基于無線通信的選煤廠集中控制系統(tǒng)

白耿耿

摘要：隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，PLC控制系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，特別是在煤礦選煤系統(tǒng)中PLC控制系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。許多中大型選煤廠考慮到煤炭洗選過程存在的振動(dòng)和噪聲問題，普遍將集控室與洗選車間獨(dú)立布置。由于煤炭洗選工藝過程復(fù)雜、洗選設(shè)備較多且分散，一般使用有線傳感器采集各處設(shè)備的數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)信號線纜和數(shù)據(jù)交換機(jī)接入全廠集中控制系統(tǒng)。因此，在選煤廠基建過程中現(xiàn)場布線施工量大，且后期在選煤廠惡劣的生產(chǎn)環(huán)境下，存在電纜損壞率高、檢修維護(hù)不方便的技術(shù)問題。

關(guān)鍵詞：選煤廠；無線通信；集中控制；CP340通信模塊；數(shù)傳電臺；PLC

引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷在煤炭行業(yè)的研究與應(yīng)用，我國選煤廠不斷向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的中大型選煤廠發(fā)展。PLC控制系統(tǒng)對煤礦選煤設(shè)備傳動(dòng)裝置可進(jìn)行有效地集中控制，同時(shí)對選煤設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)能夠自動(dòng)報(bào)警及自動(dòng)應(yīng)急處理，對設(shè)備實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，可準(zhǔn)確采集煤礦選煤廠工藝信息及相關(guān)參數(shù).

1選煤廠集中控制系統(tǒng)概述以及PLC優(yōu)勢

首先是系統(tǒng)概述選煤廠集中控制系統(tǒng)大多采用可編程序控制器（PLC）為主要控制元件實(shí)現(xiàn)集中控制，該系統(tǒng)最為核心的控制環(huán)節(jié)為PLC，利用鑲嵌式模擬屏對設(shè)備具體運(yùn)行狀況給予動(dòng)態(tài)顯示。PLC技術(shù)的運(yùn)用具有諸多的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在形象直觀、經(jīng)濟(jì)實(shí)用以及可視性好等方面。選煤廠集中控制系統(tǒng)當(dāng)中運(yùn)用PLC不但能夠?qū)ζ渲匾獎(jiǎng)恿υO(shè)備給予集中控制，并對其運(yùn)行狀況給予集中監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障自動(dòng)處理以及報(bào)警功能。除此之外，能夠?qū)θ珡S部分關(guān)鍵工藝參數(shù)完成采集，并給予動(dòng)態(tài)展示。同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)與重介質(zhì)密度自動(dòng)控制系統(tǒng)的信號聯(lián)絡(luò)以及數(shù)據(jù)傳輸。其次是選煤廠集中控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，一是可靠性高PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其在選煤廠生產(chǎn)過程中主要以機(jī)架為單位，具有安裝簡單、調(diào)試便捷、少維護(hù)等特點(diǎn)，同時(shí)其能夠在較為惡劣的電磁干擾環(huán)境當(dāng)中使用，所以，PLC在選煤廠集中控制系統(tǒng)當(dāng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。二是PLC編程語言功能強(qiáng)大PLC能夠利用梯形圖、功能塊圖、順序功能圖、結(jié)構(gòu)化文本、指令表等形式完成編程，其語言較為簡單，尤其是梯形圖編程，與選煤廠電氣原理基本相同，因此，電氣工作人員能夠快速掌握。PLC在選煤廠集中控制系統(tǒng)當(dāng)中利用編程完成邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等內(nèi)容。

2選煤廠集中控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

選煤廠集中控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀主要涉及以下幾個(gè)方面：首先是PLC控制系統(tǒng)方面的發(fā)展所謂的PLC控制系統(tǒng)，其實(shí)就是一種可以編程的控制器，現(xiàn)在所經(jīng)常說的PLC控制系統(tǒng)大致上是有三個(gè)較常用的層面，一個(gè)是監(jiān)控層，然后是現(xiàn)場設(shè)備，最后是PLC控制層，通過相關(guān)工作人員不斷的研究，最后得到了一些極有用的總結(jié)，所以不難發(fā)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成是非常靈活的，PLC的模擬量和開關(guān)量對舊設(shè)備和各種非智能設(shè)備的控制起著十分重要的作用。其次是工業(yè)電視系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r為了使控制人員能夠?qū)崟r(shí)觀察和控制選煤廠中所有設(shè)備的運(yùn)行，提高集中控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率，在選煤廠的每個(gè)位置安裝高清攝像機(jī)是很必要的。

3無線通信系統(tǒng)

