PLC 在選煤廠自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

孔慶柱

（兗煤礦業(yè)工程有限公司綜機(jī)安撤中心，山東鄒城 273500）

0 引言

PLC 作為一種可進(jìn)行編程的邏輯控制裝置，其主要依賴于可實(shí)施程序編寫特殊內(nèi)部程序，同時(shí)對(duì)使用者可進(jìn)行各個(gè)指令執(zhí)行，從其核心觀測(cè)，PLC 為一種在工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)程中，強(qiáng)調(diào)操控的特殊計(jì)算機(jī)。編程與存儲(chǔ)元件、CPU、輸入與輸出裝置等，為PLC 核心硬件，主要職能與人體大腦類似，系統(tǒng)各項(xiàng)元件及裝置均由其負(fù)責(zé)，存儲(chǔ)與運(yùn)算元件、控制電路等均為CPU 核心構(gòu)成，多以集成式電路芯片為主，與其他電路相聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)控制功能。本文概述PLC 系統(tǒng)，且將其在選煤廠具體應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 PLC 系統(tǒng)概述

1.1 PLC 集控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)功能異同，選煤廠集控系統(tǒng)可劃分為集控中心與PLC 分站，與其對(duì)應(yīng)為上位機(jī)與下位機(jī)，其中上位機(jī)功能為：①對(duì)布設(shè)于各個(gè)位置設(shè)備電流、運(yùn)行及過載信息、壓力、電路溫度、電壓、煤塊品質(zhì)予以顯示；②系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)程中，將火警、盜警等信號(hào)依賴于上位機(jī)，對(duì)其進(jìn)行接收及記錄；③整個(gè)系統(tǒng)中全部選煤設(shè)備啟動(dòng)及停止，均依靠上位機(jī)實(shí)施遠(yuǎn)程操控實(shí)現(xiàn)；④根據(jù)相關(guān)圖像、表格等方式，上位機(jī)可將收集及記錄的參數(shù)進(jìn)行整體分析處理。

下位機(jī)核心功能為：①系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)程中，下機(jī)位主要收集、處理相關(guān)具體作業(yè)參數(shù)，將具體指令予以下發(fā)，與上位機(jī)構(gòu)建良好聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交換；②下位機(jī)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)收集參數(shù)主要涉及煤塊大小、品質(zhì)及相關(guān)設(shè)備運(yùn)行壓力、電路溫度等；③設(shè)備運(yùn)行期間，其電流變化處于下位機(jī)監(jiān)控下，若運(yùn)行電流一旦超出設(shè)定范圍，下位機(jī)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，立即停止運(yùn)行；④系統(tǒng)電路實(shí)時(shí)溫度也在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，若溫度超出設(shè)定限制，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)予以提醒，圖1 為PLC 控制系統(tǒng)示意圖。

圖1 PLC 控制系統(tǒng)示意

1.2 PLC 控制方式

1.2.1 分布控制

對(duì)PLC 分布式控制系統(tǒng)而言，其構(gòu)成要素較多，不僅需上位機(jī)、主機(jī)做以支撐，而且生產(chǎn)中微機(jī)分站不可或缺，此種控制主要強(qiáng)調(diào)多級(jí)別控制。同時(shí)將CPU 進(jìn)行分級(jí)設(shè)置，各個(gè)模塊根據(jù)實(shí)際工作所需完成自身職能，且各個(gè)模塊均能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立工作。PLC 控制系統(tǒng)在處理信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)程中，通常損耗時(shí)間較短，且速率較快，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制裝置安全保護(hù)中。PLC 中所有的I/O 信號(hào)，均采用光電隔離，主要將生產(chǎn)外及控制器內(nèi)電路進(jìn)行隔離。針對(duì)部分大型PLC 控制系統(tǒng)而言，為增強(qiáng)自身安全性及穩(wěn)定性，可通過雙處理器或三處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。為切實(shí)與選煤廠生產(chǎn)實(shí)際控制要求匹配，多數(shù)控制器需以模塊化展示，通過電纜將其進(jìn)行連接，立足于生產(chǎn)實(shí)際所需，進(jìn)行科學(xué)、合理組合。

PLC 分布式控制為選煤廠未來發(fā)展主流，該系統(tǒng)不僅使安全性得以保證，而且擁有較佳的流暢性，各個(gè)模塊可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立工作，僅依靠一個(gè)電纜，便可將主機(jī)與分站進(jìn)行連接，具體的操作指令及信息實(shí)現(xiàn)輸送及反饋。選煤廠內(nèi)部低壓配電室難以集中，為將其進(jìn)行集中控制，在內(nèi)部布設(shè)分站，且采用屏蔽通信電纜，構(gòu)建分布式控制系統(tǒng)。

