閆善飛

（河北工程大學(xué) 機(jī)械與裝備工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038）

隨著優(yōu)質(zhì)煤炭資源的開采，許多礦井已臨近枯竭，不少煤礦企業(yè)預(yù)計(jì)開采“三下”資源，而充填采煤技術(shù)正是解決“三下”壓煤的一種重要手段[1-2]。充填物料主要包括充填骨料、膠凝材料以及水，煤礦井下充填技術(shù)主要是指將這幾種物料按比例均勻混合后，通過皮帶運(yùn)輸至采空區(qū)，經(jīng)過推壓密實(shí)以到達(dá)對(duì)上覆巖層的支撐作用，其中物料的精準(zhǔn)混合是影響充填質(zhì)量的關(guān)鍵因素。為了控制好配料精度，改善工人作業(yè)環(huán)境，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作質(zhì)量，確保煤礦井下可持續(xù)作業(yè)生產(chǎn)，因此組建了管理與控制為一體的自動(dòng)配料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)充填物料的快速準(zhǔn)確配料，這在加強(qiáng)對(duì)上覆巖層的控制以及落實(shí)建設(shè)綠色礦山上都發(fā)揮著積極作用。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

煤礦井下充填系統(tǒng)分為配料系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)以及運(yùn)輸系統(tǒng)，是集矸石、膠凝材料以及水的運(yùn)輸、配置、混合攪拌為一體的系統(tǒng)工程。所需要的矸石以及粉料均可通過皮帶分別輸送至不同的儲(chǔ)料倉以備使用。整個(gè)配料系統(tǒng)由工控機(jī)、PLC、皮帶秤、攪拌輸送機(jī)、皮帶等部分組成，自動(dòng)配料控制系統(tǒng)采用上位機(jī)管理、PLC 控制的原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)[3-4]（配料工藝流程如圖1 所示）。

圖1 配料工藝流程圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)[5-6]下位機(jī)選用西門子S7-1200 型PLC，它具有較高的處理速度、較多的I/O 點(diǎn)、適用范圍廣、結(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點(diǎn)。上位機(jī)選用互視達(dá)廠家的工控觸摸一體機(jī)，具有防震、防爆、防燃以及高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，能夠與西門子PLC 之間實(shí)現(xiàn)無縫通訊，具有儲(chǔ)存配方等功能，二者通過PROFINET通訊，控制各個(gè)機(jī)械零部件協(xié)同工作，完成任務(wù)（系統(tǒng)總體框架如圖2 所示）。

圖2 系統(tǒng)總體框架

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

組態(tài)王[7]是亞控科技針對(duì)自動(dòng)化市場，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)一體化的產(chǎn)品，旨在為企業(yè)建造一個(gè)集生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)分析為一體的平臺(tái)，能夠讓企業(yè)實(shí)時(shí)地獲取生產(chǎn)信息，針對(duì)突發(fā)情況能夠快速作出反應(yīng)以避免對(duì)企業(yè)造成更大的損失。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且以動(dòng)畫的形式簡潔地呈現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)狀。

3.1 組態(tài)動(dòng)畫連接

組態(tài)王控制界面主要是通過軟件功能控件和組態(tài)命令語言來實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫連接實(shí)時(shí)監(jiān)控的，物料監(jiān)管主要是由功能控件里的流動(dòng)元件來實(shí)現(xiàn)，利用命令語言來設(shè)置該元件的地址，能夠自主控制設(shè)備在規(guī)定時(shí)間內(nèi)運(yùn)行，即完成卸料、攪拌、皮帶機(jī)運(yùn)行等操作，并以圖片和文字狀態(tài)顯示，最終完成物料流動(dòng)部件的設(shè)置。

3.2 組態(tài)運(yùn)行界面

運(yùn)行界面是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的描述，包括矸石、膠凝材料下料，攪拌輸送機(jī)排料等。一般情況下，企業(yè)都需要對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)管，利用組態(tài)王和PLC 上下位機(jī)相結(jié)合的模式，可以很好地滿足企業(yè)需求，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)管。因此對(duì)組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)需要包括兩個(gè)部分：一是對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的描述，比如矸石倉、粉料倉、皮帶、攪拌輸送機(jī)以及水泵等；二是對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的監(jiān)管，比如當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，對(duì)應(yīng)的指示燈為綠色，表明正處于工作狀態(tài)。下面針對(duì)下料、攪拌過程為例說明組態(tài)運(yùn)行過程。

圖3 為生產(chǎn)監(jiān)控界面，隨著矸石、ABC 三種粉料以及水倉的運(yùn)行，下方指示燈也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，綠色表示正在下料，紅色表示停止下料。幾種原料在攪拌輸送機(jī)混合均勻后經(jīng)由皮帶輸送至工作面采空區(qū)進(jìn)行充填。

圖3 生產(chǎn)界面

4 結(jié)語

經(jīng)過對(duì)自動(dòng)配料控制系統(tǒng)的硬件及軟件環(huán)節(jié)的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下充填物料的精準(zhǔn)配比，且在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)了配料監(jiān)控等功能。該系統(tǒng)同時(shí)兼顧了功能和成本，既緩解了工作壓力，又能達(dá)到工藝要求，同時(shí)還降低了企業(yè)成本。