基于S7―1200的胶带防冻粘喷洒控制系统的设计

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Design ofbelt anti-freezing adhesive spraying control system based Oil$7-1200JI Shen-quan，LIU Chao(Shenhua Be/d/an Shendi Energy Co.，Lu/，Xilinhot 026015，Ch/，m)Abstract.The belt anti-freezing adhesive spraying process control system and control principle are analyzed，designed witll$7-1200PLC as controler，WINCC7.0 a8 PC control system，and the system hardware configuration，software design of control logic.Th issystemwaB successfully appliedin production.efectively preventingthe coal conveyingproces belt caking coalandfalen coa1。

Key words：PLC；liquid mixing control；feed control；spray control神华北电胜利能源有限公司主要是对胜利西-号露天煤矿进行开采工作。该煤田煤质含水量较高，最高可达 35%左右。在煤炭输送过程中，原煤中所含的水分在外界低温的作用下，经过了从液态到固态的变化过程，进而形成信粒物料粘附在胶带上造成胶带粘煤。同时，在胶带运行过程中，粘附在胶带承载面的信粒物料因受到胶带的震动和托辊的摩擦而在胶带回程段脱落，从而造成大量落煤♂合生产实际设计的防冻粘喷洒控制系统，能够根据胶带的启停和液位池中溶液的多少实现自动配液控制、供液控制和喷雾控制；有效的消除了煤炭输送过程中的胶带粘煤和落煤，减少了因清理落煤需要的作业人员数量，减轻工人清理落煤的劳动强度；同时控制系统的设计使防冻粘溶液的喷洒更加合理，且防冻粘喷洒的成本得到了有效控制。

2 系统概述防冻粘喷洒系统由防冻粘溶液搅拌池、溶液净化池、变频器 空 压泵、反冲洗过滤器、自动上收稿日期：20l3-03-28作者简介：冀盛(19s4-)，助理工程师，大学本科，2008年毕业于内蒙古大学，现任神华北电胜利能源有限公司储运公司生产技术郝副经理。

料机、搅拌机、液位传感器、温度传感器、胶带启停装置、喷雾控制电磁阀等部分组成∝制系统各部分根据功能不同分为：防冻粘配液控制子系统、防冻粘供液控制子系统、防冻粘喷雾控制子系统。该系统可以实现自动配制防冻粘溶液，自动根据净化池的液位补充防冻粘溶液，自动根据胶带的启网行防冻粘喷洒『带上的喷液机构安装在胶带机尾部，胶带承载面的上方。喷液机构通过喷头喷洒的雾状防冻粘溶液覆盖在胶带的表面，在煤与胶带承载面之间形成了-层防护膜，防止煤直接与胶带接触，进而防止煤冻粘在胶带上。防冻粘喷洒系统工艺如图 1所示。

图 1 防冻粘喷洒系统工艺图3 系统硬件配置防冻粘溶液喷洒控制系统上位机选用研华IPC610H 4U工控机，组态软件采用 WINCC7.0，通过TCP/IP协议与下位机进行通信。通过对WINCC进行组态，实现对设备运行状况的监控、设备启拓制、报E墨蛋量盈 露天采矿技术 2013-f：-g 9期 ·79·警提示和记录、系统运行参数设置等功能。下位机采用西门子 S7-1200系列可编程控制器，完成对变频器运行频率、液位、胶带机启停等变量的实时采集，并通过改变给定变频器频率实现对管道泵电机的无级调速，达到随防冻粘溶液用量变化而自动调节电机转速，使管路保持恒压的目的。另外，根据检测到的胶带启停信号，自动控制管道泵启停，将防冻粘溶液均匀地喷洒在胶带机的承载面上，有效地节约了防冻粘溶液的用量。消除了煤炭输送过程中的皮带粘煤和落煤。

3.1 PLC的 I，O点分配根据系统工艺要求和现场实际控制的设备数量，估算出数字量 I/O点共需34个，其中输入 28个，输出6个，模拟量输入点需 3个，模拟量输出点需 1个。综合考虑系统的性价比和扩展性，PLC选用西门子 S7-1200 CPU 1211C(6D DO)作为主控单元，再配置2块数字量扩展拈SM1223(8DI/8DO)和 SM1221(16DI)-块模拟量扩展拈 SM1234(4AI/2AO)。 PI，C控制系统地址分配如表 1所示。

3.2 上位机的配置为控制变频器运行频率、显示各设备的故障信息和报警信息，系统采用WINCC作为人机交换工具。它的主要功能有如下 3方面：1)通过 TCP/IP协议与 s7-1200CPU进行数据实时交换 ，并对采集到的变频器运行频率、搅拌池液位、净化池液位等进行实时显示。

