關(guān)于PLC在選煤控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

王燕云

（山西潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)公司，山西 長治046100）

引言

近年來，我國在煤礦的選洗工藝技術(shù)上取得了較大的進(jìn)步，但與歐美等發(fā)達(dá)國家相比，仍然存在較大差距，特別是在煤礦選洗工藝上。我國煤礦資源豐富，品類繁多，同時(shí)品質(zhì)差別較大，如果不對(duì)開采出來的原煤進(jìn)行二次處理，煤炭燃燒將釋放大量的有害氣體，尤其是硫化物，對(duì)人體、環(huán)境造成嚴(yán)重影響，所以對(duì)于煤礦的選洗技術(shù)應(yīng)予以重視。目前，我國煤礦選洗技術(shù)發(fā)展困境，不僅在于硬件設(shè)備落后，同時(shí)也在于分選控制精度不高，因此，對(duì)于選煤控制系統(tǒng)的研究具有重要意義。

隨著科學(xué)與電子信息技術(shù)的發(fā)展，不斷有新的技術(shù)被應(yīng)用于選煤控制中，以PLC為基礎(chǔ)的集中控制系統(tǒng)，主要由變頻控制柜、監(jiān)控系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備、各類傳感器等構(gòu)成，同時(shí)，借由軟件的集成，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)硬件系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)與配合[1]。該控制系統(tǒng)具有可靠、穩(wěn)定性高，自動(dòng)、智能化水平高，人員管理維護(hù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，在全國各大選煤廠中廣泛應(yīng)用。

1 PLC控制系統(tǒng)特點(diǎn)

PLC又可以被稱作為可編程控制器，可編程控制器在工業(yè)中得到了非常廣泛的應(yīng)用，常用于解決一些與電氣控制有密切聯(lián)系的控制。PLC已經(jīng)形成比較規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化的控制語言，具有可靠性高、語言結(jié)構(gòu)簡單、易于學(xué)習(xí)、內(nèi)存占用空間小、響應(yīng)迅速等特點(diǎn)，PLC語言還具有豐富的I/O接口模塊，保障系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的可擴(kuò)展性[2]。

目前國內(nèi)主流的PLC編程方式主要可以分為以下幾類，第一種是嵌入語句式，此種編程方法在實(shí)際應(yīng)用中有較大困難，語言內(nèi)在邏輯性強(qiáng)；第二種編程方式為功能分區(qū)模式，即將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能進(jìn)行拆解，對(duì)每個(gè)子模塊的子程序進(jìn)行整合，可有效降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度，但相對(duì)工作量也更大；最后一種是最常使用的編程方式，梯度型PLC編程方式。該編程方式具有較為清晰的思路，符合電氣工程的操作邏輯，所以常被應(yīng)用于工業(yè)級(jí)的控制語言編程。

2 控制系統(tǒng)總體方案

本文設(shè)計(jì)了一套基于PLC集中控制的選煤系統(tǒng)，可應(yīng)用于年產(chǎn)量為500萬t的大型選煤廠。

為了協(xié)調(diào)該生產(chǎn)系統(tǒng)各硬件設(shè)備之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套集中控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由變頻器、傳感器、控制柜、交換機(jī)、電腦主機(jī)以及各控制終端等組成。圖1為該集中控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖，各子系統(tǒng)之間通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接。監(jiān)控主機(jī)通過機(jī)上控制軟件向工業(yè)交換機(jī)、變頻站發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備的控制?？刂平K端主要負(fù)責(zé)采集信號(hào)，獲取、處理指令，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控主機(jī)[3]。

圖1 集中控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖

3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備是實(shí)現(xiàn)控制功能的基礎(chǔ)，因此對(duì)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)的安全性、可靠性、技術(shù)先進(jìn)性等。系統(tǒng)硬件應(yīng)與軟件控制系統(tǒng)有較好的兼容性，選煤工藝流程復(fù)雜，相關(guān)硬件設(shè)備種類繁多，因此根據(jù)實(shí)際需求和設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了配套的硬件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)見圖2。下面對(duì)系統(tǒng)中主要的幾種硬件做簡要介紹。

