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篇1

主辦單位：天津市工業自動化儀表研究所;天津市自動化學會

出版周期：月刊

出版地址：天津市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：1001-9944

國內刊號：12-1148/TP

郵發代號：6-20

發行范圍：國內外統一發行

創刊時間：1981

期刊收錄：

SA 科學文摘(英)(2009)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

期刊榮譽：

Caj-cd規范獲獎期刊

聯系方式

期刊簡介

篇2

1概述

社會的發展越來越快，社會的經濟水平也越來越高。在生活水平提高之后，越來越多的人們逐漸開始重視其生活質量的問題。電能是人們生活、發展過程中必不可少的資源，電量的增多可以保障日常生活、工作的穩定。然而我國的發電結構還處于以火力發電為主的層面，而火力發電則會使用大量的煤炭資源。煤炭資源屬于不可再生資源的一種，長期、大量的消耗最終會導致煤炭資源的稀缺，不利于我國的長久發展。不僅如此，大量的燃燒煤炭也會造成空氣的污染。為此我國逐漸把可持續發展問題作為當前的發展重點來看待，尤其是節能減排工作。節能減排不僅可以有效地節約資源，同時也可以減少因廢氣的排放而造成的環境污染。隨著科學技術的不斷發展，電廠不僅僅依靠手工操作進行生產，進而轉向了利用自動化技術進行生產。這也大大提高了電廠的工作效率，從而為節能減排起到了推動作用。

2運用自動化技術實現節能減排的相關理念

2.1運用自動化產品實現節能減排

為了逐步實現節能減排的目標，一些電廠開始運用自動化產品作為輔助工具。如電廠利用微電腦系統進行控制以及使用軟啟動等技術，從而在一定程度上可以依靠自動化產品使節能減排成為可能。一些自動化產品的使用，使得電廠在控制方面的精準度有所提升。在對電廠的運行功率以及運行負載進行嚴格的控制之后，耗電量以及耗費的能源逐漸減少，因此，使用自動化產品可以有效地幫助電廠實現節能減排。

2.2運用自動化系統實現節能減排

除了運用自動化產品實現節能減排之外，也可以利用自動化系統使節能減排成為可能，比如運用調度自動化以及管理自動化等，在提高企業經濟效益的同時，也能有效地控制資源以及能源的投入量問題。依靠節能系統實現對電廠投入的控制，從而使電廠節約成本，并且節約各種資源，進而促進節能減排工作的順利實現。

3電廠節能減排中自動化技術的應用

3.1實現自動化系統的一體化進程

目前，電廠的自動化系統由三層結構構成，即過程控制、制造執行以及經營規劃三層。為了有效地實現節能減排，除了運用先進的技術、設備之外，還要利用先進的自動化系統。通過系統的控制，進而實現操作以及調度等方面的優化。我國有六種耗能較多的工礦企業：有色、冶金、建材、電力、造紙以及化工。這些工礦企業不僅耗費大量的能源、資源，也會對環境造成嚴重的污染。為此，就需要對其重點的能耗設備進行節能控制，減少能源的消耗，同時對其重點污染源進行污染治理，因此，逐漸完善控制裝置并進行系統的及時優化勢在必行。通過各種系統和先進設備的共同作用，對能源的除塵、脫硫等流程進行嚴格控制。同時對各種易產生污染的環節進行優化處理，從而使燃燒技術更為優化，使能源消耗與污染物的排放降至最低，進而實現電廠的節能減排工作。

3.2節能自動化產品的研制和技術的開發

由于科學技術的不斷進步，電廠也逐漸實現手工控制操作向自動化控制的方向發展。同時，實現了自動化控制之后，也使電能生產的方式更加優化、合理，使得電能的生產效率也實現了逐步提升。目前，電廠的自動化技術一般都是運用變送器對計算機系統以及大屏幕的監視器、現場總線等進行控制。雖然國家及電廠正在加大力度實現發電結構的轉型，但是在我國的電力規劃中指出，即使到2030年，我國電廠發電結構依然是以火力發電為主。而預計4年后，我國的裝機容量便可多達14億千瓦，其中火力發電所占的比重就多達10億左右。因此，在以火力為主的發電結構模式下，節能減排工作更是困難重重，要及時需找新的方法，加快節能自動化產品和自動化技術的研發。首先可以尋找新的自動化節能方法，可以不斷引進外國先進的節能技術，再與我國先進的技術相結合，實現無觸點調壓、穩壓等；其次，采用移相控制技術以及電子安全保護技術等方法及時地對發電機的輸出功率進行調整和改變，加強微電腦對電廠的控制管理，不斷提高電機的工作效率，使能耗逐漸降低，從而達到節約資源的目的；最后，可以加快研制新的自動化產品和自動化技術，使可再生及不可再生資源的儲能效率及生產效率等都獲得較大程度的提高。

3.3結合信息管理進行節能減排

在電廠使用自動化技術進行控制的早期，一般都是單純地對控制系統方面的單輸出和單輸入情況進行分析整理，之后再對其進行人工繪圖。而這種操作方法一般都會存在很大的誤差，且工作效率低。由于電廠對于信息管理的重視不夠，導致自動化技術與管理信息化程度嚴重不匹配。為了改變這一局面，就要重視二者的協調發展，從而提高系統統計數據的準確性，也使自動控制的實用性更強，使操作更為簡單、方便。

4成功運用自動化技術進行節能減排的表現

4.1變頻技術的應用

電廠使用變頻技術能有效地控制節能減排。在電廠的運行過程中，一般會利用煤、燃氣或是油等資源進行發電，因此，就會有很多浪費現象從中產生。煤、燃氣以及油等資源的消耗使我國能源的投入量大大提高。而在電廠實際發電的過程中，對于能源的消耗也很大，以致節能減排難以實現，使用變頻技術可以有效降低能源消耗。變頻調節器的使用也會在很大程度上降低燃料的消耗量，從而根據電廠的實際情況對能源投入進行調節和控制。與此同時，變頻調節器的使用也可以優化鍋爐的運行狀態，控制燃料在燃燒時的風量。變頻技術的應用可以幫助電廠解決能源消耗以及資源浪費等問題，逐漸實現電廠的節能減排、降低消耗，從而獲得更多的經濟收益。

4.2運用現場總線技術

運用現場總線技術可以幫助電廠順利實現節能減排。隨著經濟的不斷發展，電廠總線布置涉及的范圍也越來越廣。現場總線技術與傳統的技術相比具有比較明顯的優勢：一是可以使硬件設備的應用數量有所降低。現場總線技術一般采用的是計算機控制，同時利用PC，使得硬件設施的需求量大為減少，并且其控制站的面積也可以因此大大縮減；二是從安裝方面來講，現場總線操作起來更為簡捷、方便。在現場總線的其中一條線路上可以進行多個設備的接入，從而為電廠節約了更多的資金。同時，應用現場總線技術也在一定程度上可以解放人力。由于其工作量小，相對的，電廠對于人力、物力方面的投入也會相對減少。

4.3碳素焙燒控制技術

利用碳素焙燒技術進行生產時，焙燒可以影響生產的各個方面，如對環保產生影響、對能耗產生影響、對成品的品質和成品的壽命造成影響等。然而碳素焙燒技術在生產過程中具有多道工藝，因此，對于環境造成的影響也極其惡劣。但是由于長時間缺乏控制，所以其相對的能耗也比較大且污染嚴重。目前，針對這一情況已經研發出專門控制碳素焙燒的技術，在電廠的投入使用中，不僅為電廠節約了大量的能源，也減少了對于環境造成嚴重污染的污染物的排放，同時為電廠帶來了巨大的經濟效益，使得節能減排工作逐漸成為現實。

5電廠節能減排中自動化技術的發展方向

5.1走可持續發展之路

電廠在節能減排過程中運用自動化技術可以促進電廠實現高水平、高質量的發展。在利用自動化技術的同時，能夠有效實現電廠的可持續發展。自動化技術使節能減排成為可能。在降低能源消耗、減少對環境的污染的同時，不僅為國家節約了大量資源、能源，也逐漸促使國家向環境友好型方向發展。

5.2促進自動化技術的規模化發展

自動化技術的運用是符合時展潮流的，而且在電廠的實際應用中，不僅節約成本、降低消耗、保證環境質量，同時也增加了企業的經濟效益。利用自動化技術，可以實現利用小型系統就可以實現大規模節能減排的效果，因此，要促進自動化技術向規模化方向發展。擴大自動化技術的應用范圍之后，可以實現更大規模的節能減排目標。在全國各個領域、各大工礦企業推廣自動化技術，從而實現全方位的節能減排工作。

5.3深化自動化技術的應用

目前，自動化技術主要應用于電廠的節能減排工作上，所以要不斷深化自動化技術的應用，使自動化技術在安全控制方面的應用力度不斷加強，從而使節能減排工作水平的安全性能不斷提高。減少自動化技術的安全隱患，從而提升其應用效益，不斷滿足電廠在節能減排方面的需求。

6結語

我國電廠的發展為我國提供了大量生活必須的電能，有助于社會的安全與穩定。然而在實際的生產發展過程中，電廠的正常運行需投入大量的能源、資金，同時，能源、燃料的燃燒也給環境帶來了巨大的危害。由于煤等能源屬于不可再生資源，如果大量使用，子孫后代將無這種資源的福祉可享。為此，我國的發展不能只建立在眼前利益之上，而應更多地考慮長遠利益的發展。與此同時對于環境的污染也成為世界各國廣泛關注的焦點，因此一定要重視節能減排工作的落實。為此，電廠引進先進的自動化技術，在一定程度上降低了能源的消耗和污染物的排放，也促進了電力生產事業的發展。

參考文獻

[1]楊永明．自動化技術在電廠節能減排中的應用與研究[J]．中國高新技術企業，2011，（33）．

[2]方劍．節能減排理念下的電廠自動化技術淺析[J]．山東工業技術，2015，（7）．

[3]姚生魁，胡英軍．自動化技術在電廠節能減排中的應用與研究[J]．中國新技術新產品，2015，（19）．

篇3

1.煤礦安全概述

   （1）煤炭是我國重要能源儲備，既是國家能源的主要支柱，同時也是我國工礦企業中的高危行業。我國的煤礦95％左右都是井工煤礦進行開采的，井工礦煤炭埋藏深、環境差，存在水、火、瓦斯、煤塵、頂板、沖擊地壓導致坍塌等危險，露天煤礦存在著滑坡危險，困擾著煤礦工人和煤炭工業的健康發展。

   （2）煤礦井下的空間相當狹窄、環境惡劣，集中了各種重型的機電設備。如采煤系統、掘進系統、機電系統、運輸系統、通風系統、排水系統，缺乏可靠的定位與管理系統。

   （3）露天煤礦生產使用大量的卡車來運行，以800M無線通信方式為主。在定位系統方面沒有達到世界先進技術的水平，這就產生了技術、成本、現場環境方面的限制。導致只能在道岔、裝車站等局部地方實現定位，而在卡車運行途中不能實現全方位的精確定位；同樣井工煤礦礦井上、下也缺乏可靠的定位與管理系統。

