關(guān)于PLC在選煤控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

王燕云

（山西潞安集團余吾煤業(yè)公司，山西 長治046100）

引言

近年來，我國在煤礦的選洗工藝技術(shù)上取得了較大的進步，但與歐美等發(fā)達國家相比，仍然存在較大差距，特別是在煤礦選洗工藝上。我國煤礦資源豐富，品類繁多，同時品質(zhì)差別較大，如果不對開采出來的原煤進行二次處理，煤炭燃燒將釋放大量的有害氣體，尤其是硫化物，對人體、環(huán)境造成嚴重影響，所以對于煤礦的選洗技術(shù)應(yīng)予以重視。目前，我國煤礦選洗技術(shù)發(fā)展困境，不僅在于硬件設(shè)備落后，同時也在于分選控制精度不高，因此，對于選煤控制系統(tǒng)的研究具有重要意義。

隨著科學與電子信息技術(shù)的發(fā)展，不斷有新的技術(shù)被應(yīng)用于選煤控制中，以PLC為基礎(chǔ)的集中控制系統(tǒng)，主要由變頻控制柜、監(jiān)控系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備、各類傳感器等構(gòu)成，同時，借由軟件的集成，從而實現(xiàn)各個硬件系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)與配合[1]。該控制系統(tǒng)具有可靠、穩(wěn)定性高，自動、智能化水平高，人員管理維護時間短等優(yōu)點，在全國各大選煤廠中廣泛應(yīng)用。

1 PLC控制系統(tǒng)特點

PLC又可以被稱作為可編程控制器，可編程控制器在工業(yè)中得到了非常廣泛的應(yīng)用，常用于解決一些與電氣控制有密切聯(lián)系的控制。PLC已經(jīng)形成比較規(guī)范、標準化的控制語言，具有可靠性高、語言結(jié)構(gòu)簡單、易于學習、內(nèi)存占用空間小、響應(yīng)迅速等特點，PLC語言還具有豐富的I/O接口模塊，保障系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的可擴展性[2]。

目前國內(nèi)主流的PLC編程方式主要可以分為以下幾類，第一種是嵌入語句式，此種編程方法在實際應(yīng)用中有較大困難，語言內(nèi)在邏輯性強；第二種編程方式為功能分區(qū)模式，即將對整個系統(tǒng)的功能進行拆解，對每個子模塊的子程序進行整合，可有效降低系統(tǒng)的復雜程度，但相對工作量也更大；最后一種是最常使用的編程方式，梯度型PLC編程方式。該編程方式具有較為清晰的思路，符合電氣工程的操作邏輯，所以常被應(yīng)用于工業(yè)級的控制語言編程。

2 控制系統(tǒng)總體方案

本文設(shè)計了一套基于PLC集中控制的選煤系統(tǒng)，可應(yīng)用于年產(chǎn)量為500萬t的大型選煤廠。

為了協(xié)調(diào)該生產(chǎn)系統(tǒng)各硬件設(shè)備之間的關(guān)系，設(shè)計開發(fā)了一套集中控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由變頻器、傳感器、控制柜、交換機、電腦主機以及各控制終端等組成。圖1為該集中控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖，各子系統(tǒng)之間通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進行連接。監(jiān)控主機通過機上控制軟件向工業(yè)交換機、變頻站發(fā)送指令，實現(xiàn)對硬件設(shè)備的控制。控制終端主要負責采集信號，獲取、處理指令，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控主機[3]。

圖1 集中控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖

3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備是實現(xiàn)控制功能的基礎(chǔ)，因此對系統(tǒng)硬件的設(shè)計應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)的安全性、可靠性、技術(shù)先進性等。系統(tǒng)硬件應(yīng)與軟件控制系統(tǒng)有較好的兼容性，選煤工藝流程復雜，相關(guān)硬件設(shè)備種類繁多，因此根據(jù)實際需求和設(shè)計要求，設(shè)計了配套的硬件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)見圖2。下面對系統(tǒng)中主要的幾種硬件做簡要介紹。

圖2 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖

1）中央處理器。PLC控制系統(tǒng)的核心是中央處理器，信息交互采用工業(yè)以太網(wǎng)，選了AB公司的Logix5571型中央處理器，處理器采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，最大可實現(xiàn)32模塊的擴展，具有處理能力強、擴展適應(yīng)性好、功能全面等優(yōu)點[4]。

2）信號模塊。本系統(tǒng)選擇了施耐德的SL300型信號模塊，可實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備以及地面監(jiān)控主機的信號傳輸，信號模塊的輸入/輸出模塊可實現(xiàn)與交流220 V的電氣隔離，這使得系統(tǒng)更加安全、可靠。

3）電源模塊。電源模塊有多個供電接口，具有同時提供220 V交流電和24 V交流電的能力，系統(tǒng)24 V交流電一般對處理器和終端傳感器進行供電，對信號模塊的供電是單獨的供電接口。

4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)的軟件部分是整個控制系統(tǒng)的靈魂，借助軟件系統(tǒng)，整套控制系統(tǒng)才能實現(xiàn)整個選煤過程的各項控制工作。該集中控制系統(tǒng)軟件主要包括PLC控制軟件和上級監(jiān)控程序兩部分，控制程序結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，由中央處理器兼容的Rockwell RSlogix 5000軟件編寫，軟件的具體編程由第三方合作伙伴完成，在此不再對程序控制語言做過多描述。

在控制系統(tǒng)程序中，需要將不同的硬件處理與控制編寫為不同的嵌入式控制語言，實現(xiàn)對各個子系統(tǒng)的控制。軟件操作系統(tǒng)需實現(xiàn)各種硬件控制功能，包括設(shè)備的啟動、停止、信號傳輸控制、通信實現(xiàn)、終端傳感器數(shù)據(jù)采集、關(guān)鍵設(shè)備控制等方面，同時需要注意軟件系統(tǒng)對設(shè)備控制、調(diào)節(jié)的精度問題[5]。因此，在編程過程中，需要不斷對程序進行修正，以確保整體控制系統(tǒng)的可靠性。

圖3 控制程序結(jié)構(gòu)示意圖

5 控制系統(tǒng)的實際應(yīng)用評價

為了保障控制系統(tǒng)的正常運行，達到設(shè)計效果，同時避免在試運行階段出現(xiàn)重大安全事故，因此，在實際應(yīng)用前對系統(tǒng)全部設(shè)備進行調(diào)試。測試的內(nèi)容包括軟件程序測試、線路測試、斷電測試。軟件測試主要是判斷軟件內(nèi)是否有組態(tài)錯誤或邏輯錯誤；線路的測試，是檢查線路連接是否正確；斷電測試主要測試配電柜設(shè)想動作，是否可以完成預定動作[6]。

為了驗證該集中控制系統(tǒng)的設(shè)計成效，在系統(tǒng)調(diào)試完成后，對整套控制系統(tǒng)進行了半年性能跟蹤研究。跟蹤研究結(jié)果顯示，該系統(tǒng)對設(shè)備的控制精度高、抗干擾能力強，運行期間未出現(xiàn)系統(tǒng)誤報、錯誤操作等問題。系統(tǒng)自動化、智能化程度高，有效提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，相較于未采用控制系統(tǒng)前，效率提升約42%，按500萬t正常年產(chǎn)量則算，為企業(yè)節(jié)約至少300萬費用支出。此系統(tǒng)的成功開發(fā)，可為煤炭企業(yè)的選煤控制提供有力的技術(shù)支持。