西門子PLC在選煤廠集中控制中的應用

曹 山

摘要 以西門子自動化設備及軟件為基礎，分析新疆焦煤集團選煤廠工藝的特點和需求，應用了適合該廠實際生產需求的選煤廠生產管理集中控制系統。該系統實現對現場信息的采集處理、設備解閉鎖控制、啟停控制等功能，并組態上位機監控界面，實時反映現場設備的運行狀況，提高了決策及指揮生產管理。

關鍵詞 S7-400 S7-300 PLC 選煤廠集控 新疆焦煤集團選煤廠設計為重介+浮選聯合工藝流程，年原煤入洗能力270萬噸，分為一套、二套工期建設。一套設計原煤人洗量120萬噸，建于2005年。二套設計原煤人洗量150萬噸，建于2008年。

一、選煤廠生產工藝對集中控制系統的要求

選煤工藝特點是環節多，程序復雜、采用了大量的機械設備，一般均為連續生產，不能單獨開某一臺設備進行生產，在生產正常運行中設備之后的任何一臺設備的突然停車，都將會造成堆煤、壓設備、跑水等現象，引起事故，因此集中控制系統要求較高。一套設計設備共180余臺，其中80余臺主要工藝設備均納入集控系統，由集控室調度員實施集中控制，其他設備作為現場就地操作集中監視。根據選煤廠特點及要求，將全廠各車間并入一個集中控制系統，統一管理。一套集控分為4個控制系統：原煤準備系統、中煤矸石排料系統、重介主選系統、濃縮壓濾尾煤系統。二套設計設備共80余臺，其中60余臺主要工藝設備均納入集中控制，設一個控制系統。其中一、二套公用原煤準備系統、中煤矸石排料系統。

1.集控控制的要求。（1）集控系統具有集中和就地兩種控制方式，集中方式用于正常生產，就地控制方式用于檢修、試車，要求各設備全可能實現就地、遠方集控啟停功能。（2）集控系統設有啟、停車預告信號，設備故障報警信號及緊急停車信號。（3）現場操作人員可以解除設備的運行，以免造成人員傷亡及減少故障損失。（4）起車過程、運行過程和停車過程原則上設備按逆煤流閉鎖，凡因可能造成設備故障或因設備急停造成堵料、跑冒使車間環境惡化的，即除本臺設備故障可立即停車外，其他設備也立即閉鎖停車。并對各主要設備的運行狀態進行閂動檢測，實現設備的故障自動診斷和保護，從而提高選煤生產效率

2.集控系統功能。集控系統把全廠的設備運行狀態進行集中監控，各分站輸入、輸出點（AI、AO、DI、DO）將設備的開、停、故障等數字量信號引入PLC，并通過現場總線傳送到集控室，實現對設備狀態的監視，同時備用將來新增設備納入到集控系統中來的模塊。為提高系統的監測功能，除對主要的生產設備檢測，還增加一些包括過載、堵塞、皮帶的跑偏等的檢測。通過對系統監測，使得系統中可能出現的故障點都有了反饋信號。因此，對于系統中的故障，集控系統可以準確、快速地檢測出故障設備點和保護動作位置。模擬量過程控制主要用于工藝過程參數的檢測及控制，如精煤灰分、密度、液位等，用來監視和控制產品的質量。

二、設備選型

根據要求，一套用西門子S7-400、二套用西門子S7-300系列的PLC。根據選煤廠的特點，將PLC分成5個站，各自獨立的I/O分站安裝在受控設備的低壓配電室內，可節省大量的控制電纜、縮短電纜路徑、減少施工量、降低工程成本。設備選型見表1。

三、控制方案

l.系統總體方案。把全廠的設備分為五個集中的站點，二主站三從站。主站放在一、二期主洗配電室，從站放在較遠現場配電室，采用安全可靠的工業總線和上位機相連進行通訊，可以滿足數據的實時監控和操作。

2.設備控制方案。在每個參控設備控制電路中串入就地控制箱，在正常生產是，控制箱打到“自動”，可實現遠程啟動，檢修時打到“就地”，可實現設備的就地啟動，為增加生產的安全性，集控和就地停止的控制繼電器串聯，這樣控制是調度員和操作人員都可以在發現設備故障時停止設備運行。

3.人機界面設計。組態軟件WinCC作為上位機監控界面設計的軟件平臺，如圖l所示。根據全場設備的布置要求，工藝流程實現一屏設計，大屏圖形顯示各臺設備正常運行和事故狀態的顯示反差明顯，易于判斷，便于調度操作人員對全廠設備運行狀態的監視和操作。見圖l。

四、電動機控制原理

一、二套系統的所有電動機采用各閂統一的控制原理和統一接線方案，以利于安裝和維護，輸入輸出點均直接與PLC相連，而沒有互連。舉個簡單的例子，一臺設備的啟、停按鈕和接觸器線圈這三個元件，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，這三個元件本身沒有直接的電氣聯系，它們之間的邏輯控制關系是通過軟件程序實現的。

1.-套電動機控制原理。一套每臺電動機現場就地控制箱為一臺，有轉換開關一個，手動、閂動、禁啟、急停、啟動、停止六個控制信號進入PLC，PLC輸出有兩個運行、故障信號，集中控制有啟動、停止兩個命令。電動機二次控制原理見圖2。

圖3-套電動機梯形圖

3.二套電動機控制原理。二套每臺電動機現場就地控制箱為一臺，一個轉換開關，有禁啟、運行、啟動三個控制信號進入PLC，PLC輸出有兩個運行、故障信號，集中控制有三個集控、啟動、停止命令。只有集控觀察到現場控制箱撥鈕狀態在運行位置，才具備開機條件。電動機二次控制原理見圖4。

五、結束語

利用先進的科學技術，提高選煤廠閂動化水平，是綜合利用資源、節約能源和環境保護的有效途徑，實現了生產管理自動化，提高了勞動生產率，降低了勞動強度，改善了工人的工作環境，加強了管理層對生產過程的監督和控制，提升了整體的管理水平。