P L C技術(shù)在選煤廠生產(chǎn)過程自動(dòng)化中的應(yīng)用淺議

上海大屯煤電公司姚橋選煤廠 劉成敏

P L C技術(shù)在選煤廠生產(chǎn)過程自動(dòng)化中的應(yīng)用淺議

上海大屯煤電公司姚橋選煤廠 劉成敏

隨著科技的發(fā)展，在選煤廠生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制中，PLC技術(shù)得到很好的應(yīng)用。PLC控制系統(tǒng)的使用實(shí)現(xiàn)全廠實(shí)時(shí)監(jiān)控，提升選煤廠的監(jiān)控系統(tǒng)可靠性。本文首先對PLC技術(shù)進(jìn)行簡單介紹，之后針對其應(yīng)用以及設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)說明。

PLC技術(shù)；選煤廠；應(yīng)用

前言

選煤廠的生產(chǎn)系統(tǒng)對礦井采出的原煤進(jìn)行篩選，對原煤進(jìn)行分級送入相應(yīng)的儲煤倉，之后進(jìn)行裝車出售。這一生產(chǎn)過程工序復(fù)雜，設(shè)備保護(hù)以及電器閉鎖復(fù)雜，隨著市場不斷拓展，對于控制系統(tǒng)的要求更加嚴(yán)格，所以PLC技術(shù)的優(yōu)勢在選煤廠生產(chǎn)過程自動(dòng)化中得到很好的體現(xiàn)。

1 PLC技術(shù)介紹

1.1 PLC的一般定義

在PLC的生產(chǎn)過程中，為了使其標(biāo)準(zhǔn)化，國際電工委員會(huì)頒布了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)草案，對其進(jìn)行準(zhǔn)確的定義，“可編程控制器”也就是一種數(shù)字運(yùn)算的操作系統(tǒng)。它設(shè)計(jì)的意義在于工業(yè)上的應(yīng)用，所采用的存儲器可執(zhí)行編程操作，同時(shí)能夠?qū)τ脩舭l(fā)布指令，通過數(shù)字或者對輸入輸出進(jìn)行模擬，對不同的機(jī)械以及生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。可編程的控制器和其他相關(guān)設(shè)備，進(jìn)行連接時(shí)候都遵循便于工業(yè)控制的原則，在設(shè)計(jì)上要把易于功能擴(kuò)充作為設(shè)計(jì)原則。

總之，可編程控制器就是一臺計(jì)算機(jī)，是一臺為了工業(yè)生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。它具有多個(gè)輸入、輸出接口，驅(qū)動(dòng)能力比普通計(jì)算機(jī)強(qiáng)。但是這一控制器并不是針對某一行業(yè)而特別設(shè)計(jì)的，在應(yīng)用過程中要根據(jù)實(shí)際情況對配置進(jìn)行選擇，之后根據(jù)相關(guān)的控制要求完成軟件的編制。

1.2 PLC的基本特點(diǎn)

目前可編程序控制器在控制方面的應(yīng)用廣泛，傳統(tǒng)所使用的是微型計(jì)算機(jī)以及集散控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸被淘汰，可編程序控制器的應(yīng)用數(shù)量顯著上升，這都取決于PLC的自身優(yōu)勢。

對于可編程序控制器來說，其特點(diǎn)體現(xiàn)在五個(gè)方面，第一，編程方法簡單，在PLC中通常都配備著對于初學(xué)者來說容易接受的梯形圖語言，梯形圖語言所使用的相關(guān)表達(dá)方式通常接近于繼電器電路原理圖，對于PLC來說，只需要簡單的20條指令就能對繼電器進(jìn)行控制。第二，配件齊全，使用便捷，PLC通常都有配套的硬件裝置，用戶可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行選擇，使用時(shí)不需要自己進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)以及制作，在接線安裝時(shí)候，只需要通過端子來連接線路即可完成。第三，PLC具有良好的通用性能，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，PLC的設(shè)計(jì)具有模塊化的特征，能靈活地進(jìn)行硬件的配置，用戶可進(jìn)行不同的組合，在確定好相關(guān)配置之后，只需要簡單的對程序進(jìn)行修改就可以應(yīng)用于生產(chǎn)。第四，PLC的可靠性好，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，在PLC技術(shù)中，用軟件替代了繼電器中的缺陷部分，同時(shí)還考慮到抗干擾技術(shù)的應(yīng)用。第五，系統(tǒng)投入使用前準(zhǔn)備工作簡單，PLC技術(shù)中軟件的應(yīng)用使得其在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試中的工作量減少。

