PLC在煤化工輸煤程控系統(tǒng)中的應(yīng)用

王 琳

(中國(guó)石化集團(tuán)寧波工程有限公司上海分公司,上海 200030)

0 引 言

傳統(tǒng)的輸煤系統(tǒng)是一種基于繼電器、接觸器和人工手動(dòng)方式的半自動(dòng)系統(tǒng)。由于輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境十分惡劣,不僅極大損害了操作人員的身體健康,而且由于輸煤系統(tǒng)范圍大,經(jīng)常有皮帶跑偏、撕裂和煤堵塞煤斗等現(xiàn)象,大大降低了生產(chǎn)效率,以至于傳統(tǒng)的輸煤系統(tǒng)已無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)今市場(chǎng)的需求。筆者結(jié)合在鄂爾多斯某煤化工項(xiàng)目中對(duì)原煤、燃料煤卸煤及輸送系統(tǒng)的上煤和配煤工藝流程采用PLC輸煤程控系統(tǒng)為例,對(duì)PLC控制系統(tǒng)的主要功能等做進(jìn)一步的介紹。

1 工程系統(tǒng)概述

該煤化工項(xiàng)目中原煤、燃料煤卸煤及輸送系統(tǒng)的上煤工藝流程主要是通過(guò)多條皮帶輸送機(jī)完成將原煤從煤場(chǎng)輸送到原煤倉(cāng)的過(guò)程,同時(shí)通過(guò)輔助的振動(dòng)給料機(jī)、破碎機(jī)、除鐵器、電動(dòng)三通換向器、電子皮帶秤、電動(dòng)犁式卸料器等設(shè)備完成對(duì)煤的篩分、計(jì)量等,以達(dá)到使用要求;配煤工藝流程,主要是將從上煤系統(tǒng)輸送來(lái)的煤按照一定的要求、規(guī)律、順序地分配到受煤倉(cāng)中的過(guò)程,其中,上煤工藝流程是輸煤系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

該煤化工項(xiàng)目中原煤、燃料煤卸煤及輸送系統(tǒng)的上煤和配煤工藝流程選用PLC作為控制系統(tǒng),設(shè)工控機(jī)為上位機(jī)、PLC系統(tǒng)(PLC控制柜)為下位機(jī)的兩級(jí)控制模式,上、下位機(jī)均分別采用雙機(jī)熱備形式,以確保在有1臺(tái)PLC主機(jī)或1臺(tái)監(jiān)控用工控機(jī)發(fā)生故障或死機(jī)的情況下,整個(gè)系統(tǒng)仍可照常運(yùn)轉(zhuǎn)。上位工控機(jī)、PLC控制柜、操作臺(tái)均布置在輸煤控制室內(nèi)。I/O通信網(wǎng)絡(luò)采用雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu),提高系統(tǒng)可靠性。上位工控機(jī)與PLC之間采用以太網(wǎng)通信結(jié)構(gòu),協(xié)議符合 TCP/IP協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用知名品牌工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。

2 控制系統(tǒng)的方案

上煤工藝流程的控制系統(tǒng)運(yùn)行工作方式主要有程控自動(dòng)、聯(lián)鎖手動(dòng)、解鎖手動(dòng)及就地控制方式。正常運(yùn)行時(shí),采用程控自動(dòng)方式,在輸煤控制室操作臺(tái)上僅保留系統(tǒng)的緊急停車(chē)按鈕。配煤工藝流程的控制系統(tǒng)可分為自動(dòng)配煤、手動(dòng)配煤和就地配煤三種方式。

該文主要討論上煤工藝流程的控制系統(tǒng)運(yùn)行方式,流程如圖1所示。

2.1 程控自動(dòng)方式

針對(duì)上煤系統(tǒng)來(lái)說(shuō),主要包括:帶式輸送機(jī)、振動(dòng)給料機(jī)、破碎機(jī)、除鐵器、電動(dòng)三通換向器、電動(dòng)犁式卸料器、電子皮帶秤。這些設(shè)備按照煤最終進(jìn)入煤倉(cāng)的不同組成多種運(yùn)行流程。采用程控自動(dòng)方式時(shí),上位工控機(jī)LCD上顯示所有輸煤工藝流程,通過(guò)在上位工控機(jī)上選擇運(yùn)行流程,由PLC自動(dòng)完成各種流程的操作,PLC程序啟動(dòng)后沿線(xiàn)設(shè)備從末端皮帶輸送機(jī)按所選流程的逆煤流方向啟動(dòng)各設(shè)備直到煤源,程序停止時(shí),根據(jù)所選流程從煤源設(shè)備開(kāi)始順煤流方向逐臺(tái)按預(yù)定的順序停止各設(shè)備直到最末一臺(tái)設(shè)備(帶式輸送機(jī)延時(shí)2 min停車(chē)),延時(shí)是為保證帶式輸送機(jī)上的煤走完后該設(shè)備才停機(jī)。

在自動(dòng)運(yùn)行中,某一設(shè)備出現(xiàn)故障或事故時(shí),如皮帶撕裂、拉繩,持續(xù)的跑偏、打滑或堵煤時(shí),應(yīng)立即停止該皮帶輸送機(jī),同時(shí)聯(lián)跳逆煤流方向的所有設(shè)備,但故障點(diǎn)下游設(shè)備保持原工作狀態(tài)不變。待故障解除后,先進(jìn)行“復(fù)位”操作,再重新進(jìn)行“預(yù)啟”操作,從故障點(diǎn)向上游重新啟動(dòng)設(shè)備;也可在故障未解除時(shí),執(zhí)行“程序停止”操作,從故障點(diǎn)下游開(kāi)始順煤流方向逐臺(tái)按預(yù)定的順序停止各設(shè)備直到最末。當(dāng)按“緊急停機(jī)”按鈕(操作臺(tái)和上位工控機(jī)上都有此開(kāi)關(guān)),全線(xiàn)運(yùn)行設(shè)備均立即停止運(yùn)行。

