選煤廠生產中PLC集控系統研究

王世彪

（山西凱嘉能源集團煤銷分公司選煤廠,山西介休 032000）

0 引言

煤礦的選煤過程工藝復雜，設備多樣且集中程度高，電機拖動技術以其操作方式簡單、生產過程連續的優勢，在選煤生產中有著廣泛的應用。但是多樣且集中的設備，控制過程繁雜、啟動、停車時間較長，嚴重制約著生產效率。為此，需要對選煤設備進行集中控制。山西凱嘉能源集團煤銷分公司選煤廠采用較先進的大型PLC 系統并與各種在線監測儀器配合使用，大大提升了生產率，優化了生產工藝，提升了商品煤的各項經濟指標。最重要的是方便了生產調度和管理，能及時準確地發現和排除故障，大幅度降低設備故障率。

選煤廠生產控制系統主要由3 部分組成：集中控制系統、重介選洗系統和閉路監控系統。整個生產控制系統的控制主機是西門子S7-300，通過與原煤動篩系統、密度控制系統聯接形成局域網，同步共享各類數據。其中集控系統通過以太網與控制主機實現信息交互，最終通過工業計算機的運算在集控室內實現對選煤廠生產系統的控制。

1 集中控制系統方案及功能實現

根據控制系統的發展趨勢并參照經過實際運行的控制系統的運行方式，集控室選用2 臺工業計算機完成選煤廠生產系統（包括重介質密度調節系統）的監控。

生產系統監控系統主機采用基于PC 的硬盤錄像設備。該設備具有傳統模擬錄像設備不具備的優勢，能進行數字化存儲，克服了傳統錄像設備以時間日期為檢索方式、長時間錄像不易保存等問題。此外，基于PC 機的VMR 硬盤錄像設備還具備一大優勢，可將視頻儲存成標準形式，并進行處理，實現長時間錄像、隨時回放、實時預覽。而且基于TCP/IP 的網絡互連，擴展能力強，組態化的硬件配置，實現對攝象機、外部設備的控制。并且（授權的）計算機信息管理系統的終端能通過局域網控制攝像機和云臺。控制室8 臺彩電1 對1 顯示生產現場的工況而不用切換畫面。現場設立2 個彩色攝像機，主要崗位安裝全方位云臺。集中生產監控系統與信息管理層的信息交互通過以太網實現，系統軟件通過數據庫和現場設備層局域網進行數據共享，實現遠程監視，遠程監視只能訪問現場數據，不能進行報警確認和過程修改設置。

PLC 是專門設計用于工業化現場控制的邏輯控制器件，核心為CPU，能進行編程、存儲、運算，又可以進行指令的輸入、輸出。其中PLC 軟件系統包括系統程序和用戶程序。前者已存入PLC 系統存儲器中，用戶不能進行讀寫和更改，這些程序主要是系統診斷程序、輸入程序等。用戶程序是使用人員根據功能需求所編寫的程序。本集中控制系統以西門子S7-300 作為主控機進行設計開發。

1.1 集中控制系統基本結構

選煤廠生產控制系統的基本網絡結構分為3 層：控制層、信息層以及現場設備控制層。見圖1。

選煤生產的過程控制系統與整個廠區的管理系統互聯互通，尤其在數據交接、數據共享方面，實現測量、控制與管理的一體化設計。最為核心的是中間控制層，也是主控制層，該層最主要的工作是實現數據的采集和處理，并將生產過程中的各種數據集中送至中央處理器，并通過各種監控軟件和PLC 內部程序完成各設備控制模塊的數據統計、分析以及功能計算。最終實現對選煤生產工藝的連續保護和整個生產過程的監控。系統網絡最底層是現場控制層，也叫做設備控制層，主要通過相互獨立的PLC 與現場的各類設備、輸入輸出端子、各類現場儀表進行通信。

圖1 集中控制系統網絡結構

1.2 集控子系統

集中控制系統通過各個子系統組合實現，本廠搭建的集中控系統分為：上位機監控中心、PLC 主站、PLC 從站、現場終端設備和工程師站。其中上位機監控中心位于中控室，負責整個系統的監視和控制。工程師站對系統進行實時查看，并及時修正系統，現場終端實現對生產設備和人員的監視，保證生產安全性與穩性定。PLC 集控系統配置見圖2。

2 集中控制系統設計原則和功能

圖2 PLC 集控系統配置關系

生產過程集中控制系統可在主界面上模擬整個生產工藝流程，該控制系統分為四大模塊，分別是原煤系統、原煤粉碎系統、篩分系統以及主洗系統。其中主洗系統包括重介分選系統、加壓過濾系統以及濃縮系統。主要控制模式有集中控制和就地控制兩種，集中控制主要用于生產過程，就地控制用于檢修，通過系統搭建實現二者之間的無擾動切換。通過以上原則建立的集中控制系統具有以下功能：

（1）緊急停車功能。在集中控制模式下，當設備處于逐臺啟車模式或者按照逆煤流方向啟車時，需要按照順煤流方向停車，無論是怎樣的啟停順序，在啟動和正常運行過程中，各臺設備之間都有電氣連鎖，在非常情況下，中控室可以實現緊急停車。

（2）無論采用哪種控制系統都能實現就地停車。集控模式下，參與集控的各設備不能就地開車，要實現開車需要提前通過控制室向現場發送開車命令。經過一段時間，調度員操作啟車，同時系統中的各臺設備已經按照閉鎖關系和時間順序的邏輯命令實現啟車，并通過系統網絡向現場發送預警信號，實現系統啟車過程。但中控室可以撤銷終止。一旦設備發生故障，系統就會報警，對于影響設備安全和操作人員安全的事故在報警的同時還會停車。需要指出的是，在現場層設備允許的情況下均可以在中控室實現遠程單臺車啟停。

（3）選煤生產過程中主洗配電室內設有PLC 主站和PLC 控制遠程站，其中篩分配電室內設有現場控制箱，操作人員可以在就地狀態下通過控制箱上的按鈕實現設備的啟停；當系統集中控制運行時，現場控制箱除停車按鈕外其他按鈕將處于無效狀態，現場操作人員可以實現來煤方向上的連鎖停車。其中平帶輸送機設置有拉線開關以及跑偏開關，供現場操作人員使用。

（4）集中控制系統主控室內配備2 臺互為備用的計算機，保證系統全自動開車，實現人機共同操作，保證現場多臺設備的自動化操作，大大提升工作效率，減少人員參與，保證一線設備的有序啟停，有效降低人員的投入和人為因素導致的失誤，大大減輕了工人的勞動強度，為實現全面自動化墊定了基礎。

3 結語

結合選煤廠生產過程的集中控制系統，可以實現在中控室內對各個設備控制層的監視和控制，并利用軟件實現系統監控、程序調試和編程，大大降低了選煤設備的維護頻次，并可以提前識別設備故障，降低維修工作量。

通過PLC 技術的深入使用，進一步優化了洗煤工藝以及系統的控制能力，大大提升了選煤效率，保證了生產的安全性和設備的可操作性，為企業高效安全發展奠定基礎。