基于PLC的原煤处理系统研究与设计
摘 要 目前，在矿井工作过程中，重要的环节就是原煤运输的合理化和洗选过程的效果，而系统设备运行的智能化、稳定性、功耗等因素是制约原煤处理系统运转效率的几大要素。因此，研究原煤处理系统的智能控制具有重大意义。一方面有利于改善当前矿井生产、原煤运输破碎降温除尘的工作状况，节约大量的人力物力，提升工作运转效率；另一方面，保障了工作人员、管理人员的安全。
通过分析国内外原煤处理系统的研究现状得出了主要研究内容和此时需要亟待解决的难点，并制定了合理的研究方案和研究方法。本文首先介绍了原煤以及生产工艺流程，并对原煤处理系统进行了总体设计，重点介绍了系统中各个部分的基本信息。然后通过器件的合理选用原则对控制系统的器件进行选型，选取了适配于原煤处理系统的PLC可编程控制器、传感器、传送带、电机等设备；同时对开发软件进行了选型。接着对选取的设备进行系统硬件电路设计，对PLC进行合理的输入输出口分配，并布置PLC设备接线。本设计还通过设定科学的运行控制方案绘制了软件流程图，同时完成了梯形图编程设计。除此之外本设计进行了MCGS组态仿真开发，设计了原煤处理系统组态画面。最后通过将组态仿真与PLC程序进行联动调试，系统的运行状况得以直观展示。
关键词：PLC；FX-3U；梯形图设计；MCGS组态
Research and design of raw coal treatment system based on PLC
Abstract At present, in the process of mine work, one of the important links is to improve the cooling and dust removal effect of raw coal in the process of transportation and crushing, and the intelligent operation of system equipment, stability, power consumption and other factors are several major factors restricting the operation efficiency of raw coal treatment system. Therefore, it is of great significance to study the intelligent control of raw coal treatment system. On the one hand, it is beneficial to improve the current working conditions of mine production, raw coal transportation crushing, cooling and dust removal, save a lot of manpower and material resources, improve the working efficiency; On the other hand, it guarantees the safety of the staff and managers.
By analyzing the research status of raw coal treatment system at home and abroad, the main research content and the difficulties to be solved at this time are obtained, and a reasonable research program and research methods are formulated. This paper first introduces the raw coal production process and the operation principle of raw coal treatment system, and the raw coal treatment system for the overall design, focusing on the basic information of each device in the system. Then through the principle of reasonable selection of devices, the control system of the device selection, select the PLC programmable controller, sensor, conveyor motor and other equipment suitable for the raw coal treatment system; At the same time, the development software is selected. Then the selected equipment for the system hardware circuit design, reasonable input and output distribution of PLC, and layout of PLC equipment wiring. This design also draws the software flow chart by setting the scientific operation control scheme, and completes the ladder diagram programming design. Finally, the design of the raw coal control system MCGS configuration simulation development, the design of the configuration screen. Through the linkage debugging of configuration simulation and PLC program, the running state of the system can be visually displayed.
