筒倉控制系統(tǒng)在焦化備煤生產(chǎn)中的應用

張 妍

（飛馬智科信息技術(shù)股份有限公司，安徽馬鞍山 243000）

引言

傳統(tǒng)露天開放式煤場因投資少，技術(shù)成熟，建設簡單，堆放不同煤種有較高的靈活性，得到煤炭企業(yè)的廣泛運用，但由于煤場占地面積大，因風損、雨損造成煤炭流失，入爐煤含水率不穩(wěn)定，環(huán)境污染十分嚴重。某鋼鐵公司新建筒倉項目利用現(xiàn)有露天儲煤場地，按300 萬t/a 的焦炭產(chǎn)能需求，共建20 個直徑約21 m 的大型全封閉貯配一體筒倉。通過優(yōu)化煤炭運輸和提升煤炭質(zhì)量，來淘汰落后的產(chǎn)能和環(huán)保工藝。［1］

介紹了筒倉控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)工作，重點闡述了筒倉控制系統(tǒng)的功能和特色，在某鋼鐵公司新建筒倉工程中的應用情況。

1 背景

為滿足焦化煤處理配套系統(tǒng)的自動化生產(chǎn)要求，基于AB PLC 開發(fā)了筒倉控制系統(tǒng)，利用Studio 5000 Logix軟件編程，上位機組態(tài)軟件FactoryTalk View Studio 編制畫面，實現(xiàn)了對備煤系統(tǒng)的運行控制和對整個備煤系統(tǒng)運行狀況的監(jiān)控和記錄，滿足了煤處理配套系統(tǒng)工藝要求和使用功能，使筒倉備煤生產(chǎn)實現(xiàn)自動化控制，操作實用安全可靠。

2 解決方案

2.1 筒倉控制系統(tǒng)總體架構(gòu)

按照先進、成熟、可靠、實用的原則，本工程自動化系統(tǒng)采用三電（EIC）一體化系統(tǒng)，以滿足煤處理配套系統(tǒng)的自動化生產(chǎn)要求和對配煤貯運的高水平管理。主工藝線設備采用PLC 控制方式，部分輔助設備采用繼電-接觸器控制方式，緊急停止通過硬接線方式實現(xiàn)。

自動化控制系統(tǒng)由基礎自動化系統(tǒng)（L1）和過程自動化系統(tǒng)（L2）構(gòu)成?；A自動化系統(tǒng)（L1）采用PLC 控制系統(tǒng)，各種操作參數(shù)均引至控制系統(tǒng)，進行指示、調(diào)節(jié)、記錄、積算、報警及聯(lián)鎖等，實現(xiàn)過程控制、順序控制和邏輯控制。過程自動化系統(tǒng)（L2）采用客戶端/服務器結(jié)構(gòu)，主要用于生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的采集、存儲、數(shù)據(jù)輸出等。

控制系統(tǒng)主要包括筒倉受煤系統(tǒng)、貯配煤系統(tǒng)、粉碎及輸出系統(tǒng)等。工藝流程簡圖見圖2。

圖2 工藝流程簡圖

2.2 控制系統(tǒng)介紹

2.2.1 控制范圍

主要包括：受煤系統(tǒng)、新建貯配煤系統(tǒng)的膠帶機設備以及相關備煤配套設施。

2.2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

基礎自動化系統(tǒng)主要由操作員站、工程師站、打印機、PLC 控制站、I/O 模件、交換機、以太網(wǎng)及現(xiàn)場總線構(gòu)成?；A自動化系統(tǒng)由UPS 不間斷電源供電，停電后可維持供電30 min。

