1、晉寧磷礦膠帶運輸系統(tǒng)概述
    晉寧磷礦膠帶運輸系統(tǒng)主要運輸對象為磷礦石，設(shè)計能力100萬t/a，生產(chǎn)能力可達(dá)350 t/h。原礦經(jīng)采場破碎站，破碎至25mm以下，經(jīng)廠內(nèi)1#帶、1～5#高強(qiáng)度鉛繩芯膠帶輸送機(jī)，廠內(nèi)3#、4#、5#膠帶通過1#、2#堆取料機(jī)到達(dá)配礦場，完成運輸過程。全長13.15km，其中l(wèi)#～5#高強(qiáng)度輸送機(jī)總長12.68km，為國內(nèi)之最。
    PLC直接控制設(shè)備主要參數(shù)見表1。
2 、PLC控制簡介
    PLC為Prcgarnmable lcgic oDntmller的英文字母簡寫+即可編程邏輯控制器。定義為可將邏輯運算、順控操作、限時、計算及算術(shù)運算等控制程序用一串指令形式存放到存貯器中，然后根據(jù)所存貯的控制內(nèi)容經(jīng)過數(shù)字模擬等輸入輸出部件對生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的裝置，是加世紀(jì)印年代末隨計算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)通用控制器，可有效地代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)和其它類型的順序控制器，通常借助梯形圖進(jìn)行程序設(shè)計，以滿足不同設(shè)備的多變控制要求，使控制系統(tǒng)具有極大的柔性和通用性。
    1個PLC站點主要由主機(jī)部分、輸入模塊、輸出模塊及編程器4部分組成，控制原理見圖1。
3、晉寧磷礦PLC系統(tǒng)的配置及功能
    1)晉寧磷礦PLC控制系統(tǒng)，采用的是天津諾迪亞可編程控制有限公司MODICON 984系列產(chǎn)品，由7臺不同型號主機(jī)、21塊輸入模塊、16塊輸出模塊等主要部件構(gòu)成7個獨立本地站，中控室主機(jī)通過9個光端機(jī)（3M公司生產(chǎn)）和約14km長的光纜與6個PLC控制站構(gòu)成一個MB+工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，軟件由MODSOFT控制程序軟件及UNICELL MP上位監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成，附屬設(shè)備有FM+工業(yè)微機(jī)(486)，PM+工業(yè)終端，NEC大屏幕投影儀等，完成對整個原礦運輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能。
    主機(jī)、輸入、輸出模塊性能指標(biāo)見表2、表3。
3.2功能
    晉寧磷礦PLC系統(tǒng)主要完成啟動、停機(jī)及上位監(jiān)控等功能。
    1)其中啟動分為：①程度啟動，自大破碎堆取料機(jī)自上而下順序延時啟動，要求皮帶沿線不帶料；②中控室再啟動，又稱帶料啟，從堆取料機(jī)至大破碎，自上而下逆料流動，常用于故障后再啟動。啟動指令都由中控室發(fā)出。
  2)停機(jī)：①正常停機(jī)即程序停機(jī)，自上而下順料流延時停機(jī)。②故障停機(jī)，在運行過程中，出現(xiàn)故障實現(xiàn)聯(lián)鎖停機(jī)。又分為人為停機(jī)：中控室設(shè)有各帶急、停按鈕，各轉(zhuǎn)動站設(shè)前、后急停按鈕；事故停機(jī)：堵料跑偏、縱向撕裂、打滑、拉緊小車過程5項皮帶保護(hù)傳感器動作而自動發(fā)出停機(jī)指令。
    3)上位監(jiān)控主要包括：全線運行、狀態(tài)、故障點和計時計量顯示等功能。
3.3主要控制流程
    圖2是膠帶運輸線正常啟動（順啟），正常停車的PLC控制程序流程，其中xo，XT子程序分別表示對應(yīng)的高強(qiáng)帶啟動與停機(jī)過程功能塊。由于大部分高強(qiáng)帶是由首尾電機(jī)共同驅(qū)動，所以xQ，XT子程序只是邏輯概念上的“功能塊”，實際上分由首尾2臺主機(jī)分別控制，通過站間數(shù)據(jù)傳遞完成該高強(qiáng)帶的啟停操作。例如4Q子程序中，4MI、4M2由5#站主機(jī)控制，而4M3則由4#站主機(jī)控制。啟動過程為接到4M啟動信號，4M1電機(jī)啟動，4MI=1信號延時10 s啟動4M2，同時將此信號傳遞至4#站啟動4M3電機(jī)。當(dāng)4M=(4M1 AND 4M2 AND 4M3)=1，則表示高強(qiáng)4#帶啟動正常。
