基于PLC的選煤廠煤泥壓濾自動控制的應(yīng)用分析

李曉靜

（淮北礦業(yè)（集團）有限責任公司，安徽 淮北 235000）

引言

隨著我國工業(yè)4.0的提出，對煤炭質(zhì)量要求的提高，煤泥壓濾工作成為提高煤炭質(zhì)量、利用率的關(guān)鍵。洗煤行業(yè)的洗選量增加，對壓濾設(shè)備的工作效率要求更高。傳統(tǒng)壓濾機工作效率低、繼電器控制邏輯過于簡單、維修復(fù)雜，限制了煤炭壓濾的生產(chǎn)效率。煤泥壓濾流程中的壓濾機是核心組成部分，壓濾機的自動化程度直接影響生產(chǎn)線的效率。為了提升生產(chǎn)效率、提高壓濾質(zhì)量、降低壓濾成本，響應(yīng)國家清潔能源的更高要求，渦北選煤廠對傳統(tǒng)煤泥壓濾系統(tǒng)進行改進。

1 渦北選煤廠煤泥壓濾控制系統(tǒng)存在的問題

需要大量人工操作是現(xiàn)在煤泥壓濾過程主要存在的問題。煤泥含水量作為壓濾過程中重要的參數(shù)，需要工作人員來確定，很難保證系統(tǒng)的精確度以及效率。其次，入料量也由人工調(diào)控，由于工人技術(shù)水平的差異，常常出現(xiàn)壓濾不充分或者過度壓濾問題。再次，關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)存在安全隱患，由于監(jiān)控不到位，煤泥濃度發(fā)生較大的變化時，極可能導致出現(xiàn)管路堵塞，并且出現(xiàn)問題，并不能快速實現(xiàn)聯(lián)動機制。

2 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計

根據(jù)選煤廠壓濾過程的工作原理，使用PLC控制自動節(jié)點代替人工操作，并且實現(xiàn)壓濾機的上位機實時遠程控制，可保證壓濾系統(tǒng)的故障被及時發(fā)現(xiàn)并排除。遠程監(jiān)控系統(tǒng)同現(xiàn)場端PLC進行通信，對PLC的控制數(shù)據(jù)進行實時存入數(shù)據(jù)庫，便于實時數(shù)據(jù)分析以及歷史記錄分析。通過對傳統(tǒng)煤泥壓濾流程的分析，設(shè)計了以PLC和組態(tài)為主的自動控制系統(tǒng)，其總體方案如圖1所示。由圖1可知，煤泥壓濾自動控制系統(tǒng)包括西門子PLC、人機交互觸摸屏、入料泵、變頻器、相關(guān)傳感器等單元。

圖1 控制系統(tǒng)總體方案

改進后的煤泥壓濾系統(tǒng)可以實現(xiàn)多種控制方式的自動、手動自由切換。煤泥壓濾過程實時數(shù)據(jù)由組態(tài)系統(tǒng)顯示，例如：壓力數(shù)據(jù)、狀態(tài)參數(shù)等，并且技術(shù)員可根據(jù)實際生產(chǎn)情況進行參數(shù)設(shè)定，運行狀態(tài)直觀可見。通過采用西門子總線傳輸技術(shù)，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸與低時延，并且為遠程監(jiān)控提供可能[1]。

3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

3.1 PLC選型設(shè)計

在壓濾自動控制系統(tǒng)中，采用西門子工業(yè)4.0解決方案，PLC選取西門子S7-1500系列，支持Profibus-DP協(xié)議與變頻器進行通信，并且可以與人機交互設(shè)備通過以太網(wǎng)通信。PLC控制原理結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示。由圖2可知，PLC控制設(shè)備安裝在PLC控制柜中，其中控制柜包括電源模塊、CPU模塊、以太網(wǎng)通信模塊、I/O模塊、繼電器、人機交互觸摸屏等，而現(xiàn)場的設(shè)備是指壓濾機及其配套設(shè)施、壓風機等。

3.2 壓力傳感器選型

壓力是煤泥壓濾過程重要的采集數(shù)據(jù)。壓力的參數(shù)關(guān)系著壓力過程的質(zhì)量，其主要包括入料壓力、壓榨壓力、進風壓力。根據(jù)現(xiàn)場壓力數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)分析，采用美國西特公司的209系列電容式壓力傳感器，型號為2091200PG2M27P10。

3.3 觸摸屏選型

圖2 PLC控制系統(tǒng)原理圖

采用西門子可視化人機交互系統(tǒng)中面向簡單任務(wù)的KTP400系列HMI。通過人機交互觸摸屏的支持，可以對壓濾系統(tǒng)各個設(shè)備的運行狀態(tài)達到實時監(jiān)控，并且可以對操作員級的簡單參數(shù)進行調(diào)整，達到系統(tǒng)運行的實時可控[2]。

3.4 變頻器選型

壓濾系統(tǒng)中，變頻器配合傳感器、PLC工作，對入料泵、風壓機進行變頻恒壓控制，確保系統(tǒng)高效運行。采用西門子G130變頻器，訂貨號為6SL3310-1GE33-1AA0，額定功率為160 kW，滿足壓濾過程的要求[3]。

3.5 以太網(wǎng)通信構(gòu)建

通過WINCC組態(tài)軟件搭建SCADA系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。以以太網(wǎng)為通信介質(zhì)，進行PLC與上位機之間的數(shù)據(jù)傳輸，完成對數(shù)據(jù)的實時顯示。通過多線程高速傳輸，保證設(shè)備的遠程顯示與控制[4]。

4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

4.1 主程序設(shè)計

煤泥壓濾控制系統(tǒng)的主程序流程如圖3所示。PLC采用依次順序掃描的方式對程序塊進行讀取，OB100作為初始化模塊，系統(tǒng)上電即運行OB100，進行初始化設(shè)置。OB1作為主程序，依次調(diào)用模塊進行壓濾過程設(shè)備控制[5]。

4.2 子程序設(shè)計

子程序主要完成模式選擇、自動控制以及PID控制。模式選擇子程序用于實現(xiàn)手動、自動模式切換。自動控制模塊實現(xiàn)PLC進行自動聯(lián)動控制的設(shè)計需求。PID模塊用于輸出電機調(diào)速信號，對入料泵、壓風機搭配變頻器進行高效的控制[6]。

圖3 系統(tǒng)主流程圖

4.3 上位機軟件設(shè)計

基于WinCC組態(tài)軟件的應(yīng)用，實現(xiàn)了對煤泥壓濾過程的監(jiān)控，為監(jiān)控人員提供了良好的可視化界面。通過WinCC組態(tài)軟件可以實時監(jiān)控現(xiàn)場壓濾過程中各設(shè)備的運行情況，并且通過畫面的切換顯示實現(xiàn)PLC多個參數(shù)的設(shè)置。

5 應(yīng)用效果

通過對實驗數(shù)據(jù)分析可知，采用PLC監(jiān)控系統(tǒng)的煤泥壓濾過程，濾餅含水量降低近10%，工藝循環(huán)時間縮短10 min，提高了煤泥壓濾的工作效率，取得了明顯的改進效果。