基于PLC的選煤廠煤泥壓濾自動控制的應用分析

李曉靜

（淮北礦業（集團）有限責任公司，安徽 淮北 235000）

引言

隨著我國工業4.0的提出，對煤炭質量要求的提高，煤泥壓濾工作成為提高煤炭質量、利用率的關鍵。洗煤行業的洗選量增加，對壓濾設備的工作效率要求更高。傳統壓濾機工作效率低、繼電器控制邏輯過于簡單、維修復雜，限制了煤炭壓濾的生產效率。煤泥壓濾流程中的壓濾機是核心組成部分，壓濾機的自動化程度直接影響生產線的效率。為了提升生產效率、提高壓濾質量、降低壓濾成本，響應國家清潔能源的更高要求，渦北選煤廠對傳統煤泥壓濾系統進行改進。

1 渦北選煤廠煤泥壓濾控制系統存在的問題

需要大量人工操作是現在煤泥壓濾過程主要存在的問題。煤泥含水量作為壓濾過程中重要的參數，需要工作人員來確定，很難保證系統的精確度以及效率。其次，入料量也由人工調控，由于工人技術水平的差異，常常出現壓濾不充分或者過度壓濾問題。再次，關鍵作業環節存在安全隱患，由于監控不到位，煤泥濃度發生較大的變化時，極可能導致出現管路堵塞，并且出現問題，并不能快速實現聯動機制。

2 控制系統總體方案設計

根據選煤廠壓濾過程的工作原理，使用PLC控制自動節點代替人工操作，并且實現壓濾機的上位機實時遠程控制，可保證壓濾系統的故障被及時發現并排除。遠程監控系統同現場端PLC進行通信，對PLC的控制數據進行實時存入數據庫，便于實時數據分析以及歷史記錄分析。通過對傳統煤泥壓濾流程的分析，設計了以PLC和組態為主的自動控制系統，其總體方案如圖1所示。由圖1可知，煤泥壓濾自動控制系統包括西門子PLC、人機交互觸摸屏、入料泵、變頻器、相關傳感器等單元。

圖1 控制系統總體方案

改進后的煤泥壓濾系統可以實現多種控制方式的自動、手動自由切換。煤泥壓濾過程實時數據由組態系統顯示，例如：壓力數據、狀態參數等，并且技術員可根據實際生產情況進行參數設定，運行狀態直觀可見。通過采用西門子總線傳輸技術，可實現數據的高速傳輸與低時延，并且為遠程監控提供可能[1]。

3 控制系統的硬件設計

3.1 PLC選型設計

在壓濾自動控制系統中，采用西門子工業4.0解決方案，PLC選取西門子S7-1500系列，支持Profibus-DP協議與變頻器進行通信，并且可以與人機交互設備通過以太網通信。PLC控制原理結構如下頁圖2所示。由圖2可知，PLC控制設備安裝在PLC控制柜中，其中控制柜包括電源模塊、CPU模塊、以太網通信模塊、I/O模塊、繼電器、人機交互觸摸屏等，而現場的設備是指壓濾機及其配套設施、壓風機等。

3.2 壓力傳感器選型

壓力是煤泥壓濾過程重要的采集數據。壓力的參數關系著壓力過程的質量，其主要包括入料壓力、壓榨壓力、進風壓力。根據現場壓力數據以及系統分析，采用美國西特公司的209系列電容式壓力傳感器，型號為2091200PG2M27P10。

3.3 觸摸屏選型

圖2 PLC控制系統原理圖

采用西門子可視化人機交互系統中面向簡單任務的KTP400系列HMI。通過人機交互觸摸屏的支持，可以對壓濾系統各個設備的運行狀態達到實時監控，并且可以對操作員級的簡單參數進行調整，達到系統運行的實時可控[2]。

3.4 變頻器選型

壓濾系統中，變頻器配合傳感器、PLC工作，對入料泵、風壓機進行變頻恒壓控制，確保系統高效運行。采用西門子G130變頻器，訂貨號為6SL3310-1GE33-1AA0，額定功率為160 kW，滿足壓濾過程的要求[3]。

3.5 以太網通信構建

通過WINCC組態軟件搭建SCADA系統，即數據采集與監視控制系統。以以太網為通信介質，進行PLC與上位機之間的數據傳輸，完成對數據的實時顯示。通過多線程高速傳輸，保證設備的遠程顯示與控制[4]。

4 控制系統的軟件設計

4.1 主程序設計

煤泥壓濾控制系統的主程序流程如圖3所示。PLC采用依次順序掃描的方式對程序塊進行讀取，OB100作為初始化模塊，系統上電即運行OB100，進行初始化設置。OB1作為主程序，依次調用模塊進行壓濾過程設備控制[5]。

4.2 子程序設計

子程序主要完成模式選擇、自動控制以及PID控制。模式選擇子程序用于實現手動、自動模式切換。自動控制模塊實現PLC進行自動聯動控制的設計需求。PID模塊用于輸出電機調速信號，對入料泵、壓風機搭配變頻器進行高效的控制[6]。

圖3 系統主流程圖

4.3 上位機軟件設計

基于WinCC組態軟件的應用，實現了對煤泥壓濾過程的監控，為監控人員提供了良好的可視化界面。通過WinCC組態軟件可以實時監控現場壓濾過程中各設備的運行情況，并且通過畫面的切換顯示實現PLC多個參數的設置。

5 應用效果

通過對實驗數據分析可知，采用PLC監控系統的煤泥壓濾過程，濾餅含水量降低近10%，工藝循環時間縮短10 min，提高了煤泥壓濾的工作效率，取得了明顯的改進效果。