無線通信系統(tǒng)由通信模塊CP340、上傳和下傳數(shù)傳電臺組成。上位機(jī)與S7-300PLC總站通過工業(yè)以太網(wǎng)通信，采用TCP/IP通信協(xié)議，S7-300PLC總站與ET200M分布式I/O分站之間的通信則通過CP340通信模塊與數(shù)傳電臺通信來實(shí)現(xiàn)，采用Modbus通信協(xié)議。無線通信系統(tǒng)完成下位機(jī)S7-300PLC總站和ET200M分布式I/O分站之間的數(shù)據(jù)傳輸，為選煤廠廠區(qū)搭建無線局域網(wǎng)絡(luò)平臺。通過編程實(shí)現(xiàn)S7-300PLC總站和ET200M分布式I/O分站之間的無線通信，S7-300PLC總站向ET200M分布式I/O分站發(fā)送７byte的數(shù)據(jù)，然后接收并存儲ET200M分布式I/O分站返回的６byte數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)無線通信。其中，S7-300PLC總站發(fā)送的７byte數(shù)據(jù)中，第１byte數(shù)據(jù)是地址信息，第２，３，４byte數(shù)據(jù)是需要傳送的控制數(shù)據(jù)信息，第５，６byte數(shù)據(jù)是第１，２byte和第３，４byte數(shù)據(jù)的異或值，作為校驗(yàn)判斷信息，第７byte數(shù)據(jù)為字節(jié)數(shù)據(jù)信息，無意義，僅僅是為了觸發(fā)一次ET200M分布式I/O分站的字符接收中斷程序。ET200M分布式I/O分站向S7-300PLC總站發(fā)送的６byte數(shù)據(jù)中，第１byte數(shù)據(jù)是ET200M分布式I/O分站的站地址信息，第２，３，４byte數(shù)據(jù)是ET200M分布式I/O分站采集的外部信號狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，第５，６byte數(shù)據(jù)為校驗(yàn)信息。S7-300PLC總站采用輪詢方式與ET200M分布式I/O分站通信，即第１ｓ內(nèi)向主廠房I/O分站發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收主廠房I/O分站返回的數(shù)據(jù)（ET200M分布式I/O分站在接收到S7-300PLC主站發(fā)送數(shù)據(jù)后立刻向S7-300PLC總站發(fā)送數(shù)據(jù)）；第２ｓ內(nèi)向原煤倉I/O分站發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收原煤倉I/O分站返回的數(shù)據(jù)；第３ｓ內(nèi)向裝車站I/O分站發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收裝車站I/O分站返回的數(shù)據(jù)；依次進(jìn)行，不停循環(huán)通信。

4集中控制系統(tǒng)的實(shí)施方案

集中控制系統(tǒng)的實(shí)施方案主要是以下幾個(gè)方面：首先是集中控制室的控制模式在集中自動(dòng)控制（自動(dòng)）模式下，操作員通過工控機(jī)將控制命令發(fā)送控制室，實(shí)現(xiàn)洗煤設(shè)備和新倉儲皮帶的按順序控制，在沒有報(bào)警等相應(yīng)設(shè)備的情況下，可以啟動(dòng)和停止設(shè)備的運(yùn)行。這種控制方式是主要的控制方式，在正常情況下，系統(tǒng)由該種控制模式控制。其次是集中手動(dòng)控制（遠(yuǎn)程手動(dòng)）在集中手動(dòng)控制模式下，操作員通過集中控制室的工控機(jī)發(fā)送控制命令，當(dāng)設(shè)備不報(bào)警時(shí)，單個(gè)設(shè)備被阻塞、啟動(dòng)和停止，所有設(shè)備被控制。操作員可在控制站或皮帶頭上控制皮帶和給煤機(jī)，并可選擇以下3種工作方式：a)就地手動(dòng)控制。在就地手動(dòng)控制下，單皮帶、給煤機(jī)與皮帶組之間的鎖緊關(guān)系以及皮帶與給煤機(jī)之間的鎖緊關(guān)系是有效的；b)現(xiàn)場試驗(yàn)控制。在該方式下，單帶或送料器的啟動(dòng)和停止無效，皮帶組的鎖緊關(guān)系和皮帶與給煤機(jī)之間的鎖緊關(guān)系是無效的，它控制分站的皮帶，主要用于皮帶維修。工作時(shí)，操作人員必須保證煤機(jī)或皮帶處于無煤狀態(tài)，否則發(fā)生堆煤事故；c)純手動(dòng)控制。純手動(dòng)控制為直接控制電機(jī)開關(guān)，啟動(dòng)或停止皮帶或給煤機(jī)。這是一種不影響煤炭運(yùn)輸?shù)姆绞剑谶@種情況下PLC不工作。