2)显示各种报警信息。如搅拌机故障、加压泵故障、上料机故障、管道泵故障、搅拌池低液位报警、搅拌池高液位报警、净化池低液位报警、净化池高液位报警等。

操作人员可根据实际生产情况对搅拌池高、低液位报警值，净化池高、低液位报警值变频器运行频率进行设定。

3.3 变频器选择变频器选用施耐德的 ATV303，具有较强的启动和制动能力、稳定的输出、超强的抗电网电压波动能力，适应我公司所在地区的多尘、极寒环境条件。

4 系统软件设计系统软件包括上位机人机界面组态和 PLC程序设计。

4.1 上位机软件设计WINCC组态软件通过 TCP/IP协议与下位机s7-120o实现通信，从而实现设备状态监控、设备表 l 防冻粘溶液喷洒系统地址配置表搅拌机带电搅拌机运行搅拌机故障上料机带电上料机运行上料机故障加压泵带电加压泵运行加压泵故障管道泵带电管道泵运行管道泵故障排污泵带电排污泵运行排污泵故障空压机带电空压机运行空压机故障皮带启动、停止变频器运行变频器故障变频器带电空压机自动 、手动搅拌机自动、手动上料机自动 、手动上料机自动 、手动加压泵自动 、手动管道泵 自动 、手动排污泵tl动 、手动搅拌池液位净化池液位管道压力变频器运行频率搅拌机启停上料机启停加压泵启停管道泵启停排污泵启停空压机启停操作、系统参数设定、查阅历史记录、统计生产数据和报表打印等功能。操作者能够方便地对系统运行所产生的各种数据进行统计和处理，同时还可以对整个系统的运行情况进行实时监控，并可根据现场的实际情况，在上位机对所有设备进行跟踪控制。

4.2 系统程序设计采用 STEP7-MicroWinV4.0编程软件对系统运行程序进行开发。为方便后续的程序修改和增加，整个控制程序采用子程序编写模式，分为：初始化子程序、搅拌机控制子程序、上料机控制子程序、管道泵控制子程序、加压泵控制子程序。程序流程如图2所示。

主程序主要用来完成对系统进行初始化设置、调用子程序，同时还完成与WINCC上位机的TC踟嗵信。

防冻粘溶液喷洒系统有自动和手动两种工作方O l 2 3 4 5 5 6 7 O l 2 3 4 5 6 7 0 l 2 3 4 5 6 7 O 1 2 3 0 l 2 34 5 舢眦m眦；耋m叭 叭 M以 舢眦眦---唧·80· 鼯大米矿玟不 2013年第9期图 2 系统控制流程图式，由设备操作箱上的转换开关进行控制方式的切换。为防止两种控制同时导通，在程序中对每台设备的手动和自动控制方式进行自锁。

当防冻粘溶液喷洒系统设定为自动控制时，系统设备将按设定程序进行自动启停，运行频率实时自动调节等操作。当防冻粘溶液喷洒系统设定为手动方式时，主要用于设系统备调试、检查维修、故障恢复等工作，这时操作人员可以通过上位机组态界面中的设备控制按钮实现对每台设备进行单独启停的操作。

4.3 管道泵速度调节回路设计由于防冻粘溶液系统管路中的防冻粘溶液量和压力随着喷洒过程的进行随时变化，本系统通过压力变送器将管道上的压力信号转换成 4-20 mA信号，传给 SM1234模拟量拈，压力设定信号和反馈信号在输入 PLC后，经过内部 PID控制程序的计算，输出转速控制信号给变频器，使管道泵的转速按防冻粘实际用量和给定压力要求运行。PI、变频器、管道泵和管道压力传感器构成-个恒压闭环控制系统，可实现管道泵电机的无级调速。防冻粘喷洒系统利用子程序实现压力 PID控制的定时采样及输出控制。在子程序中将采样到的压力模拟量送人s7-1200 CPU，其数据范围为 6 4OO-32 000，对应压力变送器的压力测量范围是 0-8 MPa。压力设定值取满量程的4o%〖虑到系统的控制量是压力，滞后不大，故选用 PI控制。其中，PID控制回路的参数整定是模拟量闭环控制中的-个难点，如果初始参数选择不当，可能会出现很大的超调量，甚至使系统不稳定。增益和时间常数可通过工程计算初步确定，再利用 S7-1200PLC具有的 PID参数 自整定功能，最终确定的参数如下：增益 Kc0.25，采样时间I s，积分时间 Ti0.1 min。

5 结 语防冻粘系统的投用减少冬季胶带机系统沿线落煤 85%以上，对胶带表面已冻结的物料具有解冻效果，对胶带冻粘物料具有较好的抑制作用，同时也解决了与胶带承载面相接触的改向滚筒冻粘物料的问题。