2 PLC控制在選煤廠自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用

2.1 選煤廠生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)

對選煤廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，通常來說包括動(dòng)篩車間、原煤儲存系統(tǒng)、主洗車間、壓濾車間、裝車系統(tǒng)等幾部分。PLC集中控制以及上位監(jiān)控工業(yè)計(jì)算機(jī)共同組成選煤廠的集中控制系統(tǒng)。通過工業(yè)控制總線，把控制主站、控制分站及各現(xiàn)場I/O分站連接成一個(gè)現(xiàn)場的控制網(wǎng)絡(luò)。借助以太網(wǎng)控制主站、控制分站與上位監(jiān)控工業(yè)計(jì)算機(jī)共同構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

在選煤廠中應(yīng)用PLC集中控制系統(tǒng)，使得生產(chǎn)設(shè)備的集中控制變成現(xiàn)實(shí)，同時(shí)還能夠?qū)?shù)進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)節(jié)。選煤廠的生產(chǎn)過程和關(guān)鍵參數(shù)通過上位監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行顯示，通產(chǎn)使用的顯示方法有圖形、數(shù)字、報(bào)表等，上位監(jiān)控系統(tǒng)還充當(dāng)人機(jī)接口的角色，對全廠進(jìn)行相關(guān)的控制操作。PLC系統(tǒng)采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)直接由上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行讀取，之后作出相應(yīng)的加工處理，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對其進(jìn)行描述，之后對每一系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行具體情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，實(shí)現(xiàn)對各項(xiàng)信號指標(biāo)的實(shí)時(shí)顯示，例如液位、煤倉煤位等。

2.2 控制網(wǎng)絡(luò)分布

利用PLC作為集中控制的核心，能夠?qū)LC超強(qiáng)的控制功能以及調(diào)節(jié)功能進(jìn)行合理利用，同時(shí)在應(yīng)用過程中，結(jié)合遠(yuǎn)程控制技術(shù)、現(xiàn)場儀表、工業(yè)電視等共同構(gòu)建起一套完整的全方位網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。

在動(dòng)篩車間的配電室中設(shè)置PLC控制總站，在原煤儲存?zhèn)}下的轉(zhuǎn)載點(diǎn)配電室中進(jìn)行I/O分站的設(shè)置，在每一個(gè)原煤儲存?zhèn)}上的配電室中也都有I/O分站的設(shè)置。除此之外，在洗塊煤倉上配電室和產(chǎn)品倉上配電室中也都設(shè)置有I/O分站。借助PLC現(xiàn)場總線對控制主站與I/O分站進(jìn)行控制，這就在現(xiàn)場形成了控制局域網(wǎng)，從而使得動(dòng)篩系統(tǒng)的自動(dòng)化控制成為現(xiàn)實(shí)。在原煤汽車裝車點(diǎn)的控制室中配備有觸摸屏，能夠?qū)υ浩囇b車系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在裝車站的再點(diǎn)配電室、洗塊煤倉下配電室以及產(chǎn)品倉下配電室分別設(shè)置I/O分站，借助PLC現(xiàn)場總線完成連接，建立起有效的現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在塊煤汽車裝車點(diǎn)的控制室安裝觸摸屏，對裝車系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，把轉(zhuǎn)載點(diǎn)的PLC控制分站與裝車控制室的主機(jī)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)對裝車系統(tǒng)的現(xiàn)場總線控制。

在壓濾車間的配電室中進(jìn)行PLC控制分站的設(shè)置，每臺壓濾機(jī)都配有單獨(dú)的自動(dòng)化控制柜。利用PLC現(xiàn)場總線把壓濾車間的控制分站與每臺壓濾機(jī)的控制柜進(jìn)行連接，達(dá)到對現(xiàn)場進(jìn)行控制的目的。在壓濾設(shè)備控制室中，設(shè)置相應(yīng)的控制臺并配備觸摸屏，讓壓濾車間滿足自動(dòng)化集中控制的要求。