1.2.2 集中控制

PLC 集中控制系統(tǒng)不受生產(chǎn)環(huán)境因素影響，各個(gè)模塊均布設(shè)設(shè)備運(yùn)行及故障顯示裝置，為工作人員查看運(yùn)行狀態(tài)及故障分析提供便利。與電氣控制相較，PLC 控制系統(tǒng)將其速率慢、觸電易抖動(dòng)缺陷予以完善。選煤廠PLC 集中控制，主要依靠計(jì)算機(jī)，將生產(chǎn)實(shí)際狀況進(jìn)行管理及實(shí)時(shí)檢測(cè)，一般操作人員通過集中控制室，便可將所有操作完成，且利用相關(guān)模擬顯示屏，將系統(tǒng)中參數(shù)信息予以獲取，切實(shí)提升生產(chǎn)效率，具有較強(qiáng)的靈活性。但其集中式控制存在部分不足，主要表現(xiàn)在以下3 點(diǎn)：①1臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)程進(jìn)行控制，若此臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，無法進(jìn)行正常工作，將給選煤廠造成嚴(yán)重影響，全部生產(chǎn)環(huán)節(jié)將停止；②從集中控制室內(nèi)部至各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中損耗大量電纜及傳感器，工作復(fù)雜及量大，擴(kuò)展較為困難，不利于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；③計(jì)算機(jī)自身存在風(fēng)險(xiǎn)，軟件未能趨于成熟化，對(duì)其升級(jí)及維護(hù)需投入較大資金，才能確保軟件專業(yè)性及安全性。

1.3 PLC 優(yōu)勢(shì)

PLC 具有較多優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)為以下3 點(diǎn)：①可靠性高，PLC 通過模塊化結(jié)構(gòu)，在選煤生產(chǎn)進(jìn)程中，多以機(jī)架為主，擁有安裝簡(jiǎn)單、調(diào)試便利、維護(hù)頻次少等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在惡劣電磁干擾環(huán)境下，仍然可進(jìn)行使用，被選煤廠集中控制普遍應(yīng)用；②通用性強(qiáng)，PLC 類型較多，組網(wǎng)方式多樣，對(duì)其生產(chǎn)工藝完成硬件配置，便可投入于生產(chǎn)中，若生產(chǎn)工藝或設(shè)備變更，硬件能力在滿足要求基礎(chǔ)上，僅需對(duì)其上位機(jī)進(jìn)行調(diào)整即可；③PLC 編程語言功能強(qiáng)，PLC 可通過梯形圖、功能塊圖、順序功能圖、指令表等完成編程，語言較為簡(jiǎn)單，與選煤廠電氣原理相吻合，便于電氣工人熟悉掌握。

2 PLC 在選煤廠控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 抗電源干擾

PLC 裝置在抗電源中實(shí)際應(yīng)用，主要將工頻干擾消除，主要通過設(shè)置屏蔽電源，且需進(jìn)行雙層布設(shè)，實(shí)現(xiàn)具體屏蔽保護(hù)，采取方式可從以下方面入手：①為從根源上遏制電源干擾，需設(shè)置各類屏蔽層，如屏蔽電纜、局部屏蔽等；②隔離型設(shè)備，對(duì)電源也具有抑制作用，可通過使用性能優(yōu)良的隔離型設(shè)備，消除電源干擾同時(shí)科學(xué)、合理的布線，一定程度抑制電源干擾；③電源若存在不穩(wěn)定，短期內(nèi)波動(dòng)頻次較多，給PLC 系統(tǒng)模塊造成嚴(yán)重影響；④帶有屏蔽層變壓器擁有較佳的抗干擾能力，或在電源端給予濾波電路，可減少設(shè)備與地面間干擾；⑤根據(jù)實(shí)際狀況，不影響整體布線情況下，盡可能將電源線呈現(xiàn)為平行方式，減少電源干擾；⑥為使交流電網(wǎng)電壓處于穩(wěn)定狀況，可通過將其補(bǔ)給電源予以處理，且將電壓調(diào)整器進(jìn)行完善優(yōu)化，圖2 為分離供電系統(tǒng)。

圖2 分離供電系統(tǒng)

