PLC及無線通訊技術(shù)在選煤集控系統(tǒng)的探討應(yīng)用

武琳

摘要：通過PLC主機(jī)完成整個(gè)選煤線的順序控制、閉環(huán)控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、顯示、無線通訊系統(tǒng)和下位機(jī)控制系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)選煤廠生產(chǎn)過程控制，管線敷設(shè)量很大程度的減少，減少了電氣安裝工作量，費(fèi)用大大降低。解決了通訊線纜布線復(fù)雜、電纜損壞率高的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)集中控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)無線通訊和自動(dòng)化水平的提高以及無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，能夠推動(dòng)選煤行業(yè)網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

Abstract： It completes the sequence control， closed-loop control， condition monitoring， display， wireless communication system and lower-level machine control system of the whole coal preparation line through PLC mainframe to realize the production process control of coal preparation plant. The amount of pipeline laying is greatly reduced， the electrical installation workload is reduced， and the cost is greatly reduced. The utility model solves the technical problem that the communication cable has complicated wiring and high cable damage rate， realizes the improvement of the wireless communication and automation level of the centralized control system and the coverage of the wireless network， and can promote the further development of the network and automation technology of the coal preparation industry.

關(guān)鍵詞：PLC;無線通訊;技術(shù);選煤;集控;應(yīng)用

Key words： PLC;wireless communication;technology;coal preparation;centralized control;application

中圖分類號(hào)：TD67 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）09-0165-03

0 ?引言

田陳煤礦選煤廠于1994年底建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力為120×104噸/年，采用混合跳汰，粗、細(xì)粒煤泥分別由沉降過濾離心機(jī)和壓濾機(jī)回收工藝。煤種為1/3焦煤，主要產(chǎn)品為六級(jí)（棗莊1#）冶煉精煤，并具有低灰低硫、高發(fā)熱量等特點(diǎn)，深受用戶歡迎。選煤廠投產(chǎn)后，增加了礦井的經(jīng)濟(jì)效益，15年入洗能力一直保持在100×104噸以上，為棗礦集團(tuán)公司創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟(jì)效益。05年，由于井下地質(zhì)條件變化，煤質(zhì)較差，現(xiàn)有生產(chǎn)工藝已暴露出不適應(yīng)煤質(zhì)變化、精煤產(chǎn)率低以及煤泥水處理能力不足等問題。08年，為提高分選精度及精煤回收率，確保產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整靈活、保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，對(duì)現(xiàn)有選煤廠進(jìn)行改擴(kuò)建，在現(xiàn)有浮選車間增設(shè)重介選煤系統(tǒng)和浮選系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)有煤泥水系統(tǒng)進(jìn)行改造擴(kuò)建。建設(shè)規(guī)模：重介技術(shù)改造工程設(shè)計(jì)入選能力150萬噸/年;煤泥浮選工程設(shè)計(jì)入選能力30萬噸/年;重介質(zhì)選煤分選下限<0.075mm，+0.25mm級(jí)煤泥回收，僅-0.25mm級(jí)煤泥進(jìn)浮選。浮選精煤采用沉降過濾離心機(jī)和壓濾機(jī)聯(lián)合脫水回收，尾煤泥水采用兩段濃縮、兩段回收工藝，洗水閉路循環(huán)，環(huán)保節(jié)能。在現(xiàn)有浮選車間布置重介和浮選系統(tǒng)，新建一段濃縮車間和中、矸運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)、藥劑庫，擴(kuò)建調(diào)度室、集控室。洗選工藝、設(shè)備、管理較為先進(jìn)，智能化管控現(xiàn)狀已不適應(yīng)創(chuàng)新時(shí)代，缺乏集控系統(tǒng)自動(dòng)化水平以及無線網(wǎng)絡(luò)智能化。（表1）