   （4）對于露天煤礦的開采，往往要借助于大量炸藥爆破來完成土方剝離，但是這樣會存在一個嚴重的危害--爆破后可能造成露天礦坑邊坡不穩定，發生滑坡造成人員傷亡及設備損失，怎樣安全的爆破及進行邊坡穩定預警都應采用相應的高技術手段。

   （5）我國將在全國井工煤礦建立完善監測監控、人員定位、緊急避險、壓風自救、供水施救和通信聯絡等井下安全避險六大系統，在現有通信設備的環境中，煤礦井下通信系統需要更高的要求。

   （6）煤礦工人要嚴格遵守安全規章制度，設備和人一定要嚴格按照規定的流程進行操作，而目前煤礦在這方面實行的措施遠遠不夠，光靠人的自覺性，沒有可靠的高科技監控手段肯定是不夠的。

   （7）根據前階段新聞報道，國內發生了多起井下事故，多起人員傷亡，資產損失慘重，國家重視程度很高。煤礦事故的發生有很多種因素構成：安全預警措施不夠、人員的分布和作業的情況不明確。一旦在煤礦事故發生的時候，處理突況的及時性就會大大降低，搜救的效果也會降低。

2.物聯網在煤礦行業起到的作用

（1）2008年后，為了在找到一個新的技術點，也便于產生新的經濟增長點，人們便把眼光投向了物聯網的行業中來。物聯網在技術上有著革命性的創新，將各種技術的整合提升到了一個新的高度。物聯網是對各種物與物之間的聯接，對煤礦行業也產生了巨大的作用。

（2）自從有了物聯網技術后，這種技術就在煤礦業中廣泛的被應用了。"智慧礦山"由此而生，"智慧礦山"是指在采礦企業的發展中，運用一些高科技的信息通信技術，主要運用于煤礦的建設、生產、經營、安全管理方面，創造安全、高效的礦山。"智慧礦山"由幾方面的核心系統組成的：智能生產、智能安全、智能物流。智能生產在原有的基礎上提高了速度，將企業生產與自動化技術與計算機信息化技術相結合的模式來完成任務。主要是以自動化技術、計算機信息與網絡技術的方式為主；智能安全方面就是對企業內部的安全檢測與安全治理，以射頻傳感技術為主；智能物流是包含了人員的定位與物的定位與整個流向的管理，主要是采用定位技術和識別技術。以露天礦為例：GPS車輛智能調度系統，是通過采用先進的電子技術、信息技術、通信技術、計算機技術、優化技術等高新技術，對傳統的人工調度系統及管理體制進行改造，通過采集生產設備動態信息，實時監控和優化調度卡車、電鏟等設備的運行，從而形成一種信息化、智能化的新型現代調度控制系統和全方位的采礦生產管理控制自動化決策平臺。露天礦卡車防撞預警系統，綜合采用GPS定位，藍牙、射頻無線通訊，電子羅盤和語音報警技術，在礦區生產和輔助車輛中加裝了輔以車輛預警算法的車載終端，消除了重型卡車駕駛盲區和障礙物的影響，從而提高卡車平均運行速度和出動率，保障運輸安全，降低成本，提高生產效率。滑坡雷達監測預警系統，將步進頻率連續波技術、差分相位干涉測量技術、合成孔徑雷達技術和永久散射體技術等四項國際領先的技術相結合，用于礦山邊坡、礦區山體、地表以及礦區建筑等微小位移變化的監測，實現邊坡滑移預報，為安全生產提供了保障。

（3）物聯網不僅有著上面的功能，它還能將有線/無線一體化靈活的調度。通信系統是 "智慧礦山"中一項重要的功能，也是實現其重要保障的手段。無線/有線一體化的調度通信已經成為今后的發展趨勢。例如：井下人員定位系統采用無線射頻技術，在煤礦井下各個人員出入井口、重點區域出/入口、限制區域等地點設置分站，監測井下人員位置，具有對攜卡人員出/入井時刻、重點區域出/入時刻、限制區域出/入時刻、工作時間、井下和重點區域人員數量、井下人員活動路線等監測、顯示、打印、儲存、查詢、報警、管理等功能，實現煤礦入井人員的可視化管理，提高安全生產技術水平、保證安全生產。

   （4）智慧礦山"的好處。"智慧"是以系統的協調、合作、相通的方式進行相互式的鏈接的，目的是為了相互之間的促進，相互之間的保障，高效率的促進煤礦執行力與高效性的達成，將高效煤礦達到一個新的高度。每一種技術的背后都有好多種子技術支持。而"智慧礦山"的技術則是由計算機方面的功能與信息處理的功能、云計算算法、物聯網技術、通信與工業自動化技 術相結合而生的。

物聯網技術上新型的突破對煤礦業有著不可忽視的影響。它打破了原有的系統、技術和一些傳統性中已經生成的看法，讓煤礦工業在技術的革新上產生了跳躍性的飛躍，質的提高也使煤礦工業取得了一個新的高度。中國是一個產煤大國，行業健康的發展至關重要，在安全生產方面一定要達到行業規定的標準。"智慧礦山"是一個重大且很好的技術高峰，它的理念的提出是將幾方面的技術結合起來的：智能生產、智能安全、智能物流三方面。將人力、機械設備與自然環境相互融合在一起，將煤礦里面的一些主管單位相融合，將煤礦企業與城市相互融合在一起。用來創造出一個安全、高效、智慧的礦山，讓整個礦山都采用自動化技術，減輕煤礦中存在的誤區與不足。也希望通過本文拋磚引玉，引發更多關于物聯網 "智慧礦山"的探索，再有新的突破。

參考文獻：

[1] 邢玉忠;張四偉;邢存恩;;礦井可視化及其信息集成與傳輸系統的研究[J];太原理工大學學報;2006年03期

[2] 張夏林;吳沖龍;翁正平;田宜平;劉剛;何珍文;綦廣;李章林;孫卡;陳國旭;;數字礦山軟件架構與關鍵技術研究[A];第八屆全國采礦學術會議論文集[C];2009年

篇4

1 實踐教學體系建立的目標及基本要求

1.1 目標實踐教學體系建立的目標是培養德智體全面發展的，能適應社會主義現代化建設需要，具有電力系統及其自動化、繼電保護及自動化、電氣技術、計算機應用等方面的基本理論素質、專業基本知識和較高綜合素質的復合型高級工程技術人才。畢業生能在電力部門、科研院所、國民經濟管理部門、工礦企業等單位從事與電氣工程有關的系統運行與維護、自動控制、電力電子技術、信息處理、實驗分析以及電子與計算機應用等工作一線的應用型高級技術人才。

1.2 要求根據專業培養的目標，本專業學生必須具有以下能力：

1.2.1 具有較扎實的數學、物理等基礎知識，具有良好的人文社會和管理科學基礎及外語綜合能力。

1.2.2 系統地掌握本專業領域必需的較寬的技術基礎理論知識，主要包括電工理論、電子技術、信息處理、控制理論、計算機軟硬件基本原理與應用等。

1.2.3 獲得較好的工程實踐訓練，具有較熟練的計算機應用能力。

1.2.4 了解本專業學科前沿的發展趨勢。

1.2.5 具有較強的工作適應能力，具備一定的科學研究、科技開發和組織管理的實際工作能力。

2 實驗、實踐教學的安排

通過對電氣工程及其自動化專業培養要求的分析，并考慮學院所在地區大量水電站的修建及工業園區的興建對電氣專業人才的需求情況，對西昌學院電氣工程及其自動化專業的實踐教學環節幾經修改，最后的專業實驗、實踐教學的課程安排如下：大學一年級除了公共實驗課以外，專業實踐課有大學物理實驗、電路原理實驗；大學二年級的實驗、實踐課程有：電路原理實驗、計算機輔助設計上機練習、數字電子技術實驗、電機實驗；大學三年級的實驗、實踐課程有：PLC實驗、PLC設計、微機原理實驗、運動技術設計系統、繼電保護課程設計、發電廠實習、單片機控制實驗、專業英語讀寫訓練、數值計算方法上機實驗、項目管理案列分析、自動檢測技術設計；大學四年級的實驗、實踐課程有：變電站（所）實習、生產實習、計算機仿真技術上機練習、電力市場調查畢業實習、畢業（論文）設計。 3 科學合理性的分析

3.1 形成模塊化、系統化的教學體系整個教學體系分為三個模塊，為公共實踐必修課、專業實踐必修課、專業實踐選修課。這三個模塊之間相互聯系，應用于某個學科方向或學科方向的分支形成體系和系統，使實踐教學的內容從相對獨立到學科融合，使學生從單門課程、系列課程到專業方向的實驗，由點到線、由線成面、由面建體，逐步的、分層次的、全方位培養實踐能力和創新意識[1]。如學生將專業實踐必修課中的數電模電與專業實踐必修課中的單片機和自動檢測技術這幾門課程相互聯系起來就能向計算機控制技術發展。

3.2 分層次提高學生的實踐能力一年級為公共基礎實驗訓練階段，如外語視聽、計算機上機、體育、社會實踐等，還有專業實踐如普通物理學實驗，大學物理實驗是學生進入大學后接受系統實驗方法和實驗技能訓練的開端，是對學生進行科學實驗基本訓練的重要基礎。二年級為專業基礎或專業技術基礎實驗訓練階段，如模擬電子技術實驗，數字電子技術實驗，這些實驗使學生掌握了基本電路參數測量方法，常用電子儀器使用方法以及中、小規模數字集成電路使用方法。三年級為學科專業主修及專題設計性實踐訓練階段，如PLC實驗和設計，繼電保護課程設計，同時還安排學生到發電廠實習，使學生進一步了解、熟悉專業知識及其在發電廠的應用，培養學生學習專業知識的興趣，使學生樹立專業思想。四年級為專業綜合能力，安排學生畢業實習，將前三年學的理論知識和實踐相結合，將各門課程相結合最后進行畢業設計。培養了學生的創新精神和創新能力，提高學生的工程設計和綜合應用素質。各教學層次均有課程實驗教學，實踐教學環節從基礎到專業、自底向上可形成體系，從單一實驗到綜合實踐環節，分模塊、成系統的培養學生的實踐能力，使學生從進校開始就接受由易到難、由簡到繁、由淺入深的實踐訓練。

3.3 增加實踐教學的比例在教學計劃的編制中，落實《西昌學院本科學分制實施辦法》中實踐教學模塊學分不低于三分之一的總體要求，充分體現了應用型人才培養目標，達到培養服務于地方經濟和社會發展需要的應用型高級技術人才。

3.4 其他強弱電結合能，強電包括了電機、繼電器等，弱電包括了單片機、自動檢測技術等，他們的結合能向控制方向發展；電工技術與電子技術結合向電力電子方面發展；軟件與硬件結合；元件與系統相結合。專業寬，既具有電氣工程方面的專業知識和技能，又有自動化和信息技術方面的基礎知識和基本技能，可以使學生受到電工電子、信息控制及計算機技術方面的基本訓練。

