西門子PLC在選煤廠集中控制中的應(yīng)用

曹 山

摘要 以西門子自動化設(shè)備及軟件為基礎(chǔ)，分析新疆焦煤集團(tuán)選煤廠工藝的特點(diǎn)和需求，應(yīng)用了適合該廠實(shí)際生產(chǎn)需求的選煤廠生產(chǎn)管理集中控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場信息的采集處理、設(shè)備解閉鎖控制、啟停控制等功能，并組態(tài)上位機(jī)監(jiān)控界面，實(shí)時(shí)反映現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀況，提高了決策及指揮生產(chǎn)管理。

關(guān)鍵詞 S7-400 S7-300 PLC 選煤廠集控 新疆焦煤集團(tuán)選煤廠設(shè)計(jì)為重介+浮選聯(lián)合工藝流程，年原煤入洗能力270萬噸，分為一套、二套工期建設(shè)。一套設(shè)計(jì)原煤人洗量120萬噸，建于2005年。二套設(shè)計(jì)原煤人洗量150萬噸，建于2008年。

一、選煤廠生產(chǎn)工藝對集中控制系統(tǒng)的要求

選煤工藝特點(diǎn)是環(huán)節(jié)多，程序復(fù)雜、采用了大量的機(jī)械設(shè)備，一般均為連續(xù)生產(chǎn)，不能單獨(dú)開某一臺設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，在生產(chǎn)正常運(yùn)行中設(shè)備之后的任何一臺設(shè)備的突然停車，都將會造成堆煤、壓設(shè)備、跑水等現(xiàn)象，引起事故，因此集中控制系統(tǒng)要求較高。一套設(shè)計(jì)設(shè)備共180余臺，其中80余臺主要工藝設(shè)備均納入集控系統(tǒng)，由集控室調(diào)度員實(shí)施集中控制，其他設(shè)備作為現(xiàn)場就地操作集中監(jiān)視。根據(jù)選煤廠特點(diǎn)及要求，將全廠各車間并入一個(gè)集中控制系統(tǒng)，統(tǒng)一管理。一套集控分為4個(gè)控制系統(tǒng)：原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)、中煤矸石排料系統(tǒng)、重介主選系統(tǒng)、濃縮壓濾尾煤系統(tǒng)。二套設(shè)計(jì)設(shè)備共80余臺，其中60余臺主要工藝設(shè)備均納入集中控制，設(shè)一個(gè)控制系統(tǒng)。其中一、二套公用原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)、中煤矸石排料系統(tǒng)。

1.集控控制的要求。（1）集控系統(tǒng)具有集中和就地兩種控制方式，集中方式用于正常生產(chǎn)，就地控制方式用于檢修、試車，要求各設(shè)備全可能實(shí)現(xiàn)就地、遠(yuǎn)方集控啟停功能。（2）集控系統(tǒng)設(shè)有啟、停車預(yù)告信號，設(shè)備故障報(bào)警信號及緊急停車信號。（3）現(xiàn)場操作人員可以解除設(shè)備的運(yùn)行，以免造成人員傷亡及減少故障損失。（4）起車過程、運(yùn)行過程和停車過程原則上設(shè)備按逆煤流閉鎖，凡因可能造成設(shè)備故障或因設(shè)備急停造成堵料、跑冒使車間環(huán)境惡化的，即除本臺設(shè)備故障可立即停車外，其他設(shè)備也立即閉鎖停車。并對各主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行閂動檢測，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的故障自動診斷和保護(hù)，從而提高選煤生產(chǎn)效率

2.集控系統(tǒng)功能。集控系統(tǒng)把全廠的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)控，各分站輸入、輸出點(diǎn)（AI、AO、DI、DO）將設(shè)備的開、停、故障等數(shù)字量信號引入PLC，并通過現(xiàn)場總線傳送到集控室，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視，同時(shí)備用將來新增設(shè)備納入到集控系統(tǒng)中來的模塊。為提高系統(tǒng)的監(jiān)測功能，除對主要的生產(chǎn)設(shè)備檢測，還增加一些包括過載、堵塞、皮帶的跑偏等的檢測。通過對系統(tǒng)監(jiān)測，使得系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的故障點(diǎn)都有了反饋信號。因此，對于系統(tǒng)中的故障，集控系統(tǒng)可以準(zhǔn)確、快速地檢測出故障設(shè)備點(diǎn)和保護(hù)動作位置。模擬量過程控制主要用于工藝過程參數(shù)的檢測及控制，如精煤灰分、密度、液位等，用來監(jiān)視和控制產(chǎn)品的質(zhì)量。

