基于PLC控制的自动充填系统.pdfVIP

基于PLC控制的自动充填系统

[摘要]近年来，随着我国经济水平的不断提高、工业化程度的不断发展，在

人们的日常生活中越来越离不开对各种资源的开采，而煤炭资源更是其中不可缺

少的一部分。但是，煤矿资源的开采十分艰难，并且对周边生态环境存在着一些

风险隐患，因为其深藏地底，一旦将其挖出，低质地表失去支撑以及稳定，可能

会出现地表下沉等现场。并且随着我国对可持续发展以及环保发展的理念越发重

视，因此充填技术应运而生。

而自动化智能化更是未来煤矿发展的主要趋势，因此本课题采用PLC作为主

要的控制系统，实现通过对振动模拟量的采集来控制充填工作自动化运行的目的，

达到了减轻矿工劳动强度，增加工作安全性的目的，为矿井的开采提供了有力的

生产保障。

关键词：自动化、膏体充填开采，PLC

第一章绪论

1.1课题背景以及意义

林西矿1121-1采面采用充填工艺实现对采面煤矿的开采，该工作面平均长

度约90m,工作面共布置5个布料管，工作面充填管在每个设置布料管的地方接

一个换向阀，利用换向切换控制充填浆液。充填过程中，工作面由低处向高处交

替循环充填。

本课题立意是将现代自动化控制系统与充填技术相结合，并通过现代化手段

实现采面的自动充填，其作为煤矿自动化改造的一部分，具有非常大的实际意义。

在如今的煤矿开采行业中，安全是行业的第一要素，只有保障安全，才能保障生

产，而自动化充填可以降低现场操作人员的工作强度，确保系统的稳定性，对员

工的生命安全生产起到积极作用，因此充填系统的自动化研发是社会的发展主要

趋势。

1.2充填工序介绍

充填的工作原理是一个先将矸石破碎加工，然后把矸石、粉煤灰、添加剂

（悬浮剂、速凝剂）和水等四种物料按比例混合搅拌制成膏体浆液，再通过充填

泵把膏体浆液输送到井下充填工作面，充填由液压充填支架和辅助隔离措施形成

的封闭采空区空间的过程。其充填工艺顺序为：安全确认→充填准备（采面形成

隔离区，上下端头支设“隔离墙”、吊袋、接管）→巡回检查→通知充填站打水

→灰浆推水→充填膏体推灰浆→正常充填→管道清洗（灰浆推充填膏体→水推灰

浆）→充填结束验收。

而该工艺流程中，如何判断充填管路中的物质种类这一问题尤为重要，因为

这涉及工人对换向阀开关时机的掌握，若该步骤操作不当，可能对充填体的强度

以及安全程度存在一定影响，在传统充填流程中通常使用人工判断的方法确认充

填管道中的物质，但该方法过于依靠工人的熟练性并且可能存在极大的误差，因

此本课题为解决这一问题，采用振动传感器来采集管道的振动频率，并通过对振

动频率的频率来分析管道中的物质，并通过声光信号给与现场工人提示，帮助工

人顺利安全的完成生产。

本文设计通过对振动模拟量的采集控制，实现自动控制充填换向阀，实现充

填系统的自动充填。

1.3PLC控制系统的优点和趋势

使用PLC设计的充填自动控制系统，采用微电子技术，大量开关动作由无触

点的电子存储器件完成，在需要控制时只需在PLC的端子上接入相应的输入/输

出信号线即可，取代了继电器等物理电子器件，可靠性大大提高而且寿命更高。

此外，PLC体积小，质量轻，便于安装，还能通过数据直观地显示系统工作状态

及各项参数，更加方便直接。而且由于用软件编程取代硬接线实现控制功能，设

计安装调试整个系统更加方便安全，大大增加了系统的可靠性及安全性。

第二章自动化充填系统的工艺要求与总体设计

2.1系统工艺要求

本次设计是基于PLC的充填系统，该系统的共分为两套方案，分别为自动控

制系统和手动控制系统，自动系统主要使用自动控制方式运行，只在必要时使用

手动方式来对系统进行运行方式控制；手动控制系统则增加来液报警系统，当充

填管道中来液时，振动传感器收到感应，通过控制现场的声光信号来对现场工人

进行提醒并自动计时，并且随着管道中液体的不同，其报警信号及方式也有所差

异，手动系统需要人工对换向阀进行操控。

自动控制系统，根据系统需求，井下自动充填控制系统的PLC信号主要包括

三种：数字量输入信号、数字量输出信号和模拟量输入信号。其中数字量输入在

本系统中的信号主要包括充填系统的启动和停止运行、手自动模式的选择、复位

按钮等；数字量输出信号可以包括五个换向阀的控制、三种指示灯的控制、矿用

电铃的控制；而模拟量输入信号则有振动传感器的