篇5

隨著我國煤炭生產的不斷發展，礦井運輸已趨于皮帶化、高速化，大運量的皮帶運輸機已經成為我國礦井運輸的主要工具。如何安全[1]、可靠地實現對皮帶堆煤事故的檢測，對于保障煤礦安全生產具有重要的意義。

目前大多采用堆煤傳感器對膠帶輸送機進行保護，現有的堆煤傳感器[2][3]可大致分為3類：

（1）基于行程開關的堆煤傳感器；

（2）基于水銀開關或煤油開關的堆煤傳感器；

（3）基于電極式原理的堆煤傳感器。

由于以上三類傳感器都是基于碰觸檢測方式來實現皮帶堆煤檢測，當有大的煤塊經過，或是有工人誤碰觸時容易發生誤報警現象。現有的堆煤傳感器有以下不足之處：

（1）由于煤礦環境復雜，行程開關的堆煤傳感器易受煤塵濕氣等外部環境影響常常不能及時準確報警，其耐用性、靈敏度、可靠性都不十分理想；

（2）水銀開關或煤油開關的堆煤傳感器無法實現全方位的高精度的測量，自身抗干擾能力較差；

（3）電極式堆煤傳感器需要定期清理電極座過多的煤，尤其是噴水后應將煤塵和水擦干凈，維護頻率高，此外電極式傳感器的準確率和誤報率還與煤的干濕度有很大關系；

（4）使用接觸式傳感器，存在機械磨損同時煤塊與傳感器摩擦容易產生火花，影響安全生產；

（5）監測不具可視化，監控者只能看到一些數字化指標，檢測效果差。

為了有效果地解決以上幾個方面的問題，本文提出采用非接觸式的視頻圖像處理方法來實現礦井皮帶堆煤狀態的檢測。

2.皮帶堆煤檢測圖像識別原理

2.1 識別原理

本文嘗試將圖像識別技術引入到煤礦井下皮帶堆煤檢測裝置中。由于皮帶頭落煤點發生堆煤事故時，在皮帶頭落煤點會有大量的煤塊發生堆積，此時落煤點處圖像會發生顯著的變化。因此可在皮帶頭落煤處斜上方合適位置安裝礦用攝像機，利用皮帶頭堆煤事故發生前后的圖像特征變換進行實時監控。當在預先設定區域內原本穩定無變化的圖像中出現了變化，即最新采集到的一幀圖像與背景圖像差分后發現有不同處，如出現了煤塊堆積影像，就可判定為皮帶頭落煤處發生堆煤事故。此時軟件系統會控制硬件做出相應反應，報警或直接將皮帶機斷電停機。

由于煤礦井下運輸巷的環境較惡劣，光線較昏暗，礦用攝像機采用低照度長壽命CCD攝像機，攝像機的安裝地點要兼顧實用性。基于以上2個原則，在皮帶頭落煤點上方合適位置安裝礦用攝像機。攝像機的安裝方式如圖1所示。將礦用攝像機對準皮帶頭落煤點處進行拍攝，一旦有皮帶堆煤事故發生，在攝像機監控圖像預先設定的區域內就會得到與正常情況下不同的圖像。圖像傳到計算機以后，經過圖像分析軟件的識別，發出皮帶堆煤警報。

圖1 皮帶堆煤檢測攝像機安裝方式

2.2 堆煤圖像識別算法研究

背景差分法是最為常用的運動目標檢測和分割方法之一[4][5]，背景差分的基本原理就是利用兩幀圖像之間的差來判斷物體的出現和運動，背景差分法用序列中的每一幀與一個固定的靜止參考幀（不存在任何運動物體）做圖像差，這種方法的優點是位置精確速度快，滿足實時處理的要求，因為它只需要獲取當前的一幅圖像。背景差分方法檢測效果的好壞在很大程度上依賴于背景圖像的質量。閾值的選擇相當關鍵，選擇過低不足以抑制圖像中的噪聲，過高則忽略了圖像中有用的變化。對于比較大的、顏色一致的運動目標，有可能在目標內部產生空洞，無法完整地提取運動目標。

2.2.1 背景模型建立

背景模型建立[6]是背景差分方式的基礎和核心環節。采用背景差分的方法對運動目標進行檢測，首先要建立穩定清晰的背景，再用攝像機獲取的當前圖像和背景圖像進行差分運算。并對差分圖像進行區域分割，提取出運動區域。

背景估計有很多方法，研究人員已提出了許多背景建模算法，但總的來講可以概括為非回歸遞推和回歸遞推兩類。非回歸背景建模算法是動態的利用從某一時刻開始到當前一段時間內存儲的新近觀測數據作為樣本來進行背景建模。非回歸背景建模方法有最簡單的幀間差分、中值濾波方法等。回歸算法在背景估計中無需維持保存背景估計幀的緩沖區，它們是通過回歸的方式基于輸入的每一幀圖像來更新某個時刻的背景模型。這類方法包括廣泛應用的線性卡爾曼濾波法、Stauffe與Grimson提出的混合高斯模型等。本系統采用效果較好且效率相對較高的均值法，即任意像素點的背景信息由序列圖像中對應像素點顏色的均值來確定，如式（1）所示：

（1）

Ik（i，j）表示第k幀圖像，B（i，j）表示背景圖像。由于煤礦井下光照較為恒定，因此一般選取前一百幀靜態畫面的圖像，取平均后作為背景模型圖像。

2.2.2 運動團塊的提取

根據運動物體和場景中的靜止背景在亮度、色度上的不同，將圖像序列的每一幀圖像與背景圖像作差，然后二值化，就可以得到每一幀的運動點團：圖像中的一個像素，如果它與背景圖像對應像素的距離大于一個閾值，則認為它是前景，輸出1，否則為背景，輸出0。最后得到的二值圖像就是運動團塊圖像。

圖2 運動團塊提取流程圖

圖3 背景相差二值化結果圖

兩幀圖像的差是指兩幀中對應像素矢量的距離。常用的矢量距離是歐氏距離和馬氏距離，本文采用歐氏距離運動團塊提取的方法。

歐氏距離提取運動點團的具體算法如下：

（1）設背景圖像是B（x，y）

（2）遍歷當前幀的每一個像素（x，y）

如果：

（2）

則：輸出G（x，y）=1，否則：G（x，y）=0

（3）G（x，y）就是當前幀的運動點團圖像。

2.2.3 閾值選取技術

對于不同光線背景下的差分圖像，用固定的閾值T去進行二值化處理顯然不能對每一幀圖像都達到很好的效果。希望得到的閾值不僅可以將目標從背景中分離出來，而且要能根據不同的圖像來智能地選取。在此我們采用Otus閾值化技術[7]，以簡化閾值的選取OTS方法的基本思想是：選取的最佳閾值T應該使得不同類間的分離性最好。

對于灰度級為0～255，M×N的一幅圖像，記f（i，j）為圖像點（i，j）處的灰度值。

Otus法具步驟：

（1）計算圖像的直方圖統計結果，得到灰度值為k的頻率PHS（k）為：

（3）

（2）計算圖像的灰度均值為：

（4）

（3）計算機灰度類均值和類直方圖之和：

（5）

（6）

（4）計算類分離指標為：

（7）

最后，求出使達到最大的值S，則最佳閾值。

圖3所示為通過Otus法求得最佳閾值后背景相差后的結果。

2.3 基于虛擬檢測區域的皮帶堆煤檢測

在采集到的視頻圖像幀中，在皮帶落煤點處人為地設置一個虛擬矩形檢測區域。根據堆積的煤塊占矩形區域面積是否超過設定的閾值，判斷是否存在堆煤。矩形檢測區域的大小根據皮帶煤流大小及落煤點區域大小來設定。

圖4 檢測區域的設置

3.皮帶堆煤檢測圖像識別程序設計

皮帶堆煤檢測圖像識別程序開發環境采用WINDOWS 7操作系統，開發工具為VS2010。

系統包含以下幾個部分：

（1）視頻圖像獲取。由礦用攝像機采取皮帶落煤點圖像，并通過井下工業環網傳送到地面PC機。

（2）設定虛擬檢測矩形區域。根據攝像機和皮帶落煤點距離以及與皮帶落煤點所成的角度，合理設置虛擬矩形區域的大小及在視頻圖像上的位置。

（3）皮帶落煤點煤流檢測。對獲取到的視頻圖像進行建立背景模型、背景減除、二值化閾值和后處理，提取出落煤點堆積煤流信息。

（4）堆煤檢測。根據堆積煤塊圖像占矩形區域的比例是否超過設定閾值，來判斷是否發生堆煤。

系統流程圖如圖5所示：

圖5 系統流程圖

4.皮帶堆煤檢測圖像識別實驗及結果

本系統軟件在Windows 7操作系統VS2010編譯環境下調試，硬件配置為雙核CPU2.8GHz主頻，4G內存。程序界面見圖6。

圖6 程序界面

試驗中所得結果圖像如圖7所示：

圖7 實驗結果

在試驗中，該系統選用了聲光報警器作為報警輸出設備，對皮帶堆煤檢測報警率不小于96%，從產生堆煤事故到報警發出的時間為0.6～1.5s，平均反應時間約為1.1s。

5.結論

煤礦皮帶落煤點堆煤問題在國內外普遍存在，到目前為止沒有一種可行的方法能夠有效的解決這個問題。本文主要利用圖像處理技術，針對煤礦皮帶頭落煤點發生堆煤時，圖像特征發生變化進行識別，分析皮帶頭落煤點圖像特點，通過視頻背景相差的方法來識別堆煤。得出如下結論：作為非接觸式皮帶堆煤檢測方法，基于圖像識別的堆煤檢測系統可以有效解決接觸式堆煤傳感器存在的問題。隨著計算機運算能力的提高和煤礦井下工業電視系統的普及，該檢測方法有廣闊的應用前景。

參考文獻

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[3]孫君，崔凱.基于水銀開關的礦用本安型堆煤傳感器的設計[J].工礦自動化，2011（05）：74-75.

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[6]劉鑫，劉輝，強振平，耿續濤.混合高斯模型和幀間差分相融合的自適應背景模型[J].中國圖象圖形學報，2008.

