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              基于雷達料位計的煤倉煤位監控系統的應用

              發布:2021/9/4 17:40:23人氣:422
              在煤炭生產過程當中,煤倉是礦井生產系統中重要的緩沖及存儲環節,配置一定容量的煤倉對于保障采掘工作面正常生產起到至關重要的作用。文玉煤礦地面現建有三座圓筒狀煤倉,在其頂部安裝有正弦篩分系統,對原煤篩分后可得到末煤、3-8mm塊煤及大塊煤,經分類后通過膠帶運輸機分別進入各自煤倉中。煤炭生產過程中,調度室要實時了解煤倉中煤位的高低。若不進行煤位監測,當煤倉中的煤位超過zui高點時,會出現滿倉,煤流輸送機被迫立即停止運行,影響工作面的生產,發生事故;當煤位低于一定位置時,會出現空倉,有可能會破壞倉下給煤機以及降低塊煤率等。為此,須對煤倉中煤位進行實時監測及控制。文玉煤礦通過以PLC為控制核心、基于雷達料位計實時監控系統的研究,為料位監測及控制系統提供一種新的選擇。
               
              1.實現功能
              (1)對煤礦大塊煤倉、3~8mm塊煤倉煤位進行實時監控。
              (2)根據煤倉中煤位的高低控制給煤機及原煤主運膠帶運輸機啟停。
              (3)物料高度實現數據實時傳輸并通過網絡上傳。
               
              2.設備選型
              2.1料位計選型
              目前,使用的料位監測裝置主要分為兩類:一類是物位開關,即通過設定高低限位實現檢測物料位置狀態的儀器,主要有組旋式、浮球式和電容式;另一類是連續測量式料位計,可分為單脈沖超聲反射式、激光式、稱重式和壓力式等,能夠對料位進行實時測量。另外按照測量方法還可以分為接觸式料位儀及非接觸式料位儀兩類,其中接觸式料位計的機械磨損大,維護量大;非接觸類的產品維護量小,適合長期使用。常見料位監測技術的性能見表1。
              雷達是一種特殊形式的電磁波,可穿透氣體蒸汽、粉塵等干擾源,傳播速度與光速相當,頻率為300MHz~3000GHz,在用于測距時,當被測介質介電常數越大或導電性越好時,回波信號的反射效果就越好,因此對真空,溫度、壓力變化大,有氣體、蒸汽、粉塵存在等一般檢測技術檢測效果不理想的場合中,采用雷達技術都可獲得十分滿意的效果。雷達傳感器的工作原理為:極短的微波脈沖通過天線發射到被測介質上,被介質表面反射并被天線系統重新接收,通過計算發射與接收信號之間的時間便可得知容器中物料的高低。采用雷達技術測量煤倉中煤位的優點如下:(1)測量方式為非接觸式測量,可以避免設備出現磨損;(2)不受強粉塵、人料噪聲、空氣渦流等因素的影響;(3)具備粉塵防爆功能;(4)對于固體料測量量程可達到70m,測量精度高。
              2.2控制系統的選擇
              可編程控制器(PLC)是一種用以面向生產過程的數字電子裝置,由于PLC在設計過程中采取了多層次抗干擾元件等措施,因此能夠適應工業現場的惡劣環境,其平均無故障時間通常在20000h以上,這是一般的其他電氣設備做不到的。PLC除具有上述的可靠性高,抗干擾能力強的優點以外,還具備以下幾個特點:(1)編制程序簡單;(2)性價比高;(3)通用性強,控制系統構成較為簡單;(4)易于操作及維護。為此選取可編程控制器(PLC)作為倉位監測及控制系統的控制核心。
               
