統(tǒng)是由四級輸送帶組成的大型供熱和自備電廠發(fā)電燃料輸送系統(tǒng)。原系統(tǒng)采用繼電器-接觸器控制，電氣設(shè)備體積大，故障率高，維護(hù)工作量大，工作效率低。針對四級皮帶輸送機(jī)對自動化控制要求較高的現(xiàn)狀，近年來采用可編程控制器(PLC)對其進(jìn)行技術(shù)改造，將其與接觸器控制相結(jié)合，解決了傳統(tǒng)繼電器接觸器控制中存在的許多問題?？删幊炭刂破魇且杂嬎銠C(jī)技術(shù)為核心的通用自動化控制設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。該控制系統(tǒng)具有體積小，故障少，編程簡單，接線簡單，安裝維護(hù)方便，抗干擾能力強(qiáng)，運行安全可靠等特點。
1.系統(tǒng)功能。
1.1體系構(gòu)成。
熱電廠裝機(jī)容量13000KVA，裝機(jī)容量4臺大型鍋爐，最小75噸，最大165噸，燃煤量大，輸送帶長，輸送控制級多，輸送控制保護(hù)鎖多。
熱電廠供油系統(tǒng)主要由抓斗吊車、給煤機(jī)、皮帶輸送機(jī)、皮帶鼓風(fēng)機(jī)、除鐵器、刮板輸送機(jī)、篩分機(jī)、圓錘破碎機(jī)、煤位傳感器、鍋爐位置開關(guān)等組成。
2.控制要求。
熱電廠燃料準(zhǔn)備系統(tǒng)，是一個大型皮帶輸送系統(tǒng)，工作任務(wù)重，帶鍋爐多，煤耗高，上燃料經(jīng)濟(jì)，可靠，準(zhǔn)確，及時，直接關(guān)系到整個電廠的供電質(zhì)量和生產(chǎn)效益，因此，必須保證該系統(tǒng)在運行期間的可靠性。
請傳送帶輸送系統(tǒng)從最后一條傳送帶上按4,3,2,1順序啟動，加可靠的互鎖鏈。頭三條皮帶均為氣墊皮帶運輸機(jī)，啟動前要求先啟動各自的鼓風(fēng)機(jī)，吹出皮帶，以減少皮帶運行時的摩擦，如皮帶未啟動，則不允許啟動，皮帶與鼓風(fēng)機(jī)之間應(yīng)加鎖。四號配倉帶給鍋爐下料，由電動推桿犁式卸料機(jī)進(jìn)行手動和自動卸料控制。
利用流量計傳感器，行程開關(guān)，控制傳送帶的工作時間。為提高系統(tǒng)運行的可靠性，在系統(tǒng)正常運行時，采用集中自動控制，在發(fā)生故障或特殊情況時，采用人工控制。
各等級皮帶上均裝有除鐵器，因煤中混有鐵器、易燃金屬等雜物，尤其是雷管，若與煤混合，易引發(fā)爆炸等危險事故。引爆管外包有鐵皮，可對其進(jìn)行除鐵，防止引爆管等進(jìn)入鍋爐，造成事故，造成不必要的損失。因此除鐵器不開機(jī)，皮帶不允許開機(jī)，加上必要的連鎖店。
輸送帶未開動，不允許振動給煤，保證輸送帶空載啟動，如果給煤先開動，輸送帶將被大流量煤壓死，使輸送帶無法正常啟動。類似地，振動給煤機(jī)也不能啟動，不能啟動抓斗起重機(jī)向給煤機(jī)送煤，否則就會壓死給煤機(jī)，使其不能重載啟動。
振動給煤機(jī)兩臺，正常使用一臺，備用一臺，相互獨立不能同時運行，要求加鎖。
全皮帶運輸機(jī)設(shè)備運轉(zhuǎn)后，系統(tǒng)正常工作，采用自動下料的工作方式，電動推桿犁式卸料器動作抬起與放下，由鍋爐的位置開關(guān)控制，自動抬起與放下。當(dāng)發(fā)生故障時，采用手動下料的工作方式，加入一個手動電葫蘆，使電動推桿犁式卸料器動作上升和放下。
該系統(tǒng)要求皮帶按一、二、三、四的順序停止，皮帶上安裝有煤流傳感器，要求煤流傳感器的準(zhǔn)確度較高，當(dāng)煤流消失時，通過煤流傳感器停止。首先停止給煤機(jī)，再停止一號皮帶，按煤流走完的順序停止皮帶，上一級皮帶未走完，下一級皮帶不允許停止，不可誤動，并加必要的互鎖保護(hù)。
既要考慮集中控制，又要考慮現(xiàn)場控制，以免現(xiàn)場出現(xiàn)故障，無法停車，還要設(shè)置現(xiàn)場故障停車開關(guān)。配備故障檢測和報警系統(tǒng)，監(jiān)測皮帶運輸機(jī)的運行狀況，當(dāng)系統(tǒng)的某個部件出現(xiàn)故障時，要有報警信號，傳入控制室，運轉(zhuǎn)的設(shè)備在集控室有指示燈，工作正常，指示燈亮，出現(xiàn)故障時，指示燈閃爍，電鈴響，停止顯示。
2.硬件設(shè)計。
2.1氣墊皮帶運輸機(jī)。
本發(fā)明既可脫去通用帶式輸送機(jī)的支撐托輥，又可使用帶有氣室的盤槽。
因為氣墊帶式輸送機(jī)沒有滾筒、承載托輥及其阻力，由盤槽上的氣孔向盤槽與輸送帶之間噴氣，形成非接觸支撐氣膜，通過盤槽時不會發(fā)生撓曲和摩擦，大大減少了摩擦損失，與槽形托輥輸送機(jī)相比，摩擦損失較小，摩擦損失較小。其功耗比普通皮帶輸送機(jī)低，且無需更換和維修托輥。盤槽與輸送機(jī)無接觸而損壞膠帶的現(xiàn)象，風(fēng)機(jī)維修費用只是槽形托輥維修費用的一小部分，控制設(shè)備也比較簡單。
2.PLC的選擇。
