铁路煤场装车站自动装车控制系统的研究

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铁路煤场装车站自动装车控制系统的研究

　　【摘 要】运用工控机、RS485通讯总线技术和PLC系统核心控制程序，实现了铁路装车系统的实时控制，达到优质、实时、高效、低耗、安全、可靠自动装车的目的，在RS232C接口加装光隔电流环，成功地解决了该接口的干扰问题。
　　【关键词】工控机 RS485通讯总线 PLC RS232C 光隔电流环 装车系统控制
　　
　　一、概述
　　
　　随着自动化和计算机技术的不断发展，工控机已得到广泛的应用。工控机是根据工业生产的特点和要求而设计的电子计算机。它应用于工业生产中，实现各种控制目的、生产过程和调度管理自动化，以达到优质、实时、高效、低耗、安全、可靠、减轻劳动强度和改善工作环境之目的。现场总线是连接智能现场设备和工控机系统的数字式、双向传输、多分支结构的最下层的通信网络。工控机与现场设备的信息交换是点对点的，现场总线的介入减少了电气布线的数量，尤其在制造系统中，不仅可以减少控制系统的成本和复杂程度，而且可以减少电气控制柜底部容纳电缆的空间，所以这种网络结构可以使制造系统的修改变得容易。网络化系统允许处理功能分布至若干小规模智能单元，网络结构趋向模块化。某个设备可以方便地在一个分组中被增减，且不影响其他分组的功能实施。现场总线将工控机系统与现场设备进行数字通信，这个网络就称为现场总线系统。
　　
　　二、实现原理
　　
　　根据现场实地考察、数据计算分析，煤场调度绞车在80到100秒就将车皮拉过放煤溜槽，而在这段时间内皮带输送机最多只能输送22到28吨煤；即使皮带输送机满负荷运行，输送60吨煤最少也需要216秒。车皮需要倒回去再装一次至两次才能装到所需煤量；费时，费力，操作烦琐；或者让调度绞车运行几秒，停止几秒，以装载所需煤量，这将造成调度绞车的频繁启动、停止，对设备冲击非常严重，并且控制不准确，操作烦琐。
　　因此，决定在调度绞车上加装变频调速控制系统、绞车测速系统，使调度绞车实现无级变频调速运行，既能实现绞车运行的精确控制，又能将设备的冲击减到最小，延长设备使用寿命，节能降耗。
　　在给煤皮带输送机上加装核子秤，用于监测皮带上的煤的实时流量，以控制调度绞车、皮带运输机、给煤机、电动液压老虎口，放煤溜槽的同步按序运行。
　　在给煤皮带驱动电机上加装变频控制系统，实现驱动电机的软启动，节约能源的目的。
　　在轨道边加装车皮位置探测器，以精确定位车皮位置。
　　给放溜槽加装限位开关，以确保溜槽在指定区间运行，以防止放煤溜槽抬得过高或放置过低，造成下煤不畅或影响车皮通过。
　　在皮带输送机机头位置上方、各煤仓下部加装视频摄像头，在一、二号操作室加装视频监视器，以监测皮带输送机、煤仓溜煤槽上的实时煤量，以及车皮实际装煤情况。
　　系统控制核心程序设计在日本三菱PLC控制器上运行，以实现集中控制逻辑，保证系统高速、可靠、实时运行。节点控制部分通过PLC控制器、中间继电器，独立驱动被控节点可靠运行，通过RS485现场总线与上位机（工业PC机）通讯，以简化系统设计，保证系统简单、快捷，可靠运行。

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　　三、总线结构
　　
　　现场总线共七个站点（一个主站、六个从站）。主站0#：主控操作台；从站1#：主控PLC控制柜；从站2#：附属控制柜；从站3#：核子秤信号；从站4#：绞车变频控制柜；从站5#：皮带变频控制柜；从站6#：皮带变频控制柜。各站点均采用RS485总线通讯方式。上位机（工业PC机）采集现场总线数据，通过RS232接口与主站0#PLC编程口相连，实现数据实时采集，便于司控人员实时监控装车现场。其系统总线结构框图如下：
　　系统总线结构框图
　
　　四、装车流程
　　
　　车皮到达装车站后，系统根据光电开关定位信号，自动将车皮放置到装煤位置，同时放下溜槽，响起开车预告信号，随后依次集控开启系统各个皮带机和给煤机。装煤过程中，通过装在皮带、及煤仓溜煤槽上的核子秤所测量的煤流量，将该煤流量测量值通过串行通讯传给从站3#PLC（3#PLC把串行数据换算成煤流量吨位）。从站4#PLC（绞车变频控制柜）通过RS485总线从3#PLC读取煤流量测量值，经过D/A（数模转换）转换成模拟信号后，传送给变频器信号参考输入端，变频器根据该参考信号输出频率控制电机拖动绞车，实现通过皮带上煤流量的大小调整绞车速度，以保证装车过程中煤能均匀装在车皮里。系统根据核子秤所计量的装煤量自动增减给煤机数量及调节皮带速度。待一节车皮装车接近完毕时，通过0#PLC扩展模块232IF的RS232接口（传输距离15米）转换为RS485接口(传输距离600米)接至轨道衡仪表输出端读取轨道衡称重信号，判断是否已达到预计装车吨位，当达到所需煤量时，抬起放煤溜槽，同时响起两声计量信号给主控台和磅秤房。待车辆上秤后，系统发出一声响铃给主控台和磅秤房，待计量完毕后系统根据磅秤发出的三声计量结束信号，自动开始下一节车皮的装煤过程。
　
　　五、结论
　　本系统通过工控机与现场总线的有机结合，实现了装车自动控制，具备以下优点：
　　1.可靠性高。数字信号传输抗干扰强，精度高。
　　2.可控状态。操作员在控制室既可了解现场设备的工作状态，也能对其运行参数调整，还可预测或寻找故障。整个系统始终处于操作员的远程监视与可控状态，提高了系统的可靠性、可控性和可维护性。
　　3.统一组态。由于现场设备都引入了功能模块的概念，所有的制造商都使用相同的功能块，并统一组态方法。
　　4.综合功能。现场设备既有检测、变换和补偿功能，又有控制和运算功能，不仅方便了用户，而且降低了成本。