西門(mén)子PLC在選煤廠集中控制中的應(yīng)用

曹　山

（新疆煤炭高等?？茖W(xué)校新疆烏魯木齊830025）

西門(mén)子PLC在選煤廠集中控制中的應(yīng)用

曹山

（新疆煤炭高等?？茖W(xué)校新疆烏魯木齊830025）

以西門(mén)子自動(dòng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息的采集處理、設(shè)備解閉鎖控制、啟?？刂频裙δ?，并組態(tài)上位機(jī)監(jiān)控界面，實(shí)時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，提高了決策及指揮生產(chǎn)管理。

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(wàn)噸，分為一套、二套工期建設(shè)。一套設(shè)計(jì)原煤入洗量120萬(wàn)噸，建于2005年。二套設(shè)計(jì)原煤入洗量150萬(wàn)噸，建于2008年。

一、選煤廠生產(chǎn)工藝對(duì)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(kāi)某一臺(tái)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(tái)設(shè)備的突然停車(chē)，都將會(huì)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(tái)，其中80余臺(tái)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(chǎng)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(chē)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(tái)，其中60余臺(tái)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(chē)，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(chē)預(yù)告信號(hào)，設(shè)備故障報(bào)警信號(hào)及緊急停車(chē)信號(hào)。（3）現(xiàn)場(chǎng)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(chē)過(guò)程、運(yùn)行過(guò)程和停車(chē)過(guò)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(chē)間環(huán)境惡化的，即除本臺(tái)設(shè)備故障可立即停車(chē)外，其他設(shè)備也立即閉鎖停車(chē)。并對(duì)各主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的故障自動(dòng)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(kāi)、停、故障等數(shù)字量信號(hào)引入PLC，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳送到集控室，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視，同時(shí)備用將來(lái)新增設(shè)備納入到集控系統(tǒng)中來(lái)的模塊。為提高系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能，除對(duì)主要的生產(chǎn)設(shè)備檢測(cè)，還增加一些包括過(guò)載、堵塞、皮帶的跑偏等的檢測(cè)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，使得系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的故障點(diǎn)都有了反饋信號(hào)。因此，對(duì)于系統(tǒng)中的故障，集控系統(tǒng)可以準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)出故障設(shè)備點(diǎn)和保護(hù)動(dòng)作位置。模擬量過(guò)程控制主要用于工藝過(guò)程參數(shù)的檢測(cè)及控制，如精煤灰分、密度、液位等，用來(lái)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(mén)子S7-400、二套用西門(mén)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(jiàn)表1。

表1　設(shè)備選型

三、控制方案

1.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(chǎng)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(dòng)”，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟動(dòng)，檢修時(shí)打到“就地”，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的就地啟動(dòng)，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(tái)，如圖1所示。根據(jù)全場(chǎng)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(tái)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(duì)全廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和操作。見(jiàn)圖1。

四、電動(dòng)機(jī)控制原理

一、二套系統(tǒng)的所有電動(dòng)機(jī)采用各自統(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(méi)有互連。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，一臺(tái)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(méi)有直接的電氣聯(lián)系，它們之間的邏輯控制關(guān)系是通過(guò)軟件程序?qū)崿F(xiàn)的。

1.一套電動(dòng)機(jī)控制原理。一套每臺(tái)電動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)就地控制箱為一臺(tái)，有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)一個(gè)，手動(dòng)、自動(dòng)、禁啟、急停、啟動(dòng)、停止六個(gè)控制信號(hào)進(jìn)入PLC，PLC輸出有兩個(gè)運(yùn)行、故障信號(hào)，集中控制有啟動(dòng)、停止兩個(gè)命令。電動(dòng)機(jī)二次控制原理見(jiàn)圖2。

圖2　電動(dòng)機(jī)二次控制原理

2.一套電動(dòng)機(jī)梯形圖。見(jiàn)圖3。

圖3　一套電動(dòng)機(jī)梯形圖

3.二套電動(dòng)機(jī)控制原理。二套每臺(tái)電動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)就地控制箱為一臺(tái)，一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，有禁啟、運(yùn)行、啟動(dòng)三個(gè)控制信號(hào)進(jìn)入PLC，PLC輸出有兩個(gè)運(yùn)行、故障信號(hào)，集中控制有三個(gè)集控、啟動(dòng)、停止命令。只有集控觀察到現(xiàn)場(chǎng)控制箱撥鈕狀態(tài)在運(yùn)行位置，才具備開(kāi)機(jī)條件。電動(dòng)機(jī)二次控制原理見(jiàn)圖4。

圖4　電動(dòng)機(jī)二次控制原理

4.二套電動(dòng)機(jī)梯形圖。見(jiàn)圖5。

圖5　二套電動(dòng)機(jī)梯形

五、結(jié)束語(yǔ)

利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，提高選煤廠自動(dòng)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(dòng)化，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工人的工作環(huán)境，加強(qiáng)了管理層對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)督和控制，提升了整體的管理水平。

［1］翟剛.選煤廠電氣設(shè)備及自動(dòng)控制.北京：北京煤炭工業(yè)出版社，2005年.

［2］蘇昆哲.西門(mén)子（中國(guó)）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán).深入淺出西門(mén)子WinCC V6，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004年.

［3］廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù).北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社，2004年.