對于主廠房來說，控制系統(tǒng)與設(shè)備成套安裝，在主調(diào)度室中安裝上位機(jī)。通過PLC現(xiàn)場總線對各個(gè)主站以及分站進(jìn)行連接，組成完整的控制網(wǎng)絡(luò)，連鎖控制得到實(shí)現(xiàn)。在主控室中，設(shè)置有對動(dòng)篩選以及主廠房系統(tǒng)的上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)，能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行集中控制。對于裝車系統(tǒng)以及壓濾車間，能夠?qū)崿F(xiàn)對主要設(shè)備的集中控制。

通過TCP/IP以太網(wǎng)和調(diào)度室中的上位機(jī)對每個(gè)車間的PLC控制站進(jìn)行連接，構(gòu)成全廠的生產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。將其與信息管理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，作為信息網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)之一，能夠?qū)崿F(xiàn)信息資源共享。在主集控室中，利用TCP/IP以太網(wǎng)連接礦井調(diào)度室。

2.3 控制方式

在PLC控制系統(tǒng)中，監(jiān)控室計(jì)算機(jī)的集中操作和分站操作接口分別進(jìn)行獨(dú)立操作，操作人員需要對所使用的運(yùn)行系統(tǒng)以及控制形式做出選擇，保證計(jì)算機(jī)的單臺啟動(dòng)順利實(shí)現(xiàn)。對于PLC控制系統(tǒng)來說，總控制功能通過每一個(gè)分項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)而實(shí)現(xiàn)。

第一，啟動(dòng)預(yù)告功能。在系統(tǒng)正式啟動(dòng)之前，設(shè)備需要進(jìn)行相應(yīng)的啟動(dòng)預(yù)告，通常采用的方式有笛、鈴和語音，通過這種方式發(fā)出設(shè)備的啟動(dòng)預(yù)告，提醒現(xiàn)場的工作人員注意工作安全。第二，設(shè)備禁止啟動(dòng)功能。在系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)預(yù)告之后，如果監(jiān)控系統(tǒng)接收到由現(xiàn)場發(fā)出的禁止啟動(dòng)信號，那么設(shè)備不能啟動(dòng)，如果沒有該信號發(fā)出，按照逆煤流順序完成給設(shè)備啟車。第三，啟動(dòng)/暫停功能。在設(shè)備啟動(dòng)過程中，如果存在設(shè)備故障或者禁止啟動(dòng)的情況，那么系統(tǒng)會(huì)立刻暫停啟動(dòng)，對來煤設(shè)備進(jìn)行閉鎖，以此延時(shí)，在延時(shí)的過程中，啟動(dòng)完成的設(shè)備不停，如果排除故障耗時(shí)較短，則繼續(xù)完成設(shè)備啟動(dòng)工作。第四，事故處理功能。在設(shè)備運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)設(shè)備故障，從故障設(shè)備到煤源側(cè)設(shè)備要馬上停止運(yùn)行，后續(xù)設(shè)備在煤運(yùn)完之后停止運(yùn)行。如果故障較為簡單，現(xiàn)場的工作人員就可以完成故障維修，那么停止運(yùn)行的設(shè)備自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，其他設(shè)備正常運(yùn)行即可。第五，診斷功能。對于PLC系統(tǒng)來說，自身都配有綜合診斷功能，能夠?qū)芏喙收线M(jìn)行正確識別，并自動(dòng)對故障原因進(jìn)行報(bào)告，例如線路斷線、模塊配置錯(cuò)誤等故障。第六、網(wǎng)絡(luò)功能。遠(yuǎn)程I/O體系是PLC與I/O之間最常使用的結(jié)構(gòu)，這種遠(yuǎn)程系統(tǒng)能夠在配電室和配電點(diǎn)進(jìn)行I/O設(shè)置，有效減少電纜的使用，從而實(shí)現(xiàn)降低干擾的目的，對系統(tǒng)的布線方式進(jìn)行優(yōu)化。第七，通訊功能。PLC系統(tǒng)具有強(qiáng)大的通訊功能，能夠?qū)崿F(xiàn)直接通訊、高速對等通訊等功能，系統(tǒng)的通訊結(jié)構(gòu)非常簡單，同時(shí)又具有很好的使用性能，讓計(jì)算機(jī)和控制器之間的聯(lián)系變得更加緊密，數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。第八，集控功能。在PLC控制系統(tǒng)中，工作方式分為集中、就地、試驗(yàn)三種形式。其中，集中和就地能夠完成系統(tǒng)運(yùn)行中的在線切換，試驗(yàn)方式通常用作軟件的調(diào)試。第九，圖形顯示器功能。利用不同的顏色來表示設(shè)備流程圖中設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)還能對煤位、水位等進(jìn)行顯示，并表示其變化趨勢。