篇6

1.本鋼集團采購與庫存管理現狀

1.1 采購管理現狀

本鋼集團采購中心作為實施專業化采購管理的機構，負責大宗原燃料、輔料、消耗性資材、工程設備、備件、合金件和服務性物資的采購。本鋼集團采購物料按采購種類可分為戰略性采購和服務性采購。戰略性采購是指大宗原燃料、資材、工程設備和備件等的采購；服務性采購主要指辦公器材、勞保品等的采購。其中，戰略性采購占股份公司總采購資金的82%左右，服務性采購占18%。

1.2 庫存管理現狀

本鋼集團的原料主要包括鐵礦石、焦炭、煤、廢鋼、各種合金、輔助材料和備件，分布在物流中心、焦化、原料、二鐵、特鋼等單位。其中大宗原燃料由采購中心下設的煤焦采購室、廢鋼采購室、合金料采購室、工礦一室負責采購，并與物流中心聯合負責日常管理，其他單位的原材料為從物流中心領用后未完全使用剩余及各單位零星采購形成。上述原材料、燃料和廢鋼的特點是品種多，數量大，周轉快。

輔助材料主要是油脂、五金電器等，其特點是品種多、數量少、價值低，周轉快。其庫存主要由物流中心和一二級庫負責管理。

備品備件主要包括設備備件、機修備件和大型工具等，其庫存主要由物流中心、一二級庫和生產使用單位負責管理。

本鋼集團主要產品為棒材、線材、生鐵、熱軋板卷、冷軋板卷、球磨鑄管和特殊鋼產品，庫存分為原材料、材料采購、委托加工物資、產成品。全集團每年要耗費20%—40%的利潤來維持其所有的庫存，其中原料庫存占據了總庫存量的絕大部分。

2.本鋼集團采購與庫存管理存在問題分析

2.1 采購管理存在問題分析

本鋼集團的供應商管理經過十多年的學習和實踐，已經比較規范，但與供應商管理的先進實踐來比還是有差距的，主要表現在以下幾個方面：（1）本鋼集團供應商的評估只是集中在一定期限內與本鋼集團有業務往來的少數供應商身上，而不是所有的供應商都能得到評估。（2）本鋼集團盡管有供應商評估標準，卻沒有統一的，只是手工打分操作，沒有建立標準的自動化進程。（3）對供應商分類較粗糙，沒有針對不同類別的供應商制定不同的管理策略和協作計劃，這些都應該得到改進。（4）信息的不透明、不共享。企業內部的采購部門與其他相關部門之間信息不透明。企業與上游供應商沒有信息共享，與下游的客戶之間信息傳遞和交換緩慢，不能及時收集客戶需求信息，為客戶提供良好的服務。

2.2 庫存管理存在問題分析

（1）庫房管理分屬不同部門和法人，使用單位很難及時了解整個庫存狀況，庫存采購計劃和實際消耗存在一定差距；（2）庫存信息無法共享，一級庫無法確切知道二級庫的庫存現有量，庫存臺帳和財務帳存在一定的差異，制約了采購決策能力和監控只能的有效發揮；（3）大宗原燃料的出入庫計量標準不一致，造成庫存賬面數據和實際數據的人為差異，難以對庫存數量進行管理和控制。

3.基于供應鏈的本鋼集團采購與庫存管理對策研究

我們認為本鋼集團應認識到其作為鋼鐵供應鏈上的一環，必須從整個鋼鐵供應鏈的角度出發，與上下游企業結成戰略聯盟，樹立共同的戰略目標確立長期合作策略，將本身的生產經營活動與上游鐵礦、煤礦供應商，下游造船、汽車、房地產等企業的經營情況綜合考慮，構建集成化供應鏈管理模型；以聯合庫存管理來解決本鋼集團原材料采購不均衡、庫存與生產不同步的問題；本著合作共贏的精神與上游的供應商建立供需協調機制，協調雙方利益，解決運行過程中出現的問題；不論是在本鋼集團的內部還是外部，都要強調信息的共享，在集團內部可以通過公司的SAP系統以及OA（Office Automation）網，實現各種信息在各部門間的無障礙流轉。與供應商和客戶之間，本鋼集團則可借助Internet建立起信息溝通的渠道，以建立公共的網站等方式搭建起信息集成的平臺，來實現信息的傳遞與共享。甚至還可將雙方的協議條件、享受的權利、承擔的風險和義務、業務操作流程、資金結算、糾紛仲裁和責任追究等問題以標準化的信息資源固化于網絡中。這樣既可以安全快速的獲得信息，又可以提供更好的用戶服務和加強客戶聯系，并提高本鋼集團供應鏈運行能力。

通過上述本鋼集團供應鏈的構建，以及相應管理策略的實施，保障原材料的穩定供應，消除本鋼集團采購、庫存管理信息不同步、滯后現象，達到產、供、銷的同步穩定運行，提高本鋼集團乃至整個供應鏈的競爭優勢。

參考文獻：

篇7

現在的膠帶輸送機系統多數采用單片機控制，運行穩定性不高，智能化不強，尤其是綜合保護裝置穩定性差，各種保護傳感器故障發生頻繁，而且主機控制模塊化，插件易損壞，更換頻率高。由于采用模塊化設計，小部分模塊壞時，企業往往就要更換整個大模塊，從而造成資源浪費，加大了煤礦生產成本投入。而采用PLC可編程控制程序的綜合保護裝置，它能夠為自動化控制應用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當前工業企業對自動化的需要。它的主要優點包括：

1.1可靠性高，抗干擾能力強

高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC控制系統由于采用現代大規模集成電路技術，內部電路具有先進的抗干擾技術，為使無故障工作時間更長，采用可編程二重容錯處理技術。此外，PLC控制系統帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。

1.2配套齊全，功能完善，適用性強

PLC發展到今天，可以用于各種規模的工業控制場合。隨著PLC的不斷發展， PLC在位置控制、溫度控制、CNC等各種工業控制中的技術應用已相當成熟。

1.3易學易用，維護方便

PLC作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。

1.4經濟合算

盡管使用PLC首次投資要大些，但它的體積小、所占空間小，輔助設施的投入少；工作可靠，停工損失少；維修簡單，維修費少；還可再次使用以及能帶來附加價值等等，從中可得更大的回報。

通過以上分析，采用PLC控制系統，能大大改善膠帶輸送機運行穩定差，設備易損害，成本投入高等缺點。它在綜合保護裝置技術中的應用十分廣泛，可行性強。

2 PLC控制程序在膠帶輸送機綜合保護裝置的應用

膠帶輸送機綜合保護裝置主要包括主機、防滑保護、堆煤保護和防跑偏保護、溫度保護、煙霧保護和自動灑水裝置，以及沿線緊停開關和全巷道語音報警信號等，現就PLC可編程控制系統在綜合保護裝置中的應用做如下介紹：

2.1主機

主機可采用PLC多重處理器，并行處理技術，多重抗干擾技術，軟件采用模塊化設計。使配置應用靈活，便于擴展維護，易于編程，可實時顯示工作狀態及故障性質，同時選用可靠性高的連接器件，使其布局合理、體積小、重量輕，本安電路經防潮防水處理，避免出現受潮。同時設計啟動預告、啟動、停止、緊急停車、聯鎖等功能的開關量輸出。包括煙霧保護、溫度保護、超溫灑水等。

針對膠帶輸送機的頻繁啟動，輸送帶容易出現斷帶、撕帶事故的弊端，設計膠帶點動啟動系統。同時可設有實驗、集控、工作3種操作方式。可根據生產，維修需要任意轉換，并可實時監測各種傳感器狀況及沿線緊停開關信號。

1）在實驗操作方式下，可以對任意一種傳感器進行實驗，并確認是否完好運轉正常；

2）在集控操作方式下，可以對某種故障傳感器進行解除和投入。因某種傳感器突然故障或其他原因等，仍使系統繼續運轉；

3）在工作操作方式下，可以根據點動啟動方式，先讓輸送帶得到緩沖，然后第二次按啟動按鈕使輸送機正常運轉，既減輕了膠帶撕帶接頭的緩沖壓力，避免了膠帶斷帶撕帶現象，有效地遏止了事故的發生。

2.2煙霧傳感器

采用專用煙霧集成電路，傳感器輸出與煙霧信號成正比的電壓信號，經電壓比較器及數字電路處理輸出煙霧超限報警信號。特別適合于礦井防火灑水，起到高溫報警的作用。

2.3速度傳感器

速度傳感器具有發光管和光電接收管，通過接收滾筒上的磁脈沖，通過在標準時間內計數脈沖次數得到輪的轉速，從而得到軸轉速。實現檢測低速打滑、斷帶和超速保護。穩定性、抗干擾能力強。

2.4防跑偏裝置

可由接線箱和傳動桿兩部分組成，導桿采用高速軸承接觸與皮帶同步運動，減少了皮帶磨損，選用行程開關，傳動導臂大于設定時停機。

2.5堆煤傳感器

采用萬向推桿方式，當皮帶煤倉、煤流超限時，煤流推動導桿大于設定角度時，延時0s~4s主機動作，皮帶停機。

2.6溫度傳感器

采用專用溫度集成電路和高精度轉換器、V/V轉換、電壓比較器、報警器及輸出電路。具有精度高，免校準，工作穩定可靠，設定容易等優點。

2.7急停開關

作為沿線維修及系統異常事故的安全鎖定，復位后方可開機。可采用行程開關設計。輸送機巷道每個緊停開關用拉繩進行連接，信號接入帶式輸送機控制開關，實現在輸送機巷道內任何一點都能緊急停車的功能。

2.8語音信號器

語音報警信號裝置集信號傳遞、發光顯示、通話為一體。通過電壓放大器與輸送機綜合保護裝置主機相連接。在全巷道內安設多個該裝置，并通過電纜串聯連接，從而在全巷道內實現了報警功能。當輸送帶要啟動時，它與膠帶綜合保護裝置主機啟動信號同步響起，在全巷道內發出啟動預警信號，提醒周圍職工遠離輸送帶，確保人員安全。

2.9自動灑水裝置

灑水裝置應安裝在輸送機驅動裝置兩側，其灑水能夠起到對驅動膠帶和驅動滾筒同時灑水降溫滅火的效果。它與溫度保護、煙霧保護裝置的作用是當輸送帶在驅動滾筒上打滑，使輸送帶與驅動滾筒摩擦，驅動滾筒與輸送帶的溫度升高，熱量積聚，產生煙霧時，監測溫度信號、煙霧信號，實現自動停機，并自動灑水，把事故消滅在萌芽狀態。

3 結論

篇8

Modbus Protocol Applied in the Communication of S7-226 and HSPY DC Power

LIU Shi-chao

(Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)

Abstract: IN DC power control system of Dense Medium Separation ,based on the Modbus protocol,realized the communication between S7-200PLC and HSPY DC power. IN Modbus communication protocol,Siemens S7-226 PLC is master,HSPY DC power is slave, use communication to control the start of the DC power supply, stop, and the change in current. Instruced Modbus library in the Step 7 MicroWin Software of Siemens, and used the serial port debugging software to facilitate the writing and debugging of the program. Modbus simplify external wiring ,solve the interference and distortion in the transmission process of conventional switching of analog signals , the communication control method can easily read the information of the operation of the DC power ,monitoring the DCpower operation status .