2.2.3 系統(tǒng)配置

備煤系統(tǒng)配置1 套冗余PLC 控制系統(tǒng)，用于膠帶系統(tǒng)及其它控制。配煤控制系統(tǒng)配置1 套冗余PLC 控制系統(tǒng)，為機電一體品自帶，用于配料控制和清堵系統(tǒng)控制，不包含在備煤控制系統(tǒng)中。2 套PLC 控制系統(tǒng)共同完成卸煤、運煤、儲煤、配煤等系統(tǒng)的設備數(shù)據(jù)采集及自動控制。在綜合電氣室主控機房設置2 臺HMI 服務器，互為冗余。備煤系統(tǒng)PLC 主站設置在綜合電氣室3 層高低壓配電室，在B-2轉(zhuǎn)運站變電所（B-2 轉(zhuǎn)運站附近）和自動配煤電磁站（筒倉中部）設置遠程I/O 站，另外，為焦油渣及污泥輸送系統(tǒng)設置遠程I/O 站，PLC 主站通過總線與遠程I/O 通信，并考慮與智能馬達保護器的總線接口。

2.2.4 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡拓撲圖部分如圖3 所示，通過Industrial Ethernet 高速數(shù)據(jù)總線進行通信，通信速率≥100 MB/s。與原有控制系統(tǒng)之間通過硬接線或以太網(wǎng)通信式進行信號交接。由于本工程涉及多系統(tǒng)間通信，網(wǎng)絡通訊復雜，簡單來說共有三類通信方式。

（1）ABPLC 之間，倉頂卸料小車光纖接至交換機通過Ethernet/IP 以太網(wǎng)通信，與備煤系統(tǒng)PLC 通過MSG指令進行數(shù)據(jù)交互。見圖4。

（2）項目設有臨時搭接系統(tǒng)，是為確保不間斷生產(chǎn)，改造期間南煤場可以向二系統(tǒng)供煤，以及西側(cè)筒倉建成后輸出系統(tǒng)建成前可以向1#～6#焦爐供煤而新建的臨時設施。新系統(tǒng)AB1756-L73PLC 與老系統(tǒng)西門子PLC 通過Socket 端口開發(fā)程序進行TCP 通信。省去了第三方網(wǎng)關，經(jīng)濟高效且實測通信穩(wěn)定。見圖5。

圖5 Socket程序

（3）備煤ABPLC 與單體設備間（如馬達保護器）進行ModbusTCP通信。見圖6。

圖6 Modbus程序

2.3 主要控制功能

（1）電氣控制功能

使用Studio 5000 Logix 對單體設備進行模塊化編程設計，如故障處理模塊、單體設備啟停模塊。主程序通過調(diào)用單個子程序，實現(xiàn)模塊化編程。且對膠帶機重要連鎖點進行濾波處理，濾波模塊可以實現(xiàn)重復調(diào)用，高效簡潔，便于生產(chǎn)和維護。

對每個膠帶機進行外部故障判斷。連鎖停機點到達時，相應膠帶機停機。在故障判斷邏輯中加入了連鎖停機點切除和投入按鈕，實現(xiàn)生產(chǎn)不停機即可處理停機故障點。

每個膠帶機可以進行就地手動、遠程單動、遠程聯(lián)動三種啟停模式。遠程單動或遠程聯(lián)動過程中，若出現(xiàn)諸如急停、撕裂、重度跑偏、打滑等連鎖條件信號，膠帶機立即停止，實現(xiàn)膠帶機安全生產(chǎn)運行。另外，對可逆膠帶機進行特殊處理，在正轉(zhuǎn)延時后才允許反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)延時后才允許正轉(zhuǎn)，避免可逆膠帶機機械慣性損傷。

對模擬量輸入值進行DA 轉(zhuǎn)換，編寫模擬量HH、H、LL、L 報警程序。對皮帶秤輸煤量進行累積計算，累積量最高可達100 萬。在累積量達到最高值后實現(xiàn)自動清零，也可在HMI 畫面對累積量進行清零處理。

每條流程都能夠?qū)崿F(xiàn)膠帶機逆啟順停，一鍵啟動。在膠帶機流程運行后，若流程中間某一膠帶機故障停機，直接觸發(fā)其上游膠帶機停機。待故障膠帶機故障處理后，可以再次實現(xiàn)一鍵啟動。