在上位機(jī)屏幕上可隨時(shí)查詢(xún)?nèi)我辉O(shè)備的狀態(tài),如檢修、運(yùn)行、皮帶撕裂、跑偏、打滑、拉繩等。在某設(shè)備未處于所選流程中,其部分保護(hù)信號(hào)(如皮帶打滑、跑偏等)不以報(bào)警信號(hào)形式出現(xiàn)。

圖1 上煤邏輯流程

2.2 其他工作方式

聯(lián)鎖手動(dòng)方式是在上位工控機(jī)上對(duì)納入程控的所有設(shè)備實(shí)現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)的操作,但需通過(guò) PLC閉鎖完成。此方式可兼作遠(yuǎn)程調(diào)試用。采用該方式時(shí),操作人員應(yīng)按正確順序來(lái)啟動(dòng)和停止各個(gè)設(shè)備,系統(tǒng)流程間各設(shè)備像自動(dòng)方式一樣存在聯(lián)鎖關(guān)系。

解鎖手動(dòng)方式是在上位工控機(jī)通過(guò)無(wú)聯(lián)鎖操作納入程控的所有設(shè)備。

就地控制方式是指設(shè)備僅能在就地控制箱上進(jìn)行操作,且?guī)捷斔蜋C(jī)均配置拉繩開(kāi)關(guān)作為就地緊急停機(jī)開(kāi)關(guān)。集中和就地運(yùn)行方式的設(shè)定是由設(shè)置在就地各設(shè)備就地控制箱上的遠(yuǎn)方/就地選擇開(kāi)關(guān)完成的,此外,在就地控制箱上還沒(méi)有啟、停按鈕或電流表,只有當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)設(shè)置為遠(yuǎn)方時(shí),控制室才能控制該設(shè)備,當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)設(shè)置為就地時(shí),只能就地控制該設(shè)備。

2.3 信號(hào)系統(tǒng)

設(shè)置生產(chǎn)聯(lián)系信號(hào)、啟動(dòng)預(yù)告信號(hào)、設(shè)備運(yùn)行信號(hào)、煤流信號(hào)、煤倉(cāng)煤位信號(hào)和事故聲光報(bào)警信號(hào)(事故停車(chē)時(shí)用)。采用集中控制方式啟動(dòng)設(shè)備前,先啟動(dòng)該設(shè)備的警告信號(hào)通知附近人員,并在15 s后啟動(dòng)設(shè)備。

3 主要設(shè)備的選型

3.1 控制系統(tǒng)PLC

控制系統(tǒng)PLC采用雙機(jī)熱備冗余配置,網(wǎng)絡(luò)采用雙網(wǎng)冗余配置,模塊全部采用140系列,具有帶電插拔功能。I/O點(diǎn)數(shù)除滿(mǎn)足系統(tǒng)要求外,還留有15%的備用,卡槽留有20%的備用。DI/DO開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊采用直流24 V 16通道模塊, AI/AO模擬量輸入/輸出模塊采用 8通道 4～20 mA模塊。

3.2 控制系統(tǒng)電源

PLC系統(tǒng)電源裝在專(zhuān)用的電源柜內(nèi)。電源柜內(nèi)有兩路交流電源的切換開(kāi)關(guān)、切換試驗(yàn)按鈕、電流表、電壓表和有關(guān)運(yùn)行指示燈,并且將故障信號(hào)的編碼接至PLC系統(tǒng)。PLC發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào),指示“電源故障”。

電源柜有兩路交流220V電源進(jìn)線(xiàn),當(dāng)一路交流電源故障時(shí),能自動(dòng)地切換到另一路電源,且為控制柜及上位機(jī)提供1臺(tái)在線(xiàn)式不間斷電源(UPS)。

每個(gè)電源柜內(nèi)配有交流電源自動(dòng)切換分路器1臺(tái),直流切換分路器1臺(tái),直流+24 V電源2臺(tái)。同時(shí)給各個(gè)控制柜內(nèi)的電源應(yīng)單獨(dú)供給,交流電源分成若干回路,每個(gè)回路均有指示燈及自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)保護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

上述PLC輸煤程控系統(tǒng)已實(shí)際運(yùn)行3年多,運(yùn)行效果良好,受到用戶(hù)的好評(píng)。

[1] 曹金福.電氣控制與 PLC[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010.

[2] 孫 平.電氣控制與PLC[M].2版.北京:高等教育出版社,2009.

[3] 徐 超.電氣控制與PLC技術(shù)應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009.

[4] 孫同景.PLC原理及工程應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[5] 王永華.現(xiàn)代電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:航空航天大學(xué)出版社,2008.

[6] 張福增,孫恩濤,劉 瑞.可編程控制器(PLC)在電廠輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].中國(guó)電力教育,2006,(S1):143-145.

[7] 殷興光.PLC應(yīng)用與實(shí)踐[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2009.

[8] 白生威.PLC在皮帶輸送機(jī)控制中的應(yīng)用[J].電工技術(shù), 2006,(6):68-69.

[9] 張躍靈.談PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].職大學(xué)報(bào),2008,(4): 99-100.

[10] 廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[11] 劉華煒.電廠輸煤系統(tǒng)卸料小車(chē)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表,2010,(1):3841.

[12] 楊麗娟.輸煤程控系統(tǒng)與簡(jiǎn)倉(cāng)安全監(jiān)控系統(tǒng)的整合[J].自動(dòng)化儀表,2010,(8):48-51.