隨著可編程控制器功能的不斷完善，PLC 技術(shù)在選煤廠集中控制領(lǐng)域運(yùn)用越來越廣泛，我國選煤控制網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入新的階段。原煤洗選要經(jīng)過較為復(fù)雜的工藝流程，整個(gè)過程需要采集近千條信號(hào)。重介質(zhì)旋流器選煤技術(shù)以其分選效率高、處理能力大等優(yōu)勢(shì)越來越受到人們的重視，市場(chǎng)份額逐年提高。為保證重介質(zhì)選煤能夠獲得優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的產(chǎn)品及提高分選效率，選煤過程中一些主要工藝參數(shù)必須控制在最佳范圍內(nèi)。因此，現(xiàn)場(chǎng)較多設(shè)備分布分散，使用線纜將各處設(shè)備信息接入全廠集中控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)施工量大且費(fèi)用較高，采用電纜連接，帶來通訊線纜布線復(fù)雜，電纜損壞率高，維護(hù)不方便的技術(shù)難題。不斷提高與改進(jìn)重介質(zhì)選煤工藝參數(shù)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的功能尤為關(guān)鍵。

1 ?技術(shù)措施方案

該系統(tǒng)技術(shù)是克服現(xiàn)有技術(shù)中選煤廠通訊線纜布線復(fù)雜、電纜損壞率高的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了選煤廠集中控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)無線通訊和自動(dòng)化水平的提高以及選煤廠廠區(qū)范圍內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，推動(dòng)我國選煤廠網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于PLC的選煤廠集控系統(tǒng)，用于遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行自動(dòng)化控制。（圖1）

基于PLC的選煤廠集控系統(tǒng)，包括PLC主機(jī)，PLC主機(jī)通過模擬量輸入分別與密度計(jì)、液位計(jì)和磁含量計(jì)連接用于信息采集，PLC主機(jī)通過模擬量輸出與PLC控制器連接用于設(shè)備控制，PLC主機(jī)還連接有工業(yè)用計(jì)算機(jī)用于遠(yuǎn)程集控，由原煤生產(chǎn)系統(tǒng)及外調(diào)煤、上煤、反煤系統(tǒng)組成集中控制系統(tǒng)，通過PLC主機(jī)完成整個(gè)選煤線的順序控制、閉環(huán)控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)及顯示。具體的PLC控制器分別連接有分流箱和加水閥門，并通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)與PLC主機(jī)連接。PLC主機(jī)連接有用于采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出。PLC主機(jī)連接有報(bào)警裝置用于在設(shè)備故障時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。分流箱和加水閥門均連接有用于集中就地切換的就地箱。PLC主機(jī)通過ESM電氣交換機(jī)模塊與集控室的工業(yè)用計(jì)算機(jī)連接。選煤集控系統(tǒng)采用的網(wǎng)絡(luò)為ROFIBUS-DP和以太網(wǎng)?；跓o線通訊的選煤廠PLC 集中控制系統(tǒng)，包括綜合管理系統(tǒng)、生產(chǎn)監(jiān)視系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，綜合管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)工作站、網(wǎng)絡(luò)控制柜、系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)組以及用于綜合管理的工業(yè)電腦通過工業(yè)以太網(wǎng)相互連接組成，其中，數(shù)據(jù)工作站通過工業(yè)以太網(wǎng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制柜接收現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，它們之間采用工業(yè)屏蔽雙絞線相連;系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)組與現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線和工業(yè)屏蔽雙絞線相連，完成對(duì)控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)、啟停;工業(yè)電腦通過工業(yè)屏蔽雙絞線與網(wǎng)絡(luò)控制柜中的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)相連。數(shù)據(jù)工作站用于完成存儲(chǔ)選煤廠各類數(shù)據(jù)，包括傳感器采集的洗選設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、閉路電視采集的洗選監(jiān)控畫面、報(bào)警記錄、檢修記錄以及各類工作計(jì)劃報(bào)表;網(wǎng)絡(luò)控制柜內(nèi)部包括網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和路由器，提供選煤廠的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)據(jù)交換和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行監(jiān)控;系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)組提供控制系統(tǒng)各程序的安裝、運(yùn)行平臺(tái);所述工業(yè)電腦通過瀏覽器依靠廠區(qū)工業(yè)以太網(wǎng)鏈接到上位機(jī)監(jiān)控界面，用來實(shí)現(xiàn)隨時(shí)對(duì)選煤廠各生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視;生產(chǎn)監(jiān)視系統(tǒng)由攝像機(jī)、閉路電視、投影儀、工業(yè)計(jì)算機(jī)以及打印機(jī)相互連接組成，其中，攝像機(jī)與工業(yè)計(jì)算機(jī)通過VGA 視頻線相連，閉路電視和投影儀通過HDMI 視頻線與工業(yè)計(jì)算機(jī)相連，打印機(jī)通過USB 數(shù)據(jù)線與工業(yè)計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)選煤廠生產(chǎn)過程的監(jiān)控以及完成打印工作計(jì)劃報(bào)表工作;現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)由下位機(jī)控制總站、下位機(jī)控制分站以及用于采集煤炭洗選設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，管道壓力以及倉位信號(hào)的各類傳感器組成;系統(tǒng)下位機(jī)控制總站通過RS485/232 數(shù)據(jù)線與下傳數(shù)傳電臺(tái)相連接;下位機(jī)控制分站通過RS485/232 數(shù)據(jù)線與上傳數(shù)傳電臺(tái)相連接;數(shù)傳電臺(tái)和上傳數(shù)傳電臺(tái)之間通過無線通訊模塊連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;下位機(jī)控制總站通過RS485/232 數(shù)據(jù)線與工業(yè)計(jì)算機(jī)相連（圖2所示）。