5控制網(wǎng)絡(luò)分布

把PLC當(dāng)作整體控制的中心，可以高效的實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)大的調(diào)節(jié)功能和控制作用，并且在具體使用的過程中，與現(xiàn)場儀表、工業(yè)電視以及遠(yuǎn)程控制等設(shè)備和技術(shù)相符結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)完善的監(jiān)控系統(tǒng)。動(dòng)篩車間配電裝備中設(shè)置PLC控制裝置，在原煤倉下層轉(zhuǎn)載點(diǎn)配電室中進(jìn)行I/O分站的設(shè)置，各個(gè)原煤倉儲上的配電裝備中同樣全部包含I/O分站的裝置。除此之外，洗塊煤倉的配電裝備以及產(chǎn)品倉的配電裝備內(nèi)同樣有I/O分站裝置。借用PLC現(xiàn)場的總線對應(yīng)控制主站和I/O分站實(shí)施監(jiān)控，此種情況在現(xiàn)場就成為了控制局部網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而可以真正的實(shí)現(xiàn)篩分系統(tǒng)的全自動(dòng)控制。原煤車裝車的地方控制室內(nèi)裝有觸摸顯示屏，可以對原煤汽車裝車設(shè)備達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的效果。裝車站配電室以及洗塊煤倉下面的配電室、產(chǎn)品倉下面的配電室中都裝置I/O分站，借用PLC現(xiàn)場的總線連接起來，建成完善的現(xiàn)場監(jiān)視控制網(wǎng)絡(luò)。將PLC控制布置在壓濾車間配電裝備內(nèi)，同時(shí)分別將控制柜配備到每臺壓濾機(jī)上。應(yīng)用PLC現(xiàn)場的總線將壓濾車間內(nèi)的控制站和各個(gè)壓濾機(jī)控制裝備連接起來，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控的目的。在壓濾裝置控制部件內(nèi)，裝置合格的控制臺同時(shí)配置觸摸顯示屏，通過以上方式使壓濾車間能夠達(dá)到自動(dòng)化整體控制的需求。對于整個(gè)主廠房來講，設(shè)備和控制部件同時(shí)安裝，主調(diào)度室里面裝置上位機(jī)。經(jīng)過PLC現(xiàn)場的總線將每個(gè)主站和分站鏈接起來，組建一個(gè)完善的控制網(wǎng)，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)連鎖監(jiān)控和控制。主要控制室內(nèi)，裝置可以對主廠房系統(tǒng)和篩分系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)完整的監(jiān)控。針對裝車系統(tǒng)和壓濾車間，可以達(dá)到對重點(diǎn)裝置的集中控制。經(jīng)過TCP/IP以太網(wǎng)以及調(diào)度室內(nèi)上位機(jī)分別將各個(gè)車間PLC控制站實(shí)施連線，形成整個(gè)工廠的監(jiān)控管理系統(tǒng)。把它的信息管理網(wǎng)絡(luò)實(shí)施接連，可以達(dá)到資源信息分享的目的。PLC系統(tǒng)可以把整個(gè)動(dòng)態(tài)圖顯示出來，比如整個(gè)工廠裝置的起停、控制畫面，每個(gè)系統(tǒng)裝置運(yùn)營和停止控制畫面以及倉位計(jì)算等動(dòng)態(tài)畫面全部可以明白的展現(xiàn)在眼前。特別有一些報(bào)警信號內(nèi)容畫面。以上畫面可以清晰的展現(xiàn)在眼前，整個(gè)系統(tǒng)中的人為操作只需在集控室里，也可以把選煤廠裝置的啟動(dòng)操作、運(yùn)營監(jiān)控操作等情況實(shí)施分析，此種狀態(tài)下，可以直觀清洗的顯示各個(gè)裝備監(jiān)控具體狀況，同時(shí)可以將裝備的參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)給予全面的分析。PLC的應(yīng)用可以起到對整個(gè)設(shè)備達(dá)到診斷和保護(hù)以及實(shí)施監(jiān)測的功能。裝備以及工藝程序都可能會出現(xiàn)問題，必須能夠?qū)崿F(xiàn)診斷、檢測和保護(hù)的目的。

結(jié)語

綜上所述，針對現(xiàn)有選煤廠PLC集中控制系統(tǒng)采用有線通信技術(shù)存在的技術(shù)問題，設(shè)計(jì)了基于無線通信的選煤廠PLC集中控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)用數(shù)傳電臺和無線通信模塊替換下位機(jī)總站與分站之間復(fù)雜的布線，通過編程實(shí)現(xiàn)總站和分站之間的無線通信，解決了選煤廠現(xiàn)場布線復(fù)雜、電纜損壞率高的問題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無線傳輸，為選煤廠搭建無線局域網(wǎng)絡(luò)打下了技術(shù)基礎(chǔ)，使廠區(qū)范圍內(nèi)無線終端設(shè)備得以應(yīng)用與推廣，推動(dòng)了選煤廠網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

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