Key words: communication; Modbus agreement; S7-226 ; DC power

某選煤廠為了在線調節控制三產品旋流器二段分選密度，外加螺線圈來用磁場影響磁鐵礦粉的分布。螺線圈是采用直流電源來供電，系統要求通過調節電流來控制螺線圈磁場，因此要控制直流電源的運行狀態。控制信號需要從集控室開始需要傳輸五百米才能到達直流電源，從而控制直流電源動作。在一般工業應用中，對于電源的控制大部分采用的是0-24mA或0-5V模擬量控制，很少總線控制方式。但經過比較和實際使用發現，現場總線與模擬量控制相比有很多優勢，最顯著的是具有很高的可靠性高，避免失真，并且交換的信息非常多樣化，因此越來越多的設備開始支持串口通信協議，可以預見總線控制方式通信在工程上的應用將越來越廣泛。

MODBUS通信協議是MODICON公司提出的一種報文傳輸協議，是全球第一個真正用于工業現場的總線協議[1]。它廣泛應用于工業控制領域，并已經成為一種通用的行業標準。MODBUS通信協議可以支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質上傳送，如雙絞線、光纖、無線等。不同廠商提供的控制設備可通過MODBUS協議連成通信網絡，從而實現集中控制。已經有很多通過MODBUS通信協議進行PLC和變頻器的成功案例[2]。該文中采用MODBUS協議進行S7-226和HSPY程控直流穩壓電源的通訊，可以更好地控制電源，監控電源運行狀態，來解決信號遠距離傳輸失真的問題。

1PLC與HSPY程控直流穩壓電源通信控制系統

在此系統方案中PLC采用西門子公司的SIMATIC S7－226CN，直流電源采用HSPY程控直流穩壓電源。S7－226系列PLC的CPU內部集成了2個通信端口，該通信口為標準的RS485串口，可以在三種方式下工作，即PPI方式、MPI方式和自由通信口方式。系統可以將一個通信端口設為PPI方式用于連接工控機也可將其設置為MPI方式以連接觸摸屏，做為人機信息交換[2]。而另一個通信端口設為自由通信口方式，自由通信口方式是S7－200的一個特色功能，是一種通信協議完全開放的功能工作方式。在自由通信口方式下的通信口的協議由外設決定，PLC通過程序來適應外設，從而使得S7－200系列的PLC可以與任何具備通信能力并且協議公開的設備通信[3] [4]。系統中的HSPY程控直流穩壓電源均內置了Modbus現場總線，相關系統構成如圖1所示，PLC的Port0通訊端口和HSPY程控直流穩壓電源構成Modbus總線。通過S7－226CN控制多臺HSPY程控直流穩壓電源，完成系統控制要求，實現對直流穩壓電源的輸出電流、電壓設定，運行狀態監控及數據交換等。

圖1直流電源控制系統

本系統中PLC作為主站，直流穩壓電源作為從站，主站向直流穩壓電源發送運行指令，同時接受直流穩壓電源反饋的運行狀態及故障報警狀態的信號等。

2MODBUS通信協議在電源通信控制系統中的使用

西門子在Micro／Win V4.0 SP5中正式推出Modbus RTU主站命令庫，西門子標準庫指令通過調用該指令庫可以使S7－200CPU上的通信口設置在自由口模式下成為Modbus RTU的主站。在S7－200控制系統應用中，要實現Modbus RTU通訊，需要STEP7－Micro／Win32 V4.0 SP5以上版本，并且安裝Modbus指令庫，如圖2，STEP7－Micro／Win32指令庫包含有專門為Modbus通訊設計的預先定義的子程序和中斷服務程序，使得PLC與Modbus從站的通訊簡單易行[5]。

圖2 Modbus命令庫

2.1 MODBUS RTU主站命令庫使用步驟

使用Modbus RTU主站命令庫，可以讀寫MODBUS RTU從站的數字量、模擬量I/O、以及保持寄存器[2]。按照一下步驟使用MODBUS RTU主站命令庫：

1)安裝西門子標準MODBUS RTU指令庫。

2)調用MODBUS RTU主站初始化和控制子程序，使用SM0.0調用MBUS_CTRL完成主站的初始化，并啟動其功能控制。

3)在CPU的V數據區中為MODBUS分配存儲區。

4)調用MODBUS RTU主站讀寫子程序MBUS_MSG，發送MODBUS請求。

表1 MODBUS部分功能碼表

2.2 HSPY電源的Modbus通訊規約

HSPY系列電源支持MODBUS通信協議，主機（PLC、RTU、PC機、DCS等）利用通訊命令，可以任意讀寫其數據寄存器。HSPY系列電源支持的MODBUS功能碼為03，10。

HSPY系列電源通訊方式為：

波特率：9600；起始位：1；數據位：8；校驗位：無；停止位：1。

2.3 HSPY系列電源的參數通訊地址的轉換

通常MODBUS地址由5位數字組成，包括起始的數據類型代號，以及后面的偏移地址。MODBUS Master協議庫把標準的MODBUS地址映射為所謂MODBUS功能號，讀寫從站的數據。MODBUS Master協議庫支持如下地址：

00001 - 09999：數字量輸出（線圈）

10001 - 19999：數字量輸入（觸點）

30001 - 39999：輸入數據寄存器（通常為模擬量輸入）

40001 - 49999：數據保持寄存器

HSPY系列電源的參數通訊地址是16進制數，首先轉為10進制，由于S7-200 PLC中最小地址為400001，而HSPY系列電源中最小地址為0，所以在寫HSPY系列電源地址時必須要加1。例如，電源的電壓設定值參數通訊地址是1000H，轉為10進制是4096，加1后是4097，寄存器地址欄要寫44097.

3串口調試軟件進行MODBUS通信調試

由于程序編寫比較繁瑣，一旦出現錯誤可能會損害HSPY電源，為了避免損害的發生，可以利用串口調試軟件進行MODBUS通信調試，其優點是不必連接HSPY電源，而是在工控機或PC機上用串口調試軟件查看S7－226CN輸出和讀取的數據，來判斷程序是否正確。

一般的工控機或PC機沒有RS485串口，可以將通過RS232轉RS485轉換模塊和PLC連接。RS485線選擇3號線和8號線,（其余均斷開）3號線接T+，8號線接T-，將另一端9針插頭接到PLC的PORT0通信端口上。也可以通過USB轉RS485轉換器連接。將編寫的通訊程序下載到PLC中。運行程序，打開串口調試軟件進行監控，從接收到的數據來看，和設置的HSPY電源動作的數據一致，說明MODBUS主站程序編寫正確[2] [6]。不一致，則要修改MODBUS通信程序，使其一致。

圖3 PLC串口調試軟件監控界面

4 PLC控制HSPY程控直流穩壓電源的部分程序

使用SM0.0調用MBUS＿CTRL完成主站的初始化，并啟動其功能控制，如圖4。

圖4 Modbus RTU主站初始化

圖5(a)上電初始化，將控制電源的數據存入S7－226CN的V存儲器。在分配存儲區時要注意，數據區不能和其他數據區重疊，否則不能正常通訊。圖5(b)向電源發送Modbus請求，把1寫入電源寄存器1004，電源開啟；圖5(c)把1寫入電源寄存器1006，鎖定電源面板按鍵；圖5(d)把10寫入電源寄存器1004，電源輸出電流10A；圖5(e)讀取從電源寄存器數據:圖5(f)把0寫入電源寄存器1004，電源關閉。

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

圖5部分控制程序

5結論

該文以S7－200控制系統為例，敘述了利用Modbus RTU協議指令庫PLC與HSPY程控直流穩壓電源通訊的實現。采用自由口通訊方式的Modbus RTU協議很好的解決了PLC與直流電源等智能設備的通訊問題，不僅能有效解決信號傳輸過程中失真的問題，而且在通信模式下PLC可以方便控制直流穩壓電源的運行和讀取直流穩壓電源的運行信息，對直流穩壓電源進行有效監控。

參考文獻：

[1]西門子(中國)有限公司自動化與驅動集團.深入淺出西門子S7-200PLC [M].北京:北京航空航天大學出版社,2003.

[2]廖常初. PLC編程及應用[M].北京:機械工業出版社,2005.

[3]龔俊,黃銳,戴濤.ACS 550與S7-226PLC自由口通訊[J/OL].[2010-04-17].中國科技論文在線(paper.省略).

篇9

蘭州工業學院是普通本科院校，畢業后直接面向社會就業的學生占多數，畢業生一般到工礦企業、科研院所從事設計、生產、運行、維護、管理等工作。我院的自動化專業人才培養定位于應用技術主導型型人才的培養，要求培養的學生具有較扎實的基礎理論和專業基礎知識、寬闊的專業知識、較強的實踐動手能力、一定的創新意識和獨立分析解決的能力，畢業后能較快地適應和勝任工作崗位。根據我院實際情況、區域經濟特點和社會需求，提出了自動化專業應用型人才的培養目標、知識結構、實踐能力培養模式、自動化專業發展的幾點建議等。 [2]

1.人才培養目標

自動化本科培養適應社會主義現代化建設和甘肅地方經濟發展需要，德、智、體、美全面發展，具備電工技術、電子技術、控制理論、自動檢測與儀表、信息處理、計算機技術與應用和網絡技術等領域的工程技術基礎和專業知識，具有較強的解決實際工程問題的能力，能在運動控制、工業過程控制、電力電子技術、檢測與自動化儀表、電子與計算機技術、信息處理等領域從事系統分析、設計、運行、科技開發及研究等方面工作的工程應用型人才。

2.理論課程體系

人才培養總體上體現知識、能力、素質協調發展的原則；課程體系遵循“實基礎、適口徑、強能力、善應用、高素質”；課程設置遵循“反映科技進展、突出工程需要、注重技術應用”的原則。

課程設置采用“兩模塊、四平臺、多方向”課程體系。 “兩模塊”為“學科基礎模塊”和“專業方向模塊”。在“學科基礎模塊”上設置“公共課程”和“學科課程”兩個平臺；在“專業方向模塊”上設置“專業理論課程”與“實踐課程”兩個平臺。課程體系結構及學分分配表見表1。

2.1公共課程平臺

以培養學生的綜合素養為目的，是學生學習學科專業基礎課和專業課的基礎。包括公共必修課、公共選修課及實踐環節等三個部分。公共選修課包括綜合類、理工類、管理類、人文藝術類四個類別，要求學生跨類別選修。

2.2學科課程平臺

以學生掌握學科專業基礎知識和能力為目的。按本科專業目錄中的專業類設置各專業方向必需的基礎理論與知識和基本技能系列課程，解決多個專業方向發展的需要，同時還要滿足學生不同層次發展和進一步提高的需要，為學生適應社會多變的需要打下堅實的基礎。

表1 課程體系結構及學分分配表

課程模塊課程平臺課程類別總學時理論學時實踐學時學分占總學分比例

學科基礎模塊

公共課程學科課程

必修課7485781703620%

選修課969663.3%

公共實踐64064（6周）42.2%

小計9086742344625.5%

必修課132211681548145%

專業方向模塊

專業理論課程實踐課程

必修課13612888.54.7%

選修課646442.2%

小計2102028137.2%

創新實踐646442.2%

集中實踐5765763620%

小計6406404022.2%

總計308020441036180100%

總學分180各課程課內外實驗（實踐）、公共實踐、創新實踐和集中實踐學分之和為64.75，占總學分的36%。

2.3專業理論課程平臺

以學生掌握專業知識和專業能力為目的，使學生在某個領域（方向）具有比較深入的專門知識和技能。自動化專業設置2個專業方向。每一方向的課程包括專業必修課和專業選修課；每個方向設置兩組（每組4學分）專業選修課供學生選修。