2 ?應(yīng)用實(shí)例

該系統(tǒng)提供了一種基于無線通訊的選煤廠PLC 集中控制系統(tǒng)（如圖3 所示），主要由綜合管理系統(tǒng)1、生產(chǎn)監(jiān)視系統(tǒng)2 和現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)3 組成。其中綜合管理系統(tǒng)1 由數(shù)據(jù)工作站4、網(wǎng)絡(luò)控制柜5、系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)組6 以及總工和廠長用于綜合管理的工業(yè)電腦7 通過工業(yè)以太網(wǎng)相互連接組成，考慮到各服務(wù)器與總工和廠長用于綜合管理的工業(yè)電腦7 之間物理距離短，本系統(tǒng)綜合管理系統(tǒng)1 各組成部分通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，具體通過工業(yè)屏蔽雙絞線進(jìn)行連接。其中，數(shù)據(jù)工作站4通過工業(yè)以太網(wǎng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制柜5 接收現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，它們之間采用工業(yè)屏蔽雙絞線相連;系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)組6 與現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)3 通過數(shù)據(jù)線和工業(yè)屏蔽雙絞線相連，完成對(duì)控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)、啟停;工業(yè)電腦7 通過工業(yè)屏蔽雙絞線與網(wǎng)絡(luò)控制柜5 中的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)相連。數(shù)據(jù)工作站4 用來完成存儲(chǔ)選煤廠各類數(shù)據(jù)，包括傳感器14 采集的洗選設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、閉路電視9 采集的洗選監(jiān)控畫面、報(bào)警記錄、檢修記錄以及各類工作計(jì)劃報(bào)表等。網(wǎng)絡(luò)控制柜5，內(nèi)部包括網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和路由器，提供選煤廠工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)無線網(wǎng)的運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)據(jù)交換和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行監(jiān)控。系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)組6 提供控制系統(tǒng)各程序的安裝、運(yùn)行平臺(tái)?？偣ず蛷S長的工業(yè)電腦7 通過瀏覽器依靠廠區(qū)工業(yè)以太網(wǎng)鏈接到上位機(jī)監(jiān)控界面，可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)對(duì)選煤廠各生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視。生產(chǎn)監(jiān)視系統(tǒng)2 由攝像機(jī)8、閉路電視9、投影儀10、工業(yè)計(jì)算機(jī)11 和打印機(jī)12組成，其中，攝像機(jī)8 與工業(yè)計(jì)算機(jī)11 通過VGA 視頻線相連，閉路電視9 和投影儀10 通過HDMI 視頻線與工業(yè)計(jì)算機(jī)11 相連，打印機(jī)12 通過USB 數(shù)據(jù)線與工業(yè)計(jì)算機(jī)11 相連，完成對(duì)選煤廠生產(chǎn)過程的監(jiān)控以及完成打印各工作計(jì)劃報(bào)表等工作。其中攝像機(jī)8、閉路電視9 和投影儀10 完成對(duì)選煤廠生產(chǎn)過程的畫面采集并在集控中心實(shí)現(xiàn)畫面顯示與危險(xiǎn)報(bào)警等。而工業(yè)計(jì)算機(jī)11 用來安裝上位機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)選煤廠生產(chǎn)過程的控制，包括設(shè)備啟停、過程控制以及報(bào)警處理等。打印機(jī)11 實(shí)現(xiàn)集控中心各類工作計(jì)劃報(bào)表的打印。現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)3 由下位機(jī)控制總站13、分站以及用于采集煤炭洗選設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)的各類傳感器組成，完成對(duì)選煤廠生產(chǎn)設(shè)備的控制。系統(tǒng)下位機(jī)控制總站13 安裝有無線通訊模塊并通過數(shù)據(jù)信號(hào)線與下傳數(shù)傳電臺(tái)16 相連接。下位機(jī)控制分站14 也安裝有無線通訊模塊并通過數(shù)據(jù)信號(hào)線與上傳數(shù)傳電臺(tái)15 相連接。下位機(jī)控制總站13 連接的下傳數(shù)傳電臺(tái)16 和下位機(jī)控制分站14 連接的上傳數(shù)傳電臺(tái)15 之間通過上述無線通訊模塊所構(gòu)成的無線局域網(wǎng)相連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其中傳感器用于采集現(xiàn)場(chǎng)煤炭洗選設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，管道壓力、倉位等信號(hào)。本實(shí)用新型將基于無線通訊的PLC 集中控制系統(tǒng)應(yīng)用于選煤廠，解決了通訊線纜布線復(fù)雜、電纜損壞率高的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了選煤廠集中控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)無線通訊和自動(dòng)化水平的提高以及選煤廠廠區(qū)范圍內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，能夠推動(dòng)我國選煤廠網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