              3.系統構成及實現功能
              文玉煤礦安裝的料位監測及控制系統示意圖如圖1所示,系統主要由雷達料位計、PLC控制箱、倉下就地箱以及調度工控機構成。
              (1)大塊煤倉及38塊煤倉頂部安裝有VEGAPULS-68型K-頻段高頻傳感器,測量結果以電流信號(4~20mA)的形式傳輸至PLC控制箱。由于在進行測距時雷達波是以光速運行,為此 VEGAPULS68型傳感器采用一種專用的時間延伸法得以能夠可靠并精確地測量極短的信號運行時間,此型號的雷達傳感器信號可通過萬向節調節拋物線天線方向,對準物料面,從而導致聚焦能力常youxiu,因此料層內的安裝物或倉壁上的黏附物體不會影響測量結果,并且通過內置的 Echo fox軟件以及zui新微處理技術,可將所接收回波中的雜波濾除掉,從而保證數據的真實及有效性。
              (2)倉下就地箱安裝有繼電器、轉換開關、觸摸屏:繼電器用于將一個空倉信號擴展成多個空倉信號接入給煤機啟動回路;轉換開關用于短接空倉信號,便于當煤倉中煤位低于空倉數值時開啟給煤機或系統故障時應急開車;觸摸屏便于煤機司機獲取煤位數據。
              (3)PLC控制箱:控制箱采用IP45防護等級壁掛式安裝,127V供電,開關量信號全部采用中間繼電器隔離,內裝有西門子S7系列PLC,共有4個模擬模擬量接口,其中2個接口用以煤倉煤位信號的接入,另2個接口用于日后系統的擴展。PLC通過采集雷達料位計輸入的數據,與煤位高低現值進行比較,如果煤位高于所設定的滿倉數值,輸出滿倉信號給原煤皮帶保護裝置主機,停止原煤輸送膠帶機的運轉;當煤位低于所設定的空倉數值時,向給煤機發出停機信號,給煤機將暫停放煤??刂葡淝懊姘灏惭b轉換開關及觸摸瓶,其中轉換開關有用以屏蔽滿倉信便于在系統故障或料位計損壞時應急開車;觸摸屏可以實時顯示煤位的高低并可更改設定的滿倉及空倉數值。倉位數據通過光纖交換機傳送至調度室工控機中,以系統的遠程監測控制功能。
              (4)調度室工控機:在調度室工控機中安裝有 WinCC動態組件,該組件具有良好的開放性,可非常方便的與各項用戶程序及軟件進行組合,并且形成非常友好的人機界面,用戶在此界面下可非常容易的完成編程、數據管理等工作,形成各種所需的操作、檢測、控制、報警等界面。利用該組件所建立的監測及控制界面如圖2所示,具體由以下3個部分構成。
              ①狀態運行區:顯示倉上PLC控制箱及倉下就地箱信號的投入狀態,通過動畫及數字實時顯示煤倉中煤位的高低,當出現異常狀況時,該系統可實現聲光報警功能。
              ②操作區:在輸入正確的用戶名及口令的前提下,可對該系統中大塊及38塊倉中的滿倉及空倉倉位進行設定及修改。
              ③歷史記錄區:該區域可顯示過往任一時間內煤倉中煤位的高低并可形成煤倉煤位趨勢圖,顯示滿倉及空倉倉位修改的信息以及倉位告警信息。
               
              4.現場運行狀況及展望
              文玉煤礦在未安裝料位檢測機控制系統前,倉位均需專人通過觀察孔進行觀測,由于煤倉內粉塵非常大,對倉位的監測會造成較大的誤差,且實時監測性差。此套以PLC為控制核心,基于雷達料位計的料位監測及控制系統于2013年12月27日安裝完成,至今已正常運行一年半的時間,期間為驗證雷達料位計的抗粉塵能力,探究此段時間內雷達料位計測得的數據是否正確,曾多次在煤流運輸時間段內使用皮尺進行測量,測量結果與雷達料位計顯示結果相差不超過10cm,由此可見雷達料位計可非常出色地完成對煤倉中煤位的監測。在調度室工控機中,通過 WinCC編制的界面程序可非常出色地完成對空倉及滿倉倉位的設定、倉位實時數據的傳輸及歷史信息的記錄等,并且實現了程序界面的開機自啟動功能,避免了其他人員錯誤操作而導致系統不能正常運行。由于該系統體現出的高可靠性以及抗干擾能力強,因此可將該系統用于以下兩個方面。
              (1)對井下煤倉進行自動化監測監控,通過煤倉中煤位的高低控制采掘工作面的生產狀態;
              (2)用以探測采空區內的水量,從而便于掌握礦井內各區域的水文狀況,控制排水泵的自動啟停,實現礦井排水自動化。
               
              5.總結
              (1)在高粉塵,高噪聲,防爆要求高的條件下雷達料位計可出色完成對煤倉中煤位的實時監測。
              (2)實現了倉位數據的遠程監測以及自動控制,當煤倉中煤位高于滿倉數值時運煤皮帶自動停止工作,當煤位低于空倉數值后給煤機停止工作,并且在調度室內就可以對系統的滿倉及空倉數值進行修改。
              (3)通過雷達料位計以及PLC控制箱,可非常簡便且高效的對煤倉煤位進行實時監控,減輕了現場工人的負擔,從而進一步地提高了礦井自動化生產水平。
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