2.4實踐課程平臺

以培養學生的工程意識、實踐動手能力和創新意識為目的。由課程課內外實驗（實踐）、創新實踐和集中性實踐環節組成。

3.培養計劃實施中的幾點改革建議

3.1深化課程教學改革，加強課程群建設

自動化專業課程的設置并不是簡單的羅列，而是存在著一定的系統性和連續性。每門課程都有前續課和后續課，研究課程內在的聯系，形成條理清晰而又相互融合的專業體系是必需的。

因此，建議我校深化課程教學改革，提倡課程群建設。根據自動化專業特點，專業課程可劃分為四個課程群：（1）電工電子技術課程群，主要包括電路基礎、模擬電子技術和數字電子技術等；（2）計算機應用課程群，主要包括計算機文化基礎、C語言程序設計、微機原理及應用、單片機與接口技術、計算機控制技術、嵌入式系統開發技術和計算機網絡與通信等；（3）自動控制課程群，主要包括自動控制原理、現代控制理論、傳感器原理與檢測技術、自動化儀表與過程控制、智能控制等；（4）電機與供電系統課程群，主要包括電力電子技術、電機與拖動基礎、電氣控制與 PLC、運動控制系統和工廠供電等。

3.2實踐教學模式改革

構建應用型實踐教學體系，使實踐教學貫穿于教學全過程，在保證基本專業規格的前提下，根據不同專業類別、人才培養規格特點、專業辦學歷史、區位優勢和資源條件等，結合行業、區域經濟發展需求和國家卓越人才培養等要求，突出人才培養的專業特色和行業特色。

圖1 自動化專業實踐教學體系圖

進行實踐教學模式改革，首先是要充分重視實踐教學，把實踐能力培養看成與理論知識教育同等重要。自動化專業具有為理論性和實踐性緊密結合的特征，創新源于實踐，從培養學生的創新精神著眼，實踐教學比理論教學更為有效，更能激發學生的創造潛能。其二，針對諸如電路、模擬電子技術、數字電子技術、電機與拖動基礎等電類基礎課程的驗證性實驗，需要求學生熟練掌握，以積累實踐經驗，夯實基本技能 ；其三，在中高年級階段，

在掌握一些專業及專業基礎知識的基礎上，開設一些技能應用型試驗，使學生能夠自行完成從設計、制作、調試、測試的全部過程以鍛煉學生。其四，設置一些開放性實驗室，讓學生自我設計一些綜合的、與工程實際問題結合緊密的、具有一定研究性質的大型試驗，這類實驗并不依附于某一門具體的課程，而是多門課程知識的融合，依據學生選題的不同、興趣側重的不同具有鮮明的獨立性，可以活躍學生的創新思維，提高科研技能。其五，鼓勵和支持學生積極參加學校“第二課堂”活動，如：大學生挑戰杯大賽、電子設計大賽等，從而鍛煉他們的動手能力、創新能力以及團隊協作意識。

3.3 教學評測機制的改革

自動化專業是實踐性較強的專業，其教學評測機制要多樣性，除傳統的閉卷和開卷考試形式外，還應增加課程設計、口頭答辯、實踐操作和論文撰寫等形式，具體選擇可以根據不同課程的特點而決定。在評測的內容上，既要包含基本理論、基本知識和基本技能，更要涉及對實際問題的分析與解決 ；在評測的形式上，少一些死記硬背的客觀題，多一些主觀性、綜合性的論述題，以充分發揮學生的主觀能動性 ；在測評時間上，不要集中在課程結束時一次進行，而是在教學的中間、章節的結束之時，分期分批地進行。這樣，既可反映學生的真實水平，又能體現學生的創新能力。

4.結語

總之，設置本專業的宗旨就是要培養在自動控制產品和設備及信息技術應用領域具有本科水平的理論基礎和較強的專業操作技能，具有“思想品質好、基礎知識扎實、動手能力強”的特點，能進行自動化行業技術開發，能解決現場技術問題，能實現設計方案的大學本科層次的高級應用技術人才和管理人才。

[參考文獻]

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[2]崔桂梅，賈玉瑛.自動化專業應用型人才培養模式的改革和實踐.實驗室研究與探索，28（11）：115-116，2009。

篇10

1 設計背景

本設計取材于某控制系統工程實例。我們依據火車牽引放礦的工藝，采用超聲波料位檢測，準確及時反映車廂內的礦石裝載情況；配置位置開關，隨時掌握火車運行速度和位置。在此基礎上設計了液壓控制系統，用位移傳感器檢測閘門開度，用電液比例閥連續的按比例的調節系統參數，使閘門開關速度和開度連續可調，為整個系統實現閉環控制、全自動運行打下了基礎。系統中多采用進口元件，滿足工礦條件要求。整個控制系統采用PLC實現放礦工藝的控制（包括供電、檢測、液壓）。

2 工藝流程

整個工藝流程可如圖1所示，利用光電傳感器對礦車位置進行準確定位，并在開始放礦后，根據火車的運行速度、放礦機與火車的相對位置、放礦機與車廂內礦石的相對高度，找出優化算法，適時調整放礦機閘門開度，實現全自動放礦及整個工作循環。理想狀態是三臺放礦機同時工作，完成工作循環。

3 控制方案

在本系統中放礦機共有四扇閘門，在正常工作時只有指狀閘和輔助閘是動作的。輔助閘由電磁閥控制，也就是說只控制其開度，而不控制其開關閘的速度。指狀閥由比例閥控制，所以既要控制其開度，又要控制開閘的速度。這既是我們系統設計的難點，也是關鍵。根據現場實際情況，以放礦時火車是否在移動，而設計了兩種控制方案。簡單的講，一種是“全自動”；另一種是“半自動”。下面對兩種控制方案進行介紹。

方案1——全自動。

火車由牽引系統牽引進入放礦點后，由牽引系統送信給PLC。火車不停車，改用低速v前進，光電開關檢測到火車后，開始放礦（如圖2所示）。由超聲波物料檢測檢測料位，將信號傳送至PLC，同PLC還要對火車的速度進行信號采集，根據料位的上升速度和火車的速度來決定放礦機的閘門開度。火車經過結束放礦點后，放礦機停止放礦。這種方式的優點在于整個過程中火車不停，邊走邊放，效率高。但是控制模型的建立較為復雜，而且需要大量的傳感器，硬件成本也過高。

方案2——半自動。

依據實際車廂的長度及相鄰兩節車廂間的跨度將車廂分為六等份，每一等份與相鄰兩節車廂間的跨距相同，均為1米。（如圖3所示）由牽引系統將火車火車牽引到達指定的放礦點后，把“開始放礦”信號送如PLC。火車停車，然后開始放礦，由超聲波檢測料位，若達到指定的高度，火車繼續前進一個固定的距離，再停車放礦，重復前面的步驟，直到把整節車廂放滿后，放礦機閘門關閉。這樣邊停邊放。這種方案的優點在于，控制簡單有效，便于維護；缺點在于效率不夠高。

在這兩種方案中，設計采用了半自動的控制方案，利用料位傳感器和位移傳感器采集來的信號，通過一定的控制算法，實現工藝要求。依據自動控制原理，畫出其系統的結構圖，如圖4所示。

4 系統硬件設計

本控制系統主機設計，將采用PLC來完成控制，當然也可以采用單片機完成。之所以采用PLC來完成該設計是由于：

（1）PLC更注重于工業應用，對于抗干擾、設備接口、聯網、模塊化都有完善的技術支撐，使用更簡單，可在較惡劣的環境工作。而單片機雖然技術含量高，使用靈活但是工作量很大，對于抗干擾、模塊化要求低。單片機更適用于教學和與開發消費電子、商業應用電子、玩具、家用等小功率電子及電器設備。

（2）PLC可以控制大容量的觸點，比如電機，燈光，變頻器。單片機可以說是一個芯片，基本是控制電子、弱電等方面較多，而本系統屬于強電且工作環境惡劣復雜。

從圖5中可以看出，PLC是系統硬件的核心。作為控制器，它集信號采集、控制運算和程序執行等功能于一身。PLC工作開始從傳感器中讀取料位高度、閘門開度等信號，通過算法計算，向液壓站發出控制指令，液壓站工作并推動指狀閘和輔助閘，實現了放礦。同時，PLC還通過壓力傳感器和溫度傳感器監測液壓站內部的壓力與溫度，保證液壓站的可靠運行。

5 系統軟件設計

在本系統中，有3臺放礦機，考慮到在有些情況下需要手動運行。所以在PLC運行的開始需要進行手動模式與自動模式選擇，在自動模式中設定了六種工作模式，從本質上說，六種工作模式就是三臺放礦機不同工作情況的組合，譬如自動模式4是放礦機1和放礦機2同時工作。

在放礦的過程中依據料位高度的變化，而即使調整閘門的開度是軟件設計的核心，設計中采用的是比例控制。設料位高度為H，閘門實際位置為L，閘門理想位置為L1，根據工藝流程的要求，我們可以發現在L1和H之間有這樣的關系，即L1H，直線與橫坐標的交點到坐標（0，0）的這段距離在實際中是放礦機口到車廂頂部的距離，如圖6所示。

我們可以將AD模塊進行偏移設置，使L1和H得關系變得簡單一些，從而易于控制，如圖7所示。

這是我們假設當H為最大值時（即車廂為空時），閘門應為全開位置的一半，這是為了便于控制，謹防出現調節失控的現象。依據這一想法，我們可以認為L1和H之間有這樣的關系：

同時，我們利用位移傳感器可以測得閘門的實際位置L，將實際位置L與理想位置L1做差，會有如下關系：

L1-L>0，表示理想位置大于實際位置，應該開閘

L1-L=0，表示理想位置等于實際位置，應該停止不動

L1-L

在結合電液比例調節閥的工作原理，輸入正電壓時開閘，輸入負電壓時關閘，輸入為0時停止。并且輸入的正電壓越大，則開閘的速度越快，輸入的負電壓越大，則關閘的速度越快。設輸入電壓為U，那么在U和L1-L只有這樣的關系：UL1-L，依據這一想法，我們可以認為L1和H之間有這樣的關系：

根據等式1與等式2我們可以推導出這樣的結論：

以軟件分析為基礎，進行了軟件編程，依據工藝流程，將程序分成了主程序、自動程序1、自動程序2、自動程序3、報警程序、手動程序等6個部。

6 結語

該系統利用PLC、計算機控制技術、檢測傳感器，采用先進控制理論，建立動態優化軟件包，具有嚴密的閉鎖控制，操作靈活，維護方便，降低操作工人的勞動強度，有效地提高裝配煤的效率和精度，通過對檢測數據的轉換，處理實現生產信息化、管理集中化、控制的可視化，大大提高了煤礦現代化的程度，此外，與國外和國內其他礦區的自動化裝車系統相比，大大減少了一次性投資金額，具有很高的普遍推廣性。

參考文獻

[1]李瑞，雷汝海，莊偉林等.自動化裝配煤系統在高莊煤礦的研究與應用[OL].中國科技論文在線，[2008-07-03].http：///releasepaper/content/200807-72 .

