PLC控制系統(tǒng)在鎮(zhèn)城底礦選煤廠的應用

閆勇杰

（西山煤電集團有限責任公司鎮(zhèn)城底礦選煤廠， 山西 古交 030203）

引言

鎮(zhèn)城底礦選煤廠是西山煤電集團鎮(zhèn)城底礦的配套選煤廠，設(shè)計入洗原煤能力為150萬t/年。通過技術(shù)改造后洗選工藝升級為重介—浮選聯(lián)合工藝流程，系統(tǒng)由原煤準備、重介分選、脫介脫水、介質(zhì)凈化回收、浮選、煤泥分級濃縮回收、運輸裝倉等生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)組成[1]。采用PLC集中控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對選煤廠整套生產(chǎn)設(shè)備的連鎖啟?？刂?，達到對生產(chǎn)過程的實時動態(tài)監(jiān)測與記錄，能夠科學準確地完成對生產(chǎn)過程的控制操作,并對洗選過程中各類突發(fā)事件進行預警和響應，通過對生產(chǎn)過程的動態(tài)監(jiān)測和對生產(chǎn)工藝參數(shù)科學準確的調(diào)節(jié)，可提高洗選煤炭的精度。為此，鎮(zhèn)城底礦選煤廠采用PLC集中控制系統(tǒng)技術(shù)對原有的生產(chǎn)控制系統(tǒng)進行技術(shù)改造。

1 鎮(zhèn)城底礦選煤廠PLC控制系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

鎮(zhèn)城底礦選煤廠PLC集中控制系統(tǒng)采用分布式監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)整體架構(gòu)分為三層，自下到上依次為：低層為現(xiàn)場設(shè)備層，中間層為信號及邏輯層，最高層為管理和監(jiān)控層。

PLC集中控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的低層為現(xiàn)場設(shè)備層，由電機和氣動閥等電氣控制執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)成；中間層信號及邏輯層是全廠整體集中控制系統(tǒng)的核心，主要由CPU主站及遠程I/O分站組成。采用Profibus總線網(wǎng)絡(luò)方式將原煤倉遠程分站和礦井的主井皮帶控制系統(tǒng)進行銜接，使用ControNet總線網(wǎng)絡(luò)方式實現(xiàn)產(chǎn)品倉遠程分站與選煤廠的裝車系統(tǒng)進行銜接。最高層信息與監(jiān)控層是由3臺彼此獨立運行的工作站機組構(gòu)成，分別將高壓后臺系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度電話系統(tǒng)和瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)進行有機融合[2]。

1.2 工作原理

鎮(zhèn)城底礦選煤廠將現(xiàn)場設(shè)備層的硬件安裝于各車間生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測和執(zhí)行部位，可用于對各車間生產(chǎn)設(shè)備的信號采集和執(zhí)行信號及邏輯層下發(fā)的指令。現(xiàn)場的各種信號以硬接線的方式通過遠程分站上傳信號到PLC控制系統(tǒng)主站的CPU處理中心，中心主站CPU結(jié)合采集到的數(shù)據(jù)和信號進行邏輯分析與計算，同時將分析結(jié)果傳輸?shù)浆F(xiàn)場設(shè)備并執(zhí)行。執(zhí)行時，控制中心主站CPU將信息監(jiān)控層上位機所顯示的設(shè)備運行情況通過以太網(wǎng)傳輸?shù)缴衔粰C。同時，上位機將各種指令信息通過以太網(wǎng)下傳至主站CPU，主站CPU結(jié)合用戶程序進行邏輯分析與計算，并將計算結(jié)果傳輸?shù)浆F(xiàn)場設(shè)備層進行執(zhí)行，達到生產(chǎn)指揮中心對生產(chǎn)設(shè)備的遠程集中控制[3]。

1.3 系統(tǒng)的編程軟件

PLC控制系統(tǒng)程序采用的是基于Windows系統(tǒng)的Concept編程軟件的高性能組態(tài)工具，使用LL984邏輯編程語言，其集中控制系統(tǒng)程序邏輯如圖1所示。

1.4 集中控制系統(tǒng)功能

1.4.1 設(shè)備組態(tài)

基于PLC的集中控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對選煤廠各車間生產(chǎn)設(shè)備的遠控連鎖、閉和解鎖狀態(tài)控制。正常運行狀態(tài)下，系統(tǒng)采用遠控閉鎖，由選煤廠集中控制中心進行生產(chǎn)調(diào)度，實現(xiàn)閉鎖運行。就地閉鎖運行方式可提高集中控制系統(tǒng)的靈活性與安全性，洗選設(shè)備可按閉鎖關(guān)系就地啟停，就地閉鎖常應用于應急狀態(tài)下對洗選設(shè)備的控制。就地解鎖是設(shè)備檢修時的運行方式，可實現(xiàn)設(shè)備的單獨啟停。