Key words PLC FX-3U Ladder diagram design MCGS configuration
目录
第一章 绪 论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 国内研究现状 2
1.2.2国外研究现状 4
1.3本文的主要研究内容 4
1.4主要研究方案 5
第二章 原煤处理系统总体设计 6
2.1原煤及其工艺流程介绍 6
2.1.1原煤简介 6
2.1.2原煤生产工艺详细介绍 6
2.2 原煤处理系统整体设计 11
2.3 硬件选型 12
2.3.1 PLC选型 12
2.3.2 PLC扩展模块选型 13
2.3.3 传感器选型 15
2.3.4 传送带电机选型 17
2.3.5 传送带选型 18
2.3.6 触摸屏HMI选型 19
2.3.7 其余元件的型号选择 19
2.4 软件选型 20
2.4.1 PLC编程软件的选型 20
2.4.2 组态仿真软件的选型 20
第三章 硬件设计 22
3.1 主电路设计 22
3.2 I/O分配表 23
3.3 PLC设备接线图 25
第四章 软件设计 27
4.1 程序设计 27
4.1.1 系统流程图的设计与解析 27
4.1.2 PLC梯形图编写 28
4.2 组态仿真画面设计 32
第五章 通信与调试 33
5.1 通信与监测 33
5.1.1 通信协议—RS485通信简介 33
5.1.2 MCGS设备窗口的设置 33
5.1.3 GX WORKS2中plc参数设置 34
5.1.4 通信是否成功检测 34
5.1.5 与MCGS TPC7062触摸屏的连接 36
5.2 上位机 组态仿真调试 37
5.2.1送煤设备启动运行 37
5.2.2洗煤设备运行 38
5.2.3精煤输送运行 38
5.2.4设备报警 39
5.3 下位机 PLC运行结果 39
第六章 结论与展望 41
6.1 结论 41
6.2 不足之处 41
6.3 展望 41
致谢 43
参考文献 44
附录 46
附录1：PLC程序 46
附录2：MCGS主窗口程序 49
第一章 绪 论
1.1 研究背景及意义
中国是自然物质资源大国，其中煤炭蕴含量遥遥领先。在我国可以直接被利用煤炭资源储量高达1886亿吨，已被探明的平均每人煤炭储量为145吨。目前，我国的经济政策由原来的粗放型正在向环保型转变，同时我国现在正面临着资源缺乏和浪费以及环保问题日益严峻的问题，针对这些问题国务院着重提出了对国有企业体制结构进一步改革的多重政策，主要发展包括绿色可持续经济在内的几大领域，煤业开采作为传统的民生重工行业，必须在其根本上的矿用设备和运营体制上寻找到更加节能和绿色的可持续性的新举措。
在经济的发展中，能源对我们来说越来越重要，因为这个原因，也决定了煤炭在我国的地位。在很长的一段发展中我国煤炭工业生产水平有了很大的提升，不论是在开采方面还是在运输支撑方面都有了很大的提高，但是，在煤炭运输及破碎作业时，由于环境相对恶劣，设备安全技术亟待提升，导致煤炭运输及破碎设备不能稳定运行，极大程度上影响了煤矿工人的生命安全以及煤矿企业的正常运转。
就原煤处理需求来讲，破碎及筛分动力系统可满足对煤矿生产来的煤矸石进行洗选、筛分、破碎等加工工序，而煤矿的生产量非常庞大，所以通常需要多台设备或产线对原煤进行处理，由此可知，设备的运行状态、原煤的处理质量以及过程中的各个信息都需要被及时采集和解析，重点涵盖破碎状态和温度信息。而以PLC（可编程控制器）为主控制器，利用其并行运行和基于数据流这两大特点，可使原煤破碎站动力系统的破碎与筛分恰好实现以上功能。在保障煤矿生产安全的基础上，还提高原煤的洗选效率，减少对处理所需的能量消耗，并在很大程度上控制了生产成本。
对原煤处理系统的自动化研究具有如下意义：
（1）有利于国家节能环保
我国绿色经济开展规划纲要已将节能减排列为首要内容，特别针对大型耗电企业，如电力、钢铁、石油化工、水处理等重型工业范畴企业都提出了越来越严厉的减排方案。特别是破碎机作为通用性的机械设施而普遍地使用在国家经济发展的各个方面。
（2）有利于矿井企业人员的安全
我国的矿业在百万吨的死亡率由2001年的5.07下降到2012年的0.456，但是与其他的先进国家的矿业相比较仍不具有可比性。据统计仅在2006年，我国煤业开采总量约占世界总量的37%，然而事故伤亡人数却占全世界死亡人数的80%。不稳定的矿井工作环境状况不仅严重影响着矿井工作人员的生命状况，也不利于平安社会的建立以及稳定的国家发展。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
我国原煤开采、处理和煤炭机械的相关研究起步较晚，由于经历了抗日战争和解放战争，煤炭等矿产资源遭到了日本帝国主义的蛮横抢夺，无论从技术装备和开发环境都落后于同时期的国家，并且还没有专门的技术人员。后来，随着中国的不断进步与强大，煤炭行业涌现出非常多的爱国技术专家和大批投入煤炭开采和研究的工作人员，提升了煤炭行业的科研技术。目前，针对于原煤处理系统的研究多集中于高校研究团队以及大型煤炭集团的研发实验室。
参考文献
[1].房伟林.选煤厂自动化控制系统设计与应用研究[J].机械管理开发,2021,36(10):279-281.