篇11

0前言

回轉窯的生產過程是一個復雜的物理化學反應過程，具有大慣性，純滯后，非線性等特點，工藝過程復雜多變，難以得到精確的數學模型。目前，部分氧化鋁企業仍然借鑒現場操作人員的工作經驗，通過人工調節的方式以求適應回轉窯生產工藝要求，這種傳統的控制策略不易獲得滿意的控制效果，生產效率低、能耗高、產品質量不穩定。本文提出一種基于智能Smith預估器的回轉窯燒結溫度控制器，通過對整個控制系統的仿真研究，結果表明新的控制系統具有很好的快速性和很小的超調量，能夠滿足回轉窯工藝生產的需要．

1智能Smith預估控制策略

1.1 Smith預估器改進算法

Smith預估器最早是由O.J.M.Smith在1958年提出來的，它是一個時滯預估補償算法[1]。為克服Smith預估器對模型誤差敏感的缺點，由C.C.Hang等提出了改進的Smith預估器[2]。當改進的預估器輸入存在誤差時，傳遞函數分母的最后多了一個 因子，調整濾波時間常數 可改變閉環系統特征方程的根，從而達到提高控制系統性能的目的。

1.2 濾波時間常數 對系統的影響

預估器中引入了一個一階慣性環節，當系統參數在運行中發生變化時，原先設定的濾波時間常數 不一定能使系統的動態性能達到最佳，只有根據變化情況相應調整 ，才能使系統得到更好的控制效果。在仿真研究的基礎上，本文進一步采用模糊控制方法在線調整改進Smith預估器的濾波時間常數 ，最終構成一個專門針對純滯后、時變系統的智能控制方案，如圖1所示。改進的模糊Smith智能控制方法結合了模糊PID控制與自適應Smith預估器，該方案對諸如電加熱溫控這樣的參數時變的大時滯過程，能夠改善系統的控制性能，使系統具有更強的魯棒性。

圖 1 改進的模糊Smith智能控制結構圖 圖2 參數變化時控制系統的響應曲線

2.3 的模糊自適應設計

根據上一節的分析，可以先根據 和 的值，確定是否需要引入一階慣性環節，如果不需要，則令 ；如果需要引入慣性環節來提高系統控制性能，則根據 和 的值對濾波時間常數 進行實時調整，本文的控制中采用如下調整公式

在調整過程中，應注意不能使 為負值，而且為增強系統的魯棒性，可以給設定一個最小值，根據經驗，一般取最小值為 。

的值可以采用模糊控制器對 和 進行模糊推理得到， 和 即為模糊控制器的輸入，模糊化后為 與 ， 是模糊控制器的輸出。它們的模糊論域定義為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，，0，1，2，3，4，5，6}，模糊子集定義為{負大，負小，零，正小，正大}＝{NB，NS，ZO，PS，PB}。對于一個實際的系統，可以確定 、 和 的基本論域，從而確定模糊控制器輸入變量的量化因子和輸出控制量的比例因子，其控制規則如下：

當 負大， 負大，應增大 ，即 =PB，控制規則為：

If=NB and=NB then=PB

當 正小， 為零，此時不宜引入慣性環節，即 =NS，控制規則為：

If=PS and=ZO then=NS

如此類推，可得到25條控制規則，如表1所示如此類推，可得到25條控制規則，如表1示：

表 1濾波時間常數整定規則

模糊推理采用Mamdani推理方法，反模糊化采用重心法。

3 粉煤灰法回轉窯燒成溫度控制器仿真研究

本文基于最小二乘法，利用MATLAB仿真軟件，通過現場收集到從下料到窯況平穩間的一些具有代表性、普遍性和一定密度的燃料用量與燒成帶溫數據樣本，建立出燒成帶的溫度數學模型。

當被控對象模型參數的放大系數、時間常數同時增大40%時，圖2是模糊Smith智能控制算法的響應曲線，從圖2可以看出，基于模糊Smith智能控制器控制系統的響應曲線在超調量、上升時間、及調節時間均滿足工藝要求。

4 結論

本文提出的模糊Smith智能控制系統，充分發揮了模糊自整定PID算法動態性能好、抗干擾能力強、穩態精度較高的優點，同時采用了模糊推理的方法調整改進型Smith預估器的濾波時間常數 ，改善了Smith預估器對模型參數的過于依賴性，將使Smith預估器在實際工業過程控制中得以更廣泛的應用。

參考文獻：

1 單 王鵬 杜鋼. Smith-Fuzzy控制器在回轉窯溫控系統中的應用[J]. 材料與冶金學報.2003

2 鄒志軍．基于模糊控制的Smith預估器的改進研究和設計[D]．合肥工業大學碩士學位論文，2005．

篇12

隨著煤礦開采機械化與自動化水平提高，對膠帶運輸機的管理手段與管理方法也提出了更高的要求，如何有效保證膠帶運輸機運行安全也成為設備管理的重點。傳統的設備維護管理方式（如定期維修、點檢）經常會導致設備的過維修、欠維修從而造成巨大的經濟損失甚至嚴重的設備事故。因此，對設備的運行狀態進行實時監測，實現設備管理維護模式向預知維修方向轉變已經成為設備管理與維護的必然趨勢。對設備實施在線監測與故障診斷是實現設備預知維修的重要舉措。設備在線監測與故障診斷系統對設備運行健康狀態的進行實時監測，及時發現設備故障隱患，為有效的組織設備的維修提供指導，對提高設備使用效率及壽命，具有重大意義。

由常州自動化研究院研發的《煤礦機電設備在線監測與故障智能診斷系統》，采用先進的設備狀態監測與故障診斷技術，實現設備運行狀態的智能診斷分析，可以有效的預防和減少設備事故的發生。該系統主要用于膠帶運輸機的狀態監測與故障診斷，并取得了一些有意的成果，對于確保煤礦生產的正常運轉，避免煤礦重、特大設備事故的發生意義重大。

1.在線監測與故障診斷系統的組成

在線監測與故障診斷系統是由數據采集與分析、數據傳輸、監控主機服務器、遠程設備故障診斷中心等幾部分組成，如圖1所示。在礦生產調度中心及設備管理維護相關職能科室可以通過網絡實現對設備運行狀態的實時監測，為制定生產計劃、設備檢修計劃提供科學、可靠的依據。

圖1 在線監測與故障診斷系統示意圖

數據采集與分析包括振動、溫度傳感器，數據采集分站（YHZ18）實現設備運行狀態的數據采集和分析。數據采集分站具有故障特征頻率計算、智能診斷等功能。通過網絡將設備的運行狀態信息保存到服務器中，并進行Web。設備出現異常且無法確定設備異常原因時，可以向遠程故障診斷中心的專家求助并組織相關專家進行“會診”。

在線監測與故障實能診斷系統，通過實時采集與在線分析設備的振動、溫度信號以及電控參數，能夠實時智能地診斷出設備可能存在的不對中、不平衡、配合松動、裝配不當以及軸承內圈、外圈、滾動體疲勞損傷等潛在故障，定量地診斷煤礦設備運行好壞，智能判斷故障損傷部位與嚴重程度，實現設備工作狀態實時可視化。

1.1 系統主要功能與特點

1）井下機電設備振動數據采集與存儲：通過本安型振動傳感器與多通道數據同步采集芯片，可以實現煤礦大型機電設備振動信號的同步采集。

2）多故障信息融合報警判斷：通過ISO2372國家振動標準基礎上，融合設備振動烈度、振動加速度以及設備溫度等信息，實現設備振動報警。

3）故障特征智能提取與識別：通過濾波技術去除噪聲干擾，通過包絡解調技術智能提取與識別振動信號中的故障特征。

4）設備故障實時分析與智能診斷預示：通過YHZ18振動監測分析儀DSP與ARM雙核處理器，集成高性能智能診斷算法，實現煤礦大型機電設備在線監測與實時診斷，克服了設備故障診斷對專業人員的過分依賴。

1.2 系統主要目的

1）為關鍵設備故障診斷提供在線智能分析手段，現場分析數據，提高隱患排除實時性。

通過對關鍵設備的軸承、減速器、電機等易損部件振動溫度信號在線監測，利用集成故障智能分析方法的嵌入式診斷分析儀器，在設備現場自動完成數據的分析處理，自動識別故障特征，實時智能診斷設備故障原因、故障類型、故障嚴重程度，及時發現設備潛在故障，提高故障隱患排除實時性。

2）降低點檢人員工作強度，提高工作效率，實現減人增效。

在線點檢系統可以實現對設備運行狀態的全方位監測，設備維護人員可以根據在線監測系統提供的設備運行狀態信息，對設備進行有目的，有針對性的維護，使得設備維護工作變得簡單、高效、可控，為設備運行維護的增效減員提供了強有力的保障。

3）轉變維修方式，為設備科學維修與故障應急管理提供數據支持。

在線點檢系統以監測診斷數據為基礎，為設備預知維修管理提高科學依據，降低維修的盲目性，減少關聯設備引起的二次損傷，增加設備生產效率，減低維修成本，有效避免突發性事故發生。

4）與離線點檢系統相結合保障設備安全可靠運行。

對負載較大、易磨損、環境惡劣點檢工不便檢測的關鍵大型機電設備開展在線點檢系統，與離線點檢有效互補，將極大提高設備維護工作效率，從而保障煤礦安全高效生產。

5）探索新的機電設備管理手段與管理方法。

目前煤礦主要采用紅外測溫和測振的離線點檢系統用于保障大型機電設備安全可靠運行，該方法在設備運行狀態監測與管理維護等起到了重要的作用，但是離線點檢僅僅局限于設備運行數據大小的采集和顯示，不能實時智能地判斷設備故障部位和故障程度，對于設備故障原因以及設備劣化過程的識別依賴于專業技術人員診斷分析，對于點檢與維修人員的工作經驗及技術水平要求較高，也經常出現設備運行狀態異常的漏檢及誤判，同時不利于各級管理人員遠程查看與了解相關信息。因此，急需探索新的機電設備管理手段與管理方法，提高礦井設備的管理水平。

2.膠帶運輸機在線監測與故障診斷系統應用案例

案例一：設備不對中故障

大柳塔煤礦于2013年4月在5-2煤主井膠帶運輸機安裝試用在線監測與故障診斷系統，共安裝27個振動傳感器與6個溫度傳感器，實現對膠帶運輸機的電機、減速機、滾筒等設備運行狀態的全面實時監測。