    帶料啟動流程與正常啟動相反，由堆抖機(jī)至破碎站逆料啟動而上，啟動時間較順啟過程短，可帶料啟動，是目前采用最多的啟動方式。另一主要流程為故障停機(jī)，在故障信號采集后故障點以上（包括故障點）皮帶同時停機(jī)（急停），故障點以下轉(zhuǎn)入正常停機(jī)（延時停）流程。
4、控制原理
    1)各本地站主機(jī)通過B809輸入模塊及MB+通訊接口，接受各種現(xiàn)場信息及控制指令，經(jīng)用戶程序運算后輸出至B808模塊控制設(shè)備，并通過MB+通訊口其它節(jié)點傳遞信息。主要原理見圖3。
    以下是程序中各變量功能說明：
oxxx-是開出（或線圈）可用來驅(qū)動聯(lián)接在輸出模塊上的工業(yè)現(xiàn)場控制部件，或設(shè)定數(shù)據(jù)存儲器SR中的1個或多個內(nèi)部線圈。對應(yīng)線圈只可使用1次，對應(yīng)觸點可多次使用，功能相當(dāng)于繼電器。
  1XXX-開入，通/斷狀態(tài)由1個輸入模塊所控制，可在程序中驅(qū)動觸點。常用于指令發(fā)出和現(xiàn)場信息采集。
    4XXX-輸出或保持寄存器，在SR中存放數(shù)值信息或?qū)⑿畔⑺偷捷敵瞿�塊。可做全局定義，完成站間數(shù)據(jù)的傳遞，1個寄存器可存放16個開出狀態(tài)。
    2)本PLC系統(tǒng)通過多用復(fù)合網(wǎng)橋BM85構(gòu)成MODBUS PLU（即MB+）網(wǎng)絡(luò)，采用對等通訊，按廣播方式即無應(yīng)答方式，此時下節(jié)點可通過全局?jǐn)?shù)據(jù)（需定義）形式向網(wǎng)上所有節(jié)點發(fā)布信息或訪問，通過令牌（在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行接點編號順序傳遞的1組代碼）周轉(zhuǎn)實現(xiàn)數(shù)據(jù)或指令的傳遞，令牌工作方式見圖4。
    令牌周轉(zhuǎn)順序按節(jié)點地址（硬件設(shè)置），從低到高順序循環(huán)周轉(zhuǎn)。
    網(wǎng)絡(luò)主要功能通常為讀開出開入狀態(tài)，讀/寫保寄存器內(nèi)容和讀輸入寄存器和強(qiáng)線圈接通或斷開。
    3)各站間數(shù)據(jù)通訊協(xié)議原理見圖5。1KT～10KT分別為1#站至中控室主機(jī)的BTT地址定義，另外BM85及2臺計算機(jī)地址分別為14、15、17，在圖5中未標(biāo)注。本協(xié)議旨在用最少的數(shù)據(jù)交換、寄存器定義完成網(wǎng)絡(luò)控制功能。其中～一表示單向?qū)懲ㄓ崱３绦虺醵�義1個寄存器( 4XXX)作為全局變量即可，協(xié)議中（中控）10KT—一1KT～6KT通過各站主機(jī)定義40500寄存器為全局變量，完成中控向各站同時發(fā)布指令。代表雙向通訊，程序中需定義兩個寄存器存人和寫出狀態(tài)。
5、PLC系統(tǒng)控制流程的改進(jìn)完善
    PLC控制系統(tǒng)程序，從設(shè)備安裝、調(diào)試到投入使用僅半年時間，通過近年來的生產(chǎn)實踐，系統(tǒng)暴露出了一些缺陷，為完善生產(chǎn)工藝、消除設(shè)備事故隱患，對原有系統(tǒng)控制程序必須進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。
    1)13 km膠帶運輸線穿過地區(qū)多為農(nóng)田山林，兩芯光纜經(jīng)常被鼠類動物咬斷，以及光端機(jī)模塊突發(fā)故障、控制站PLC主機(jī)掉電等原因均會導(dǎo)致系統(tǒng)前后節(jié)點通訊中斷，由于控制網(wǎng)絡(luò)是線性網(wǎng)絡(luò)，通訊中斷故障使令牌工作方式受阻，故障點以上節(jié)點控制數(shù)據(jù)不能得到更新，仍然保持原有狀態(tài)，中控室膠帶運行指示也均為正常假象，實際上系統(tǒng)已處于半失控狀態(tài)，在通訊中斷過程中如果故障點以下任意節(jié)點產(chǎn)生停機(jī)信號，將導(dǎo)致皮帶線下．段已停機(jī)而上段仍然正常運行，造成堵料、撕帶、過載等嚴(yán)重后果。