3 生產(chǎn)過程控制及保護(hù)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)

參照工藝及自動(dòng)化設(shè)計(jì)規(guī)范，選煤廠生產(chǎn)過程中的設(shè)備啟停分為兩種方式，自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，為了后期易于設(shè)備維護(hù)，還加入檢修工作環(huán)節(jié)。當(dāng)系統(tǒng)處于正常的運(yùn)行狀態(tài)中，設(shè)備保持自動(dòng)工作，操作員對工作設(shè)備進(jìn)行選擇，選擇工作通路，下達(dá)啟動(dòng)指令，這時(shí)全廠進(jìn)入自動(dòng)生產(chǎn)狀態(tài)。如果生產(chǎn)過程中只使用部分工藝路線，那么需要進(jìn)行手動(dòng)開車，每條分工藝路線通過這種方式進(jìn)行單獨(dú)的生產(chǎn)工序。在生產(chǎn)過程中，自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式能夠進(jìn)行自由切換。

3.1 生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，選煤廠的設(shè)備必須按照一定的順序進(jìn)行開啟，常用的開啟方向是逆煤流和逆研石流，同樣停車通常按照順煤流和順研石流方向完成，啟動(dòng)與停止都是閉鎖作業(yè)，如果操作順序不當(dāng)則無法完成啟停作業(yè)。在進(jìn)行自動(dòng)作業(yè)時(shí)，通過延時(shí)的方法來錯(cuò)因?yàn)樵O(shè)備帶動(dòng)電機(jī)而產(chǎn)生的開尖峰電流，以此來減小電網(wǎng)受到的沖擊。在停車時(shí)，也預(yù)留足夠的延時(shí)，保證設(shè)備上沒有物料剩余，為下一次作業(yè)做好準(zhǔn)備工作。

3.2 單機(jī)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)規(guī)范中，有些設(shè)備需要具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，例如生產(chǎn)水泵、淘汰機(jī)等，為了降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，這一類設(shè)備都配備有獨(dú)立控制器，能夠完成閉環(huán)控制，之后再參與到系統(tǒng)自動(dòng)化生產(chǎn)中。在聯(lián)絡(luò)方式的選擇上，要能夠?qū)崿F(xiàn)信號的實(shí)時(shí)傳遞，所以一般采用1/0聯(lián)絡(luò)方式，現(xiàn)場所使用的儀表訊號都使用0-24V直流模擬量完成信號傳輸。

3.3 檢修方式的實(shí)現(xiàn)

檢修方式是一種異常的工作狀態(tài)。為了讓設(shè)備調(diào)試更加簡便，在檢修狀態(tài)中，設(shè)備的閉鎖處于解除狀態(tài)，通常設(shè)備旁邊都設(shè)置有啟停按鈕，為設(shè)備的切換以及檢修提供便利。在這種情況下，先利用備用設(shè)備維持生產(chǎn)運(yùn)行，把需要進(jìn)行檢修的設(shè)備替換下來，完成檢修工作之后再恢復(fù)使用。如果檢修工作沒有按照規(guī)定流程進(jìn)行，那么閉鎖將發(fā)揮作用，操作不能進(jìn)行。

3.4 保護(hù)的分類

為了讓生產(chǎn)安全進(jìn)行，在選煤廠進(jìn)行了不同等級的報(bào)警裝置，同時(shí)配備有保護(hù)設(shè)施。對于膠帶機(jī)的輕跑偏等情況，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號，對于膠帶機(jī)的重跑偏等情況，在發(fā)出報(bào)警信號的同時(shí)還會(huì)進(jìn)行緊急停車，防止安全事故的發(fā)生。

4 結(jié)束語

綜上，PLC技術(shù)在目前工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到很好的應(yīng)用。隨著社會(huì)的發(fā)展，煤炭的使用數(shù)量與日俱增，而選煤廠的工藝生產(chǎn)過程非常復(fù)雜，所以在其生產(chǎn)自動(dòng)化中PLC技術(shù)的使用效果非常良好，PLC技術(shù)的優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)了選煤廠各傳動(dòng)裝置的集中控制，對故障進(jìn)行報(bào)警以及自動(dòng)處理。

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[3]楊興國,費(fèi)敏銳,劉麗．PLC在天然氣田設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．機(jī)電一體化,2001,6(4)．

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