2013年6月，在線監測系統發現5-2煤主井膠帶運輸機3#電機振動幅值增大，其振動幅值的歷史趨勢變化如圖2所示。

圖2 5-2煤主井膠帶運輸機3#電機振動幅值的歷史趨勢

利用在線點檢系統提供的頻譜分析，可以看出頻譜圖中出現明顯的不對中故障特征頻率，因此，引起電機輸出軸振動增大的原因為電機與減速機之間存在不對中故障。利用停機時間對電機與減速機之間的聯軸器及對中精度進行檢查。檢查時發現3#電機的聯軸器磨損嚴重，導致電機與減速機之間出現了不對中故障。檢查結果與在線監測系統監測結果一致。6月8日聯軸器更換后，其歷史曲線恢復正常。如圖3所示。

圖3 5-2煤主井膠帶運輸機3#電機振動頻譜

圖4 電機測點布置圖

圖5 在線監測系統智能診斷界面

案例二：電機基礎剛度不足故障

黃玉川煤礦井下膠帶運輸機2#電機在生產運行中振動劇烈，在電機底座上具有明顯的振感。聯系電機廠家及相關專業人員對該機電機的運行狀態進行診斷分析。采取提高電機與減速機之間的對中精度以及檢查電機的電氣系統故障等一些列措施，未能找出引起電機振動劇烈的根本原因。最后針對該電機振動的特點，采用天地（常州）自動化公司自主研發的在線監測與故障診斷系統，對該膠帶運輸機的3臺電機的振動情況進行測試分析與診斷，測點布置圖如4所示。

通過在線監測與故障診斷系統，對該膠帶運輸機2#電機的運行狀態進行診斷分析。在線監測系統的智能診斷分析的結果如圖5所示。經在線監測與故障診斷系統分析，確定引起電機振動劇烈的原因為：該電機的基礎剛度不足。這也從另一方面說明，提高電機與減速機之間的對中精度等一些列措施后，仍然不能夠降低電機振動強度的原因所在，后經礦方對電機基礎進行加固，電機振動明顯減小。

3.結論

本文介紹了膠帶運輸機在線監測與故障診斷系統組成、功能、主要目的、及在設備維護與管理中的應用，應用在線監測系統可以及時發現設備故障隱患，從而合理的制定檢修時間與檢修方案，減少設備故障停機、降低了故障率、提高了設備運行的可靠性、節約了設備的維護費用。通過在線監測與故障診斷的實例說明，引入在線監測與故障診斷系統可以有效提高設備管理與維修水平，同時可以轉變維修方式，為設備科學維修與故障應急管理提供數據支持。隨著煤礦技術的發展，對煤礦關鍵的設備實施在線監測與故障診斷時也許是未來設備管理與維護的發展方向，對于提高煤礦設備管理水平，保證設備安全、可靠的運行具有重大意義。

參考文獻

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[2]張功學.同態濾波技術應用于皮帶機軸承故障診斷的試驗研究[J].機械科學與技術，1996（2）：281-285.

篇13

燃煤系統生產流程中，煤由斗輪機從儲煤場推入落煤斗，經過膠帶輸送、破碎、篩分、犁煤等工序，最后運至原煤倉供鍋爐燃燒。輸送過程產生大量煤塵，并長時間在空氣中懸浮，無法升降，造成二次揚塵，嚴重污染作業環境。煤塵對人體危害甚大，會引致呼吸系統、消化系統、皮膚、眼睛、神經系統等方面的疾病。煤塵若落在機械和電氣等設備上，將大大縮短設備使用壽命。煤塵濃度到達一定數值時，在外界高溫火源的作用下會引起爆炸。本文將圍繞煤塵的來源、如何有效預防煤塵產生展開探討。

1、煤塵的。煤塵的產生主要源于室外儲煤場、膠帶輸送機、碎煤機、原煤倉等部位，下面逐一進行分析。

1.1開放式儲煤場。傳統條式煤場多采用斗輪堆取料機，作業時（仰度大時）將造成揚塵。到了臺風季節，煤中水分蒸發后，受設備振動或空氣擾動，產生大量煤塵。

1.2 膠帶輸送機。

1.2.1 落煤管間落差值過大。輸煤系統中，膠帶運輸機向另一膠帶運輸機轉運物料時，存在5~15米不等的落差值，煤塵隨之經落煤管從受煤點的導煤槽出口處噴涌出來。落差數值越大，煤塵擴散度越高。

膠帶輸送機運行時，皮帶的振動、煤、空氣加上自身振動相互摩擦造成揚塵。

1.2.2 皮帶跑偏。皮帶在運行中跑偏，容易使所載物料灑落，產生煤塵；另一方面，跑偏使物料抖動頻繁，物料從皮帶上彈起而產生煤塵。

1.2.3 滾筒粘煤。滾筒粘煤皮帶輸送機頭部清掃器和空段清掃器刮煤不凈，故頭部傳動滾筒、增面滾筒、尾部改向滾筒表面粘煤，滾筒呈梭型，皮帶運行時激烈抖動，造成揚塵。

1.2.4 皮帶過載。運行時，因瞬時煤量過大溢出皮帶撒煤，產生煤塵。

1.3 碎煤機。碎煤機運行過程中，由于其鼓風量、落煤管煤流的誘導風量以及正壓區的嚴密性差等原因，造成導煤槽出口處及碎煤機本體周圍出現大量煤粉外溢，加之設備運行時產生振動，造成煤塵二次飛揚。

按國家有關標準規定，在輸煤系統中，各工作間的空氣含塵濃度值必須≤l0mg/m3。筆者在碎煤機值班室實測粉塵濃度為100mg/m3，數值超過規定值10倍以上。

1.4 原煤倉

1.4.1 犁煤器犁刀不正。犁煤器犁刀安裝角度不正，導致犁煤器兩端同時向煤倉間地面漏煤，造成粉塵飛揚。

1.4.2 密封不良。各原煤倉頂部大多留有2m2的格柵觀察口。從犁煤器卸料斗和皮帶頭部落煤筒落下的原煤進入原煤倉時，落差較大，大量煤塵通過格柵觀察口噴出。

1.5 除塵系統。除塵系統因故障、陳舊老化或運行管理不善導致效率低下，無法起到除塵效果。

2、煤塵治理原則。我國大部分火電企業燃煤系統的煤塵問題日趨嚴重，加裝了除塵設備后，治理成效不甚理想。由上述的分析可知，煤塵的產生原因較為復雜，而現有措施僅僅圍繞在"治理"和"清理"上面，忽略了"預防"。

煤塵治理工作原則在于：第一是預防，其次是對煤塵的消除和清理，第三是不斷加強綜合管理。三個環節密不可分，但核心仍在于"預防"，必須先"防"后"治"，才能從根源上解決煤塵污染問題。

3、煤塵的預防

煤塵的預防措施主要包括：保持原煤濕度、密閉系統設備以及控制碎煤機鼓風量等方面。

3.1 以圓形煤場代替敞開式煤場

圓形煤場及配套使用的堆取料機被半圓型的煤罐外殼所包裹，堆取料作業集中于定心旋轉的回轉范圍內 ，產生的揚塵范圍極小，從根本上解決了露天式條形煤場堆取料作業時所產生的揚塵情況。

3.2加大原煤濕度

燃煤系統煤塵過大直接原因在于原煤中表面水分偏低，加大原煤濕度是預防煤塵產生的最根本途徑。

在實際運行中，當表面水分低于8%時，出現揚塵現象，數值越低，揚塵情況越嚴重。當表面水分高于10%時，原煤粘度過大容易造成堵煤現象，使粉倉內發生搭橋及積粉現象，出現給粉不均和給粉中斷現象，導致鍋爐燃燒不穩，甚至造成鍋爐熄火事故；也會使粉倉內發生自燃爆炸事件。表面水分控制在8%-10%時，基本不出現揚塵現象，對鍋爐燃燒經濟性也不存在影響。如何計算合適的原煤濕度？可依據原煤性質、燃煤系統設備的防堵能力、當地氣候特點以及對鍋爐燃燒效率等影響要素，確定具體的加濕量。

3.3 對系統設備施行密封措施

對燃煤系統設備施以有效的密封手段，可有效預防煤塵逸出。

3.3.1 在落差值大的落煤管內加裝緩沖鎖氣器。緩沖鎖氣器的作用在于輸送物料時鎖氣或定量給料。在燃煤系統設備中使用緩沖鎖氣器，可避免皮帶因物料直接沖擊而受損，使誘導風量數值大大降低，煤塵在內"自生自滅"，預防煤塵外逸。

3.3.2 在落煤斗煤槽縫隙處加裝橡膠遮簾或鏈條，預防原煤從縫隙中溢出產生大量煤塵。

3.3.3 在所有輸煤設備的連接處用填充物料進行密封，在導煤槽的中部及出口處，使用雙層橡膠擋簾進行密封。

3.3.4在計算地下縫式煤槽容積時，留有不少于20%的封底煤，以免因空斗卸煤造成煤塵外逸。采用上述密封措施后，據現場實測，在轉運點處風量較未采取密封措施時減少一半及以上，效果相當明顯。

3.4 避免皮帶運行時漏煤、撒煤。皮帶運行時漏煤、撒煤的原因在于：落煤點不正、皮帶跑偏及導煤槽長度不合要求等。

在實際運行中，可采取：落煤管端部安裝導流板；調整托輥間距，加密托輥，拉緊皮帶；調整導煤槽長度；使用人字形溝槽的膠面滾筒及前傾槽形托輥 等有效措施，防止皮帶運行時候出現漏煤、撒煤，預防煤塵逸出。

3.5 通過技術改造手段控制碎煤機鼓風量

我國火電企業燃煤系統中常用的碎煤機分反擊式和不可逆錘擊式兩大類，其共性在于：鼓風量較大，造成明顯的煤塵飛揚。為此，我們圍繞碎煤機的鼓風機理展開了專項研究，在其基礎上對碎煤機內部構成進行技術改造，較好的控制了碎煤機的鼓風量值 。技術改造前，碎煤機排料口處實測鼓風量大于7000米~3/時，輸煤棧橋內煤塵飛揚，能見度極低。改造后，鼓風量值大為降低，空載時可降到0。

3.6 提高清掃器工作效率

皮帶清掃器的清掃效果直接關系到煤塵產生的多寡。通過技術改造等手段，如使用新型合金清掃器，將舊有一級清掃改為二級清掃，防止皮帶粘煤，從而避免煤塵二次飛揚。

3.7 減少轉運中間環節

通過改造燃煤系統設備工藝流程，合理調整或減少轉運站中轉環節，預防物料再生物的產生，抑制煤塵飛揚現象。

4、結論

綜上所述，火電企業燃煤系統煤塵治理工作重在預防，需改變觀念，敢于采用新技術、新手段，從煤塵產生的源頭著手，合理規劃預防、除塵、清掃這三個重要環節，不斷優化、完善系統設備，加強綜合管理，把煤塵預防措施落到實處，將作業環境的煤塵濃度盡可能降至合理范圍內，保障作業者的身體健康和生產安全。

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