采用PLC進(jìn)行控制，外設(shè)少，占用空間小，是一種很好的集控設(shè)備。FX2N系列PLC是三菱可編程控制器，它是一種小型機(jī)，具有功能強(qiáng)、控制精度高、運算速度快、控制性能好等特點，能很好地實現(xiàn)集中控制和就地分散控制。
輸入信號有啟動、停止、煤傳感、南北向選擇、鍋爐位置、自動出料、出料裝置、出料裝置、選煤裝置等20個；輸出信號有振動給煤機(jī)、皮帶鼓風(fēng)機(jī)、皮帶除鐵器、皮帶輸送裝置、棒篩、破碎機(jī)、刮板輸送機(jī)、出煤裝置、出煤裝置、故障報警、出煤/停機(jī)預(yù)報等42個。參考FX2N產(chǎn)品目錄和市場實際價格，選擇基本件FX2N-48MR(24人/24人出)和擴(kuò)展件FX2N-48ER(24人/24人出)。這種配置既能降低成本，又能保留足夠的余量，是比較經(jīng)濟(jì)的選擇。
2.3流速傳感器。
利用超聲波煤流傳感器(WAE)可以提供可靠的方法檢測煤流在傳送帶上的傳播。在給油系統(tǒng)上安裝，當(dāng)堵塞發(fā)生時，傳感器提供可靠的報警信號。超聲煤流傳感器包括兩個部分：探頭傳感器和控制盒。為減小干擾信號，在探頭傳感器內(nèi)裝有前置放大器，使煤流信號在送至控制部件之前得到增強(qiáng)?？刂破靼ū匾碾娮与娐?，繼電器，比較電路，以及顯示報警LED狀態(tài)的指示電路。調(diào)節(jié)與修正均在控制部分完成。
在輸送帶流動過程中，煤塊與探頭及煤塊之間的摩擦產(chǎn)生聲波。聲振幅度由壓電元件按比例轉(zhuǎn)換為電信號，放大后傳送至控制部分。進(jìn)一步放大并濾除控制部分信號中與流量無關(guān)的干擾。輸入信號激發(fā)和維持了“煤流”狀態(tài)。這款超聲波煤流傳感器為煤流遠(yuǎn)程監(jiān)測提供了高可靠性和確實有效的方法。
3.系統(tǒng)軟件設(shè)計
常用的PLC程序設(shè)計語言有梯形程序設(shè)計語言(LD)、順序功能程序設(shè)計語言(SFC)和功能塊程序設(shè)計語言(FBD)，四級皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)屬于典型的程序設(shè)計語言，因此主要采用順序功能程序設(shè)計。
序函數(shù)圖主要采用步進(jìn)梯形指令的編程方式，為了便于編程，在程序中采用了大量的中間繼電器進(jìn)行程序的存儲、轉(zhuǎn)換，同時也使用了大量的內(nèi)部定時器來完成延遲函數(shù)。
3.1啟動程序。
第一步是準(zhǔn)備工作，將現(xiàn)場集中控制開關(guān)關(guān)閉，北線開關(guān)關(guān)閉，給煤機(jī)選擇開關(guān)關(guān)閉，要自動卸煤，將自動卸煤開關(guān)關(guān)閉，做好啟動前的準(zhǔn)備工作。在完成了準(zhǔn)備工作之后，按下了駕駛按鈕，皮帶運輸機(jī)在PLC的控制下，按照編寫好的程序一步一步的啟動。
3.2作業(yè)程序。
全部設(shè)備啟動后，皮帶輸送機(jī)開始正常運煤工作，電推桿式自動卸料裝置在鍋爐位置開關(guān)控制下自動工作。
3.3停止程序。
運行結(jié)束后，鍋爐注滿水，按停止鍵，然后傳送帶按程序逐漸停止。最終所有的設(shè)備都停下來，等待下一個工作開始。

3.4失敗程序。
四級輸送帶輸送機(jī)故障回路采用下降沿微分輸出指令，在設(shè)備正常工作時遇到上升沿失效，當(dāng)設(shè)備停止運行時，將其連接到故障繼電器線圈，使其產(chǎn)生故障輸出，故障報警，設(shè)備停止運行。當(dāng)正常停車時，由停車預(yù)知輸出斷開，使其失效，使其不誤報。
如果運行中發(fā)生故障，使某一設(shè)備不能正常運行，只要該設(shè)備由于故障停止運行，一下降，便會與PLC中的故障繼電器接通，故障線圈閉合，將運行電路全部斷開，停止運行，發(fā)出故障報警聲。等待故障解除并恢復(fù)正常。
4.結(jié)論。
總之，本系統(tǒng)的設(shè)計方案不僅選用了成熟可靠的軟硬件，而且充分考慮了系統(tǒng)的擴(kuò)展性，符合控制管理一體化的趨勢，為以后控制和管理功能的擴(kuò)展奠定了良好的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)投入使用以來，運行狀況良好，自動化水平處于國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
其創(chuàng)新之處主要在于改用無輥筒、無托輥的氣墊帶式輸送機(jī)，減少摩擦損耗，減少功耗；電氣控制采用PLC與接觸器相結(jié)合，解決了傳統(tǒng)繼電器接觸器控制的許多問題，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，降低了故障率，使運行安全可靠。

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