[2].高昆.原煤智能皮带输送系统的研究[J].设备管理与维修,2021(19):18-20.
[3].郑怀国. 露天煤矿复杂地质构造及多刚性工艺约束下综合工艺优化研究[D].中国矿业大学,2021.
[4].蔡忠超.塔尔煤田一区块露天矿原煤破碎站布置方案研究[J].露天采矿技术,2021,36(02):109-111+115.
[5].冯亮.矿井地面原煤储装运系统改造分析[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(04):120-122.
[6].李世平,李姝睿,闫旭日.露天矿原煤破碎站布置优化探讨[J].内蒙古煤炭经济,2021(01):23-24.
[7].王燕云.关于PLC在选煤控制系统中的应用研究[J].机械管理开发,2020,35(12):214-215+221.
[8].李雁飞,何莎.露天煤矿半固定破碎站移设优化研究[J].采矿技术,2020,20(06):70-74.
[9].康志华.斜沟煤矿原煤运输皮带机集中控制系统应用[J].同煤科技,2020(04):15-18.
[10].宋相强.原煤运输系统优化改造及视频处理变频控制技术应用[J].能源与环保,2019,41(11):107-111.
[11].韩小冬.旁路原煤煤质精准控制系统研究[J].洁净煤技术,2019,25(S1):18-21.
[12].田仙宝. 露天煤矿半固定式破碎站半连续工艺系统优化与应用研究[D].内蒙古科技大学,2019.DOI:10.27724/d.cnki.gnmgk.2019.000419.
[13].刘刚.车集选煤厂原煤系统的优化与改造[J].煤炭技术,2019,38(01):128-130.
[14].薛万海.安太堡矿过背斜期间原煤运输系统改造方案探讨[J].露天采矿技术,2018,33(05):28-31+36.
[15].程韶华.选煤厂控制系统的研究与设计[J].机械管理开发,2018,33(10):233-234+262.
[16].冯俊优.半移动式破碎站在原煤运输中的应用[J].科学技术创新,2018(27):138-139.
[17].陆大同,杨超,李文芳.基于PLC的输煤自动控制系统设计[J].电气传动,2017,47(11):55-59.
[18].白恩杰. 矿井原煤运输集控系统的研究与应用[D].西安科技大学,2017.
[19].李雁飞,何莎,周志伟.神华宝日希勒一号矿原煤破碎站移设步距优化研究[J].露天采矿技术,2017,32(02):49-52+56.
[20].孙行. LabVIEW在原煤仓清堵机监控系统中的应用研究[D].东北师范大学,2016.
[21].王芳.大型选煤厂破碎站刮板机频率控制系统改造[J].神华科技,2012,10(05):36-38.
[22].王治刚,张萃,陈军.自动输煤控制系统的设计研究[J].煤矿机械,2010,31(10):48-51.
[23].Reza Zolfaghari and Mohammad Karamoozian. Crushing analysis of the industrial cage mill and the laboratory jaw crusher[J]. Journal of Particle Science and Technology, 2017, 3(3) : 155-161.
[24].Hugo I.E．Mobile crushing/sizing systems for modern open cast mining-a case studyof mae moh phase 5 project,thailand[A].Bunduwongse,R.6th Large Open PitMining Conference 2007-Proceedings[C].Australia:Australasian Institute of Miningand Metallurgy Publication Series,2007:65-75.
[25].Kutschera,Sepp A.Selection criteria for the application of continuous mining andtransport methods in opencast mines[J].Bulk Solids Handling,1994,14(1):63-69.
[26].H.Fernberg.Quarrying and Open Pit Mining[J].Bulk Solids Handling:Open PitMining,2003Sp,20-23．