圖1 鎮(zhèn)城底礦選煤廠PLC集中控制系統(tǒng)程序邏輯圖

1.4.2 流程的啟停

通過對設(shè)備運行信號的采集和對生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)的處理實現(xiàn)PLC集中控制系統(tǒng)對整個原煤洗選工藝流程的啟?？刂芠4]。鎮(zhèn)城底選煤廠在現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備上安裝了信號采集裝置，并將原煤洗選工藝中液位、流量、密度和精度值納入了集中控制系統(tǒng)。同時，把重點生產(chǎn)區(qū)域的數(shù)據(jù)收集納入集中控制系統(tǒng)中。鎮(zhèn)城底礦選煤廠集控中心通過對采集數(shù)據(jù)進行模擬分析比較，并將數(shù)據(jù)分析結(jié)果轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)報警輸出信號。

1.4.3 閉環(huán)控制

鎮(zhèn)城底礦選煤廠PLC集中控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制通道可實現(xiàn)對重介旋流器入料的壓力、流量、液位等控制，具有優(yōu)化溫度控制算法及PID算法的功能。系統(tǒng)對工藝參數(shù)變化進行跟蹤，對其科學、精準控制，保證了設(shè)備良好的運行狀態(tài)，提高了洗選煤炭的精度和灰分。同時PID閉環(huán)控制功能可實現(xiàn)手動和自動雙切換，保證了洗選質(zhì)量和效率。

1.4.4 預告及故障報警功能

PLC集中控制系統(tǒng)的預告及故障報警功能是在生產(chǎn)設(shè)備上安裝電機綜合保護器，實現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備的電流及溫度的實時動態(tài)監(jiān)測，避免因電機超負荷運行導致的生產(chǎn)事故發(fā)生，同時在設(shè)備上安裝應急啟停按鈕和瓦斯監(jiān)測儀等保護裝置，實現(xiàn)了硬件與軟件的雙重保護功能。

將保護裝置信號納入集中控制系統(tǒng)中，如有信號傳輸?shù)缴衔粰C，PLC集中控制系統(tǒng)發(fā)出報警并停機處理，保證安全生產(chǎn)。

1.4.5 數(shù)據(jù)采集、處理及顯示功能

PLC集中控制系統(tǒng)通過對生產(chǎn)設(shè)備的實時動態(tài)監(jiān)測，能夠科學準確顯示設(shè)備運行狀態(tài)、電流、密度、料位和液位等數(shù)值，并對數(shù)值進行匯總，統(tǒng)計出各種數(shù)據(jù)報表。

2 應用效果

鎮(zhèn)城底礦選煤廠采用PLC集中控制系統(tǒng)技術(shù)對原生產(chǎn)管理系統(tǒng)進行技術(shù)改造后，大幅提高了原煤入選量及洗選能力和效率，原煤入選量由改造前的150 Mt/年提升到190 Mt/年，使鎮(zhèn)城底礦選煤廠的精煤產(chǎn)率達到68.53%，灰分9.23%，洗混煤產(chǎn)率達10.23%，灰分達36.35%，全員效率可達102.6 t/人。通過PLC集中控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對生產(chǎn)工藝參數(shù)的科學準確調(diào)節(jié)。同時PLC集中控制系統(tǒng)安全可靠、故障率低，后期的維修和保養(yǎng)成本較小。

3 結(jié)論

鎮(zhèn)城底礦選煤廠采用PLC集中控制系統(tǒng)對現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)進行技術(shù)改造，有效提高了鎮(zhèn)城底礦選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化生產(chǎn)能力和數(shù)字化管理水平，大幅降低了工人的勞動強度，同時實現(xiàn)了對選煤廠各生產(chǎn)流程站點煤炭運輸、洗選設(shè)備的集中控制，并對整個生產(chǎn)系統(tǒng)的原煤洗選過程、設(shè)備運行狀況、報警信息、產(chǎn)能等進行綜合評估，實現(xiàn)了鎮(zhèn)城底礦選煤廠對原煤洗選過程的集中管理、分散控制的管控一體化目標，提高了鎮(zhèn)城底礦選煤廠原煤洗選精度、灰分和洗選效率，便于后期的檢修與維護，為鎮(zhèn)城底礦選煤廠創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益。