2.2 操作控制

設(shè)備在啟動(dòng)及停止時(shí)，為避免煤炭壓制設(shè)備，需將設(shè)備進(jìn)行逆流啟動(dòng)，且根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際所需，將各個(gè)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行科學(xué)、合理布設(shè)，防止堆煤現(xiàn)象發(fā)生，切實(shí)降低設(shè)備啟動(dòng)期間對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重沖擊。設(shè)備停止進(jìn)程中均與啟動(dòng)相同，進(jìn)行逆煤流方向設(shè)置，且對(duì)其設(shè)備停止時(shí)間進(jìn)行設(shè)置。相關(guān)控制方法較多，主要包含集中、就地、檢修等，對(duì)集中控制而言，在調(diào)度室便可將各類操作控制完成，實(shí)現(xiàn)設(shè)備啟動(dòng)及停止動(dòng)作；就地控制主要指針對(duì)單臺(tái)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試及檢測(cè)；檢修控制特指設(shè)備正處于維修階段，未能實(shí)施集中或就地控制，為維修人員人身安全提供保障。

2.3 耦合電壓的調(diào)控

2.3.1 模擬信號(hào)

模擬信號(hào)受各類因素影響，如信號(hào)弱、分布參數(shù)大、信號(hào)傳輸線路長(zhǎng)等，加劇信號(hào)干擾程度，所以針對(duì)輸入信號(hào)源及接收端接地狀況，需設(shè)置相應(yīng)屏蔽線在接收端進(jìn)行處理，且為直流處理，若一旦連接至交流電，地線在電位差作用下，兩點(diǎn)間屏蔽層產(chǎn)生電流噪聲，不僅未能消除干擾，還將懸浮電壓帶至輸入端。輸出信號(hào)抑制方式與輸入端相同。

2.3.2 開關(guān)信號(hào)

盡可能選取較高的導(dǎo)通及關(guān)閉值的隔離器，切實(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行約束，輸出信號(hào)可立足于可能產(chǎn)生干擾的繼電器，對(duì)其進(jìn)行連接，在繼電線圈上增加設(shè)備吸收回路，避免繼電器出現(xiàn)不當(dāng)動(dòng)作。

2.3.3 建立連接電纜

在模擬信號(hào)控制點(diǎn)看選取進(jìn)程中，需充分考量屏蔽層，一般此種電纜自身帶有屏蔽層，開關(guān)信號(hào)實(shí)際傳輸需在電纜支持下實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行長(zhǎng)距離布線時(shí)，盡量不選取多芯電纜，為切實(shí)將屏蔽范圍擴(kuò)展，需將備用芯線與接地線予以連接。

2.4 動(dòng)態(tài)圖形顯示

通過PLC 系統(tǒng)，可將各個(gè)信號(hào)予以真實(shí)展現(xiàn)，如設(shè)備開關(guān)、操作、預(yù)警信號(hào)等，多以動(dòng)態(tài)畫面呈現(xiàn)。工作人員只需在控制室內(nèi)，便可完成生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀況查看及管理，此種方式對(duì)速率具有一定要求，需在一定時(shí)間內(nèi)，將工業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)及邏輯進(jìn)行及時(shí)處理，對(duì)選煤廠較為適用。PLC 系統(tǒng)在開放系統(tǒng)運(yùn)行期間，為邏輯控制高效處理提供便利。

2.5 接地裝置

接地裝置對(duì)PLC 系統(tǒng)具有重要作用，可切實(shí)降低電壓沖擊概率，為系統(tǒng)正常運(yùn)行提供支撐。應(yīng)將PLC 主機(jī)進(jìn)行獨(dú)立接地，且根據(jù)廠家給予具體參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格操作，其主要核心表現(xiàn)安全生產(chǎn)及抗干擾。高質(zhì)量的接地為該系統(tǒng)最佳的抗電磁途徑，其形式繁多，主要涉及以下4 方面：①對(duì)輸入端信號(hào)元件進(jìn)行接地處理；②將交流電源N 線進(jìn)行接地；③為避免產(chǎn)生各類干擾，應(yīng)選取銅導(dǎo)線進(jìn)行接地；④為避免出現(xiàn)漏電等現(xiàn)象，對(duì)操作人員安全構(gòu)成威脅，需將設(shè)備外部進(jìn)行接地處理。

3 結(jié)語

隨著煤場(chǎng)的不斷發(fā)展，煤場(chǎng)的控制及管理成為關(guān)注焦點(diǎn)，需將選煤廠設(shè)備及工藝流程予以優(yōu)化及改善，對(duì)煤場(chǎng)PLC 系統(tǒng)及以太網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化及升級(jí)，切實(shí)提升選煤廠生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，為選煤廠提供更好的服務(wù)，促進(jìn)選煤廠穩(wěn)定發(fā)展。