基于PLC的煤泥壓濾自動控制系統設計分析

原 凱

（潞安化工集團漳村煤礦洗煤廠，山西 長治 046000）

近些年來經濟迅速發展我國的煤炭行業得到了很好的發展，煤炭需求量劇增，所以煤炭這一行業對其所需要的設備的需求數量很多。傳統的壓濾機使用起來不方便、需要人工控制、線路復雜、易壞難修，而且在生產煤炭時還特別離不開操作人員的工作經驗和使用機器的能力，這些問題使得煤炭出產率很難提高。煤炭的壓濾機不僅是煤泥的擠壓過濾系統的很重要的一個環節，而且在煤廠的加工運作中具有不能被替代的關鍵作用，且壓濾機的好壞與選煤廠的加工管理、煤炭利用、減少污染等工作有著密不可分的關系。開展壓濾機自動控制系統的改造設計工作不僅可以很好地提高壓濾系統的加工速率、減少壓濾過程所花資金、確保煤泥壓濾的品質，還能順應國家提倡的綠色生產及長久發展的新目標，所以開展改造壓濾機自動化的計劃具有極高的經濟價值和社會價值。

1 現如今煤泥壓濾及其控制系統在生產中的弊端

需要人工控制是煤泥壓濾系統存在的第一個弊端。在煤泥的壓榨過程中的壓榨的時間的長短就需要根據過濾料漿是否濃稠以及煤泥中的水分含量來設定而且需要根據操作人員查探到的排水量的多少來進一步設定，所以煤炭的產量低而且煤炭的質量很難一樣。第二大問題就是原料入量不能控制。這個主要被決定于煤泥料漿的顆粒的大小以及濃度來對入料量進行控制，由于工人技術水平參差不齊且需工人手動調控，就會常常出現壓濾的不充分或者壓濾過度的情況。問題三，一些重要步驟的安全問題也不容忽略，如由于煤泥濃度和粒度發生很大的變化而導致的可能出現的管道被堵的現象，而且入料泵在很長一段時間的額定功率下運轉，有很大的概率會使管路受到過高的壓力被破壞從而發生故障。還有，基于控制系統中所使用的機器儀表、通信程序等環節還不完備等短板而導致的不能高效率的監控完整的壓濾系統的弊端[1]。

2 大體規劃設想

為了減少壓濾機的人工操控率，完成對壓濾機工作的整個過程的時刻觀測和遠程操做，使排查壓濾機系統發生故障的難度降低，確保壓濾機可以很好的運作，依據現場的實際情況和以往的資料，在原有的基礎上，對煤泥壓濾機的全套自動化操控系統進行了重新設計。具體方案見圖1。從圖1展示的是煤泥過濾的非手動化操控系統包括PLC、觸摸屏、入料泵、壓濾系統、變頻器等一系列的傳感器等部分。在這些里面，PLC是這一整個操控系統的重中之重，對壓濾機等實時的運行狀態的數據進行收集整理然后再加以分析處理都由它完成，然后再在顯示屏上把操控的命令等其他消息展示出來，進而實現了對壓濾系統的運行狀況進行實時的監控。

這個控制系統的重要技術優點包含:對煤泥過濾機的運行實現了閉環式的操控;非自動、維護、聯合操作等操控方式;在觸摸屏上，可以全程展示過濾系統的整個運作狀態以及里面每個地方的壓力和狀態的數據，往往可以依據目標操控的要求而對其中各種參數值重新設定和隨時更改。不但操作起來又方便又快，而且操作時的狀況還很清晰直觀。包含了濾壓裝置、檢驗環節、數據輸送等一流技術，從而用于對煤炭的遠程監控[2]。

3 操控系統的硬件構想

3.1 PLC選擇型號型的設想

在操控系統中的PLC的型號是57-300，它不但可以通過Profibus-DP協議達成與變頻器的溝通聯系，而且在連接以太網后還可以和觸摸屏形成關聯，PLC 的控制操作原理由圖2展示。圖2展示的是，PLC的控制系統有兩部分分別是控制柜和現場設備，其中控制柜有CPU、通信的接口、I/O 模塊以及繼電器、觸摸屏和電源等，其中現場設備指的是壓濾機還包括與其相配套的儀器和壓風機等。控制系統的任務是：接收觸摸屏的操控指令和參數的功能后再傳達出去；壓濾系統在正常情況下可以毫無問題的開啟以及預防被沖擊的性能；問題發生時及時發出警報的功能；PLC能夠接收到由現場傳感器采集到并發出的系統運作狀況的信息，采用非外嵌式的系統對數據進行整理篩選，從而使輸出的操控命令可以操控現場設備以達到設備良好工作的目的；按了控制柜上的按鈕后可以達成對壓濾系統的運轉模式的更換和對設備運作的調控。

3.2 壓力傳感器的型號選擇

和煤泥壓濾的質量的高低密不可分的是在煤泥壓濾過程中極為關鍵的參數——壓力，這里所指的壓力指：入料、進風、壓榨三個壓力值，壓濾系統在現場的入料的壓力值大概是0.7MPa，壓榨時的壓力值大概是1.0MPa，進風的壓力值大概是0.7MPa。看了上面指出的壓力數值以及整個系統的工作需要，所以選擇了電容式名稱為SK-DBS208的壓力傳感器。

3.3 關于觸摸屏的挑選依據

在系統里的觸摸屏可以很直白地展示出在過濾壓力系統中各個設備的運轉狀況，為工作人員對設備系統展開實時監測提供了可能，從而更好的根據現實情況對設備下達指令和監控。觸摸屏被安在了PLC 上，因為設備沒有在良好的環境中運行，所以挑選了能在惡劣環境中工作的觸摸屏——昆侖通態TCP1063K。