3 ?技術(shù)應(yīng)用效果

PLC主機(jī)采用S7-300，PLC控制器采用ET200M，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)具有的有益效果：基于PLC的選煤集控系統(tǒng)采用ROFIBUS總線結(jié)構(gòu)，以及成熟的以太網(wǎng)技術(shù)，使得現(xiàn)場(chǎng)管線敷設(shè)量很大程度的減少，同時(shí)也進(jìn)一步減少了電氣系統(tǒng)的安裝工作量，電纜購置費(fèi)用和安裝主附材費(fèi)用比傳統(tǒng)控制方式降低30～40%。本技術(shù)對(duì)參控設(shè)備都設(shè)置了就地控制箱，有效保證系統(tǒng)正常運(yùn)行以及進(jìn)行調(diào)試檢修工作。系統(tǒng)運(yùn)行良好，可靠性高，而且程序簡潔，維護(hù)方便，保證了裝置的長周期運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益高。無線通訊的PLC 集中控制系統(tǒng)應(yīng)用于選煤廠，解決了選煤廠現(xiàn)場(chǎng)布線復(fù)雜，電纜損壞率高的技術(shù)難題，減少施工量、維護(hù)工作量和基建成本。本系統(tǒng)技術(shù)通過下位機(jī)總站S7-300 PLC與ET200M分布式I/O分站之間數(shù)據(jù)的無線傳輸，可為選煤廠廠區(qū)范圍內(nèi)后續(xù)營建無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋打下技術(shù)基礎(chǔ)，使廠區(qū)范圍內(nèi)無線設(shè)備的運(yùn)用成為可能，使田陳煤礦不斷創(chuàng)新發(fā)展，實(shí)現(xiàn)降本增效、快捷高效的洗煤、運(yùn)銷一體化流程，促使煤炭洗選行業(yè)網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化技術(shù)更上一個(gè)新的臺(tái)階。

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