（2）畫面功能

使用FactoryTalk View Studio 進行畫面編制?，F(xiàn)場采用服務器-客戶端模式（Client/Server），2臺服務器形成冗余系統(tǒng)，服務器主要用于過程數(shù)據(jù)的收集、存儲，控制數(shù)據(jù)的輸出等。工程師站用于系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試。通過工程師站組態(tài)軟件寫入組態(tài)畫面、數(shù)據(jù)記錄。5臺操作員站通過Client客戶端進行監(jiān)視操作。主畫面進行合理布局，在滿足基本功能需求的前提下，通過兩張主畫面：筒倉輸入系統(tǒng)、筒倉輸出系統(tǒng)展示出主要工藝流程，單體設備通過點擊彈窗顯示操作。同類畫面采用“參數(shù)”功能進行編制，實現(xiàn)模塊化調(diào)用。此外，制作出煤種選擇、煤種計量，筒倉料位信息等功能性畫面。將網(wǎng)絡拓撲圖也融合進畫面，方便對各個遠程站進行監(jiān)視故障處理。對于除塵系統(tǒng)，使用RSLinx Enterprise 進行通訊，畫面統(tǒng)一整合進筒倉控制系統(tǒng)。故障報警記錄、歷史趨勢等記錄進數(shù)據(jù)庫，并對重要操作信息如投切按鈕的使用也進行記錄。HMI 人性化，操作實用、安全。圖7-8 分別為筒倉輸入系統(tǒng)部分畫面及輸出料線選擇部分畫面。

圖7 筒倉輸入系統(tǒng)畫面

2.4 功能特色

目前的常規(guī)編程思路是利用PLC 梯形圖編寫輸送生產(chǎn)線自動控制邏輯。存在的問題是若輸送生產(chǎn)線擁有眾多且繁瑣的輸送流程，用PLC 梯形圖編寫自動控制邏輯，耗時、費力、糾錯性差以及可維護性差。

圖8 筒倉輸出料線選擇

筒倉項目組創(chuàng)新編程思路，將散狀物料輸送生產(chǎn)線上的若干條膠帶機看成一個“整體設備”，每條膠帶機的啟停步驟被看作為該“整體設備”順序控制的一個“步”。在Studio 5000 Logix 運用SFC 工具對主要送煤流程進行編制。引進SFC（順序功能圖）的編程理念，按照“步”的執(zhí)行順序和轉(zhuǎn)換條件，逐“步”編出所有控制邏輯。以上編程理念，將復雜的邏輯編寫過程轉(zhuǎn)化為的“繪畫”過程，從而實現(xiàn)高效、快速地編寫控制邏輯。見圖9。

圖9 SFC流程編程

HMI 制作時使用參數(shù)功能，對同類畫面模塊化處理調(diào)用，節(jié)省了大量編制時間。并針對本項目通信情況多且復雜的情況，程序編制“心跳信號”，畫面對新老系統(tǒng)、機電一體化系統(tǒng)、以及各個遠程站的通信狀態(tài)進行實時監(jiān)測顯示，方便判斷處理突發(fā)故障。

3 應用效果

筒倉控制系統(tǒng)應用于某鋼鐵公司新建筒倉工程中，由于運用創(chuàng)新的編程思路，在現(xiàn)場調(diào)試階段，節(jié)省了筒倉項目調(diào)試時間，實現(xiàn)了筒倉項目安全、可靠的運行。筒倉工程自動控制系統(tǒng)遵循實用、經(jīng)濟、有效、有利控制產(chǎn)品質(zhì)量、確保安全生產(chǎn)、性價比高的原則，在滿足工藝要求和使用功能的前提下，做到了節(jié)省成本、系統(tǒng)穩(wěn)定、HMI 人性化，操作實用、安全，減少了運行操作人員，促進了公司智能化經(jīng)營。［2］

4 總結(jié)

筒倉控制系統(tǒng)滿足了高度智能化、高效率、高精度的清潔化配煤生產(chǎn)要求，系統(tǒng)運行至今安全穩(wěn)定，便于維護。畫面簡潔明了、方便操作、功能完善，獲得業(yè)主的一致認可。筒倉控制系統(tǒng)安全、可靠，模塊化編程，可廣泛應用于鋼鐵冶金企業(yè)散狀物料（煤粉、礦石等）輸送生產(chǎn)線。