3.4 關于變頻器的型號選擇

在整個系統的運轉環節中，變頻器能夠和以上說到的兩個機器合作以保證完成壓力信號和電信號之間的轉換，再傳送到PLC進行下一步分析，從而最終輸出控制系統的信號，以達到對空壓機進行恒定壓力的控制任務，從而進一步確保系統在沖壓時能夠低時高質安全的工作。變頻器主要被應用于入料泵和風壓機上，這兩者的額定功率依次是75kW 和55kW，為了能確保壓濾系統在運轉時能夠安全穩定，所以使用了西門子MICRO?MASTER440變頻器，選擇理由是它的額定輸出功率是90kW，額定電流輸出為178A，在全程運轉中有較高的穩定性，這些優點足以滿足壓濾系統的設計計劃要求。

3.5 構建以太網通信

以太網數據的通信核心是MCGS 組態軟件，這個軟件可以隨時調節驅動的程序以應對在運行中的各種情況，使現場設備的數據收集和操控信號的傳達得到保證。驅動程序的線程都是獨立不交叉的，以防止工作中發生兩兩干擾。工業上的以太網是由PLC和觸摸屏共同組成的，選用了RJ45水屏，和8芯的可以屏蔽信號的雙絞線相互連接，在同一個網段內配置的以太網IP地址可以實現數據之間的傳送與通訊[3]。

4 設計控制系統的軟件

4.1 主程序的構設規劃

圖3 展示的是煤泥的壓濾機的控制系統的主體程序圖。圖框中要求不同相對應的所設計的程序也不同，這包含了一個設備里的程序設計，且程序設計可以對參數進行設定。在開啟PLC 后，操作系統就進入了OB100的狀態，這表示程序的初始化完成；在初始設定啟動后，系統會自己轉入主OB1程序，一步步達成對壓濾設備的保護功能和整個系統狀況的信息的收集。通過進一步加工后滿足系統的開啟條件，而且在正常的情況下開啟后系統可以不犯錯誤地接收到操作人員發出的指令從而管控壓濾機。

4.2 下級程序的構思

煤泥的壓濾系統中下級程序中包括機器運轉方式的挑選、對壓風機的聯合控制、對入料泵的操控以及遇到故障發出警報等。這些里面，運轉方式下子程序的主要作用就是完成系統的人工操作、檢查維修和聯動模式的轉變；風壓機的聯控下級程序的任務是對風壓機里實時壓力的檢測、收集和分析。在現實數值與目標數值的對比中，能夠傳達風壓機變頻器的合理操控，保證風壓機壓力數值整體穩定與發生變化后對數值進行調節，讓壓力始終保持在1MPa 上下；入料泵操控子程序的設計理念和風壓機大致相同，經由壓力傳感器收集入料泵的每時刻壓力維持入料泵壓力的固定數值與實時動態的數值，使壓力整體穩定在0.7MPa 上下；故障發生時的報警系統則主要隨時警報煤油壓濾器中的油的溫度、油的壓力以及運行壓力等，在整個系統的運作過程中只要PLC 接到的運作情況信號發生異動，那么系統就會開啟發生問題就發出響動提示的系統，而且會在屏幕上同步顯示出故障發生的地點以及解決故障的方案，在問題被解除之后就會恢復正常。

4.3 位于上位機的軟件構想

在此基礎上觸摸屏以及上位機達成煤泥壓濾的監視系統的構想，里面都包含主界面、狀態顯示界面、對參數的設置界面等，使屏幕前的工作人員可以通過屏幕了解全部信息。在屏幕中，界面的主要部分被用在隨時顯示壓濾系統里面各種設備的運轉狀況，在選中界面里面的設備圖標后，就會轉入控制界面的設置框，從而調整設備的參數；對話框的轉換菜單能夠實現各個界面的轉換，系統的主要界面在圖4展示；在狀態展示界面能夠直接看到煤泥壓濾的每個環節的運轉狀況，給操作者操控調改參數值提供借鑒依據；煤泥壓濾整個系統調控參數的最初設定值及后期改正由參數的設定界面調控；操作失誤以及設備的安全問題則可以在注釋界面看到，顯示問題發生的原因和篩選問題的指導建議。

圖4 系統主界面

5 運轉成效檢測

新設計的控制系統在投入到煤炭的生產加工后，煤泥濾餅里所包含的水分含量會比之前降低將近10%，新設備下可以把煤泥濾餅里的水分含量穩穩地把控在20%上下，系統運轉一次的時間將由以前的50min 縮到35min，將很大地提高煤泥壓濾的運轉能力和工作效率，確保了壓濾后產品的品質，將減少操作人員的工作時間和產品的生產成本，獲得了很好的設計成果。

6 結束語

壓濾機在煤泥壓濾過程中是非常關鍵的壓濾裝置，它操控的非手動化水平將極大地影響生產的效率及產品品質。談到某一個煤炭加工廠里的煤泥壓濾系統存在很多的短板問題，對以上關于PLC 的操控使用系統進行了新的構思，以硬件設施、軟件設施、上位機為代表做了對整體控制系統的改造調整。在投入生產中的情況來看，新的控制系統的使用使煤泥濾餅里的水分含量為原來的90%左右，加工一次時間比原來減少了15min，提高并穩定了煤泥濾餅的品質，使煤泥壓濾的工作更快更好地完成，且效果明顯。