    經(jīng)程序分析發(fā)觀，在運行過程中所有節(jié)點程序傳遞數(shù)據(jù)均為“0”、“1”固定狀態(tài)量，必須在程序定義的控制指令產(chǎn)生后，狀態(tài)量才發(fā)生變化，所以在系統(tǒng)通訊中斷時，控制站點數(shù)據(jù)得不到刷新，原有數(shù)據(jù)被鎖定，系統(tǒng)硬件沒有識別功能，程序仍按原指令執(zhí)行而造成事故。由此找到突破口，可在傳遞信息中加入隨時變量，作為通訊識別碼，通訊正常的時候，接收該量為變化量，通訊不正常時，該碼被鎖定為常量，由此差異來控制各本地站內(nèi)部程序，達(dá)到故障停機(jī)目的。
    由于是線性網(wǎng)絡(luò)，可在根節(jié)點和末節(jié)點10KT，1KT中分別設(shè)立信號發(fā)生器及檢測器各1套，中間節(jié)點只需設(shè)立信號檢測器。通訊識別信號及通訊故障信號傳遞與原通訊協(xié)議一致，中控信號向各站同時發(fā)送，若中間某節(jié)點出現(xiàn)通訊故障，中控室將接收不到1KT所發(fā)出的信號數(shù)據(jù)而發(fā)出故障停機(jī)指令，使故障點以下站點停機(jī)；此時故障點以上節(jié)點也將同時收不到中控發(fā)出信號數(shù)據(jù)而自動轉(zhuǎn)入通訊故障停機(jī)程序，從而到達(dá)保護(hù)設(shè)備目的。
    信號發(fā)生器信號檢測器的梯形圖程序設(shè)計見圖7、圖8所示。
    ①信號發(fā)生器
    ②信號接收器
    當(dāng)00074線圈（發(fā)生器來）狀態(tài)為間隔0.5s“0”、“l”變化時，線圈00011輸出為“O”表示通訊正常；當(dāng)00074線圈持續(xù)Is以上均為“0”或“1”，00011輸出都為“1”，表示通訊故障，產(chǎn)生停機(jī)信號。
    此設(shè)計可對Is以上的通訊故障作出及時處理，避免了相應(yīng)的事故，加強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性，通過軟件程序控制，達(dá)到了解決原系統(tǒng)內(nèi)固有缺陷的目的。
   2)原程序故障停機(jī)流程設(shè)計不合理。原流程不論故障大或小，采取“一刀切”直至全線停完，待故障排除后，再中控執(zhí)行再啟動（帶料啟動），全線自上而下啟動。實踐過程中發(fā)現(xiàn)，許多故障停機(jī)都沒有必要全線停機(jī)，比如發(fā)生堵料事故，則必須要求故障點以下運輸繼續(xù)運轉(zhuǎn)方能處理。設(shè)備無須頻繁啟停，這在電耗和時間上均造成浪費，同時影響了電器設(shè)備正常使用壽命，使電器故障點增多。若將故障停機(jī)流程改為：故障點前端急停而故障點以后仍正常運行，等故障點排除后，中控發(fā)出故障消除及故障點再啟動指令，膠帶由原故障點向上啟動即可，若故障在短時間內(nèi)不能排除，再由中控執(zhí)行全線停機(jī)。此流程只需在原有程序基礎(chǔ)上作適當(dāng)修改，加入一個判斷語句即可。
  3) 由于膠帶輸送機(jī)上的各保護(hù)裝置不可靠，常發(fā)出誤動信號，而程序隔離后，又達(dá)不到應(yīng)起功能，埋下了隱患。可將原傳感器動作一停機(jī)信號方式改為傳感器動作一延時并報警一停機(jī)信號。在延時報警過程中操作人員可解除誤信號，保持設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。其它如在程序中還可增加主回路電源指示，電源缺相保護(hù)，聯(lián)系報警等其它功能，以使PLC系統(tǒng)發(fā)揮更大功效。
6、存在問題
    PLC系統(tǒng)由于其卓越的性能，靈活的程序控制，對提高本礦生產(chǎn)工藝的自動化程度起到了很大作用，同時它尚存在某些問題，需要進(jìn)行探討和解決，主要有以下幾個方面：
    1)通訊光纖選型早，性能指標(biāo)差，中繼站光端機(jī)多，加之全線高差大，晝夜溫差大等外部因素，經(jīng)常出現(xiàn)通訊不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
  2)保護(hù)傳感器不可靠性有待改進(jìn)。
  3)電流、功率、溫度、張力等模擬數(shù)據(jù)采集的棄用使PLC系統(tǒng)潛力未能很好開發(fā)，自控程度受到限制。


相關(guān)輸送機(jī)產(chǎn)品：
1、刮板輸送機(jī)
2、螺旋輸送機(jī)
3、皮帶輸送機(jī)