二、設(shè)備選型

根據(jù)要求，一套用西門子S7-400、二套用西門子S7-300系列的PLC。根據(jù)選煤廠的特點(diǎn)，將PLC分成5個(gè)站，各自獨(dú)立的I/O分站安裝在受控設(shè)備的低壓配電室內(nèi)，可節(jié)省大量的控制電纜、縮短電纜路徑、減少施工量、降低工程成本。設(shè)備選型見表1。

三、控制方案

l.系統(tǒng)總體方案。把全廠的設(shè)備分為五個(gè)集中的站點(diǎn)，二主站三從站。主站放在一、二期主洗配電室，從站放在較遠(yuǎn)現(xiàn)場配電室，采用安全可靠的工業(yè)總線和上位機(jī)相連進(jìn)行通訊，可以滿足數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和操作。

2.設(shè)備控制方案。在每個(gè)參控設(shè)備控制電路中串入就地控制箱，在正常生產(chǎn)是，控制箱打到“自動”，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟動，檢修時(shí)打到“就地”，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的就地啟動，為增加生產(chǎn)的安全性，集控和就地停止的控制繼電器串聯(lián)，這樣控制是調(diào)度員和操作人員都可以在發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)停止設(shè)備運(yùn)行。

3.人機(jī)界面設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件WinCC作為上位機(jī)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)的軟件平臺，如圖l所示。根據(jù)全場設(shè)備的布置要求，工藝流程實(shí)現(xiàn)一屏設(shè)計(jì)，大屏圖形顯示各臺設(shè)備正常運(yùn)行和事故狀態(tài)的顯示反差明顯，易于判斷，便于調(diào)度操作人員對全廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和操作。見圖l。

四、電動機(jī)控制原理

一、二套系統(tǒng)的所有電動機(jī)采用各閂統(tǒng)一的控制原理和統(tǒng)一接線方案，以利于安裝和維護(hù)，輸入輸出點(diǎn)均直接與PLC相連，而沒有互連。舉個(gè)簡單的例子，一臺設(shè)備的啟、停按鈕和接觸器線圈這三個(gè)元件，啟、停按鈕分別接與PLC的輸入模塊相連，而接觸器線圈直接與PLC的輸出模塊或中繼相連，這三個(gè)元件本身沒有直接的電氣聯(lián)系，它們之間的邏輯控制關(guān)系是通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)的。

1.-套電動機(jī)控制原理。一套每臺電動機(jī)現(xiàn)場就地控制箱為一臺，有轉(zhuǎn)換開關(guān)一個(gè)，手動、閂動、禁啟、急停、啟動、停止六個(gè)控制信號進(jìn)入PLC，PLC輸出有兩個(gè)運(yùn)行、故障信號，集中控制有啟動、停止兩個(gè)命令。電動機(jī)二次控制原理見圖2。

圖3-套電動機(jī)梯形圖

3.二套電動機(jī)控制原理。二套每臺電動機(jī)現(xiàn)場就地控制箱為一臺，一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)，有禁啟、運(yùn)行、啟動三個(gè)控制信號進(jìn)入PLC，PLC輸出有兩個(gè)運(yùn)行、故障信號，集中控制有三個(gè)集控、啟動、停止命令。只有集控觀察到現(xiàn)場控制箱撥鈕狀態(tài)在運(yùn)行位置，才具備開機(jī)條件。電動機(jī)二次控制原理見圖4。

五、結(jié)束語

利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，提高選煤廠閂動化水平，是綜合利用資源、節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的有效途徑，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)管理自動化，提高了勞動生產(chǎn)率，降低了勞動強(qiáng)度，改善了工人的工作環(huán)境，加強(qiáng)了管理層對生產(chǎn)過程的監(jiān)督和控制，提升了整體的管理水平。