圖2 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖

1）中央處理器。PLC控制系統(tǒng)的核心是中央處理器，信息交互采用工業(yè)以太網(wǎng)，選了AB公司的Logix5571型中央處理器，處理器采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最大可實(shí)現(xiàn)32模塊的擴(kuò)展，具有處理能力強(qiáng)、擴(kuò)展適應(yīng)性好、功能全面等優(yōu)點(diǎn)[4]。

2）信號(hào)模塊。本系統(tǒng)選擇了施耐德的SL300型信號(hào)模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備以及地面監(jiān)控主機(jī)的信號(hào)傳輸，信號(hào)模塊的輸入/輸出模塊可實(shí)現(xiàn)與交流220 V的電氣隔離，這使得系統(tǒng)更加安全、可靠。

3）電源模塊。電源模塊有多個(gè)供電接口，具有同時(shí)提供220 V交流電和24 V交流電的能力，系統(tǒng)24 V交流電一般對(duì)處理器和終端傳感器進(jìn)行供電，對(duì)信號(hào)模塊的供電是單獨(dú)的供電接口。

4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的軟件部分是整個(gè)控制系統(tǒng)的靈魂，借助軟件系統(tǒng)，整套控制系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)選煤過程的各項(xiàng)控制工作。該集中控制系統(tǒng)軟件主要包括PLC控制軟件和上級(jí)監(jiān)控程序兩部分，控制程序結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，由中央處理器兼容的Rockwell RSlogix 5000軟件編寫，軟件的具體編程由第三方合作伙伴完成，在此不再對(duì)程序控制語言做過多描述。

在控制系統(tǒng)程序中，需要將不同的硬件處理與控制編寫為不同的嵌入式控制語言，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的控制。軟件操作系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)各種硬件控制功能，包括設(shè)備的啟動(dòng)、停止、信號(hào)傳輸控制、通信實(shí)現(xiàn)、終端傳感器數(shù)據(jù)采集、關(guān)鍵設(shè)備控制等方面，同時(shí)需要注意軟件系統(tǒng)對(duì)設(shè)備控制、調(diào)節(jié)的精度問題[5]。因此，在編程過程中，需要不斷對(duì)程序進(jìn)行修正，以確保整體控制系統(tǒng)的可靠性。

圖3 控制程序結(jié)構(gòu)示意圖

5 控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用評(píng)價(jià)

為了保障控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)效果，同時(shí)避免在試運(yùn)行階段出現(xiàn)重大安全事故，因此，在實(shí)際應(yīng)用前對(duì)系統(tǒng)全部設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。測(cè)試的內(nèi)容包括軟件程序測(cè)試、線路測(cè)試、斷電測(cè)試。軟件測(cè)試主要是判斷軟件內(nèi)是否有組態(tài)錯(cuò)誤或邏輯錯(cuò)誤；線路的測(cè)試，是檢查線路連接是否正確；斷電測(cè)試主要測(cè)試配電柜設(shè)想動(dòng)作，是否可以完成預(yù)定動(dòng)作[6]。

為了驗(yàn)證該集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成效，在系統(tǒng)調(diào)試完成后，對(duì)整套控制系統(tǒng)進(jìn)行了半年性能跟蹤研究。跟蹤研究結(jié)果顯示，該系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行期間未出現(xiàn)系統(tǒng)誤報(bào)、錯(cuò)誤操作等問題。系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化程度高，有效提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，相較于未采用控制系統(tǒng)前，效率提升約42%，按500萬t正常年產(chǎn)量則算，為企業(yè)節(jié)約至少300萬費(fèi)用支出。此系統(tǒng)的成功開發(fā)，可為煤炭企業(yè)的選煤控制提供有力的技術(shù)支持。