鄒海龍

(拜城縣眾泰煤焦化有限公司，新疆 拜城 842300)

0 引言

在大多數(shù)焦化廠中，很多工段尚未實現(xiàn)自動控制，手動控制操作比較普遍。手動操作意味著需求更多的人力資源，其缺點和存在的安全隱患也比較多。手動操作既繁重又不精確，不僅浪費人力，同時作業(yè)質(zhì)量受人力影響比較大，在很大程度上增加了操作的不確定性。而通過自動控制系統(tǒng)操作設(shè)備是不會存在這些問題。

本課題目的是發(fā)揮PLC控制應(yīng)用的優(yōu)勢，從而實現(xiàn)焦化廠工段的自動控制，在同等的條件下創(chuàng)造出更多的價值。

1 PLC的特點

PLC具有可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等特點，PLC之所以能迅速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用，決定于它的以下突出特點：①運行穩(wěn)定、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。②設(shè)計、使用、維護(hù)方便。③編程語言直觀易學(xué)。④與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合。⑤易于實現(xiàn)機(jī)電一體化。

2 PLC自動控制技術(shù)在焦化廠煤系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 控制系統(tǒng)要求

現(xiàn)有系統(tǒng)只有手動運行方式，設(shè)計增加自動運行方式，實現(xiàn)雙運行模式切換，現(xiàn)場操作箱增加遠(yuǎn)程和就地轉(zhuǎn)換開關(guān)。通過對電氣回路線路進(jìn)行改造增設(shè)集控室，安裝PLC硬件設(shè)施，實現(xiàn)PLC輸出模塊控制電氣元件，PLC輸入模塊檢測現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)信號的目的，安裝核子稱測量系統(tǒng)，架設(shè)工控機(jī)，編程下裝自動配煤及工藝聯(lián)鎖開停機(jī)程序，用畫面組態(tài)軟件編輯控制畫面流程圖，完成后進(jìn)行調(diào)試。選擇手動時，現(xiàn)場操作，單臺設(shè)備開機(jī)，自動控制斷開；選擇遠(yuǎn)程時，手動斷開，由集控室工控機(jī)電腦操作，根據(jù)工藝開停機(jī)聯(lián)鎖關(guān)系進(jìn)行開停機(jī)操作。

2.2 焦化廠煤系統(tǒng)的工藝流程

2.2.1 備煤系統(tǒng)工藝流程

受煤坑→板式給料機(jī)→煤1#皮帶→預(yù)粉碎機(jī)→煤2#皮帶→粉碎機(jī)→煤3#皮帶→卸料小車→配煤罐。此工段為原煤上煤工段由3個受煤坑通過原煤拉運車輛直接倒入坑中或鏟車運至坑中卸煤，可同時3個坑開啟或選其中任意一個卸煤，煤通過受煤坑下部板式給料機(jī)把煤卸到煤1#皮帶上，再由煤1#皮帶運送到預(yù)粉碎機(jī)內(nèi)進(jìn)行預(yù)粉碎，預(yù)粉碎完成后由煤2#皮帶從預(yù)粉碎出料口把煤運送至粉碎機(jī)的進(jìn)料口進(jìn)行二次粉碎，粉碎合格后的煤最后由煤3#皮帶送到配煤塔頂部通過卸料小車把不同種類的煤卸到7個配煤罐中。

2.2.2 配煤系統(tǒng)工藝流程

配煤罐圓盤給料機(jī)→稱量膠帶機(jī)→煤4#皮帶→混煤器→煤5#皮帶→卸料小車→煤塔。此部分包括7臺圓盤給料機(jī)與7臺稱量膠帶機(jī)，通過7個配煤罐不同的煤種按類別按稱重比例進(jìn)行配煤，根據(jù)比例設(shè)定控制哪幾種煤罐需要下煤，通過圓盤給料機(jī)將煤帶下來送到稱量膠帶機(jī)上用核子稱進(jìn)行實時稱量以保證配煤的精確性，再由煤4#皮帶接住稱量皮帶上的煤送至混煤器進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，使不同煤種的煤充分混合，最后由煤5#皮帶接住后直接送到煤塔通過煤塔頂部的卸料小車卸入煤塔為煉焦工段提供煉焦用煤，之后冶煉不同級別的焦炭。整個備煤系統(tǒng)主要由5條皮帶，1臺預(yù)粉碎機(jī)，2臺粉碎機(jī)(1開1備)，7個圓盤給料機(jī)，7臺稱量膠帶機(jī)，7臺核子稱組成，最大設(shè)備破碎機(jī)電機(jī)功率450 kW，最小電機(jī)稱量膠帶機(jī)電機(jī)4 kW，通過順序開機(jī)逆序停機(jī)的關(guān)系進(jìn)行開停機(jī)操作完成整個配煤系統(tǒng)正常工作。

2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.3.1 基本控制思路

對圓盤給料機(jī)變頻調(diào)速器進(jìn)行自動化改造：采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，以圓盤給料機(jī)為控制對象，配煤盤傳動電機(jī)為執(zhí)行環(huán)節(jié)，核子秤為測量環(huán)節(jié)。

2.3.2 稱量方案的選擇

稱量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確度決定了整個配煤自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。就目前來看，稱量系統(tǒng)基本有兩大類型，一種是接觸式稱量系統(tǒng)，如電子皮帶秤；另一種是非接觸式稱量系統(tǒng)，如核子秤。這兩種稱量方式各有優(yōu)缺點：電子皮帶秤具有靜態(tài)、動態(tài)精確度高，標(biāo)定簡單等優(yōu)點，但工作環(huán)境要求較高，維護(hù)也相對復(fù)雜；核子秤具有激勵物料的動態(tài)精確度高(±1%)，運行穩(wěn)定可靠，使用期長(約30年)，易于安裝，維護(hù)量小等優(yōu)點，但實物標(biāo)定較為復(fù)雜。

結(jié)合現(xiàn)場工作環(huán)境和工藝特點，本設(shè)計采用核子秤的稱量方案。

2.3.3 控制方式的確定

根據(jù)幾種常用工業(yè)控制機(jī)的基本特點，結(jié)合配煤生產(chǎn)工藝的實際情況和工序操作控制要求，按照系統(tǒng)預(yù)期的功能，并統(tǒng)籌考慮本項目的投資額度和日常的維護(hù)，對幾種控制模式的對比和論證，最終確定采用施耐德昆騰140系列PLC控制器，對7個配煤罐的單種煤配入量單獨進(jìn)行計量和調(diào)節(jié)控制，各形成一個回路。

通過高速數(shù)據(jù)通道將各個回路的信息集中起來，送到工控機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)視和操作。同時各路單元出現(xiàn)故障時，不影響其他單元正常工作，便于維護(hù)檢修。

為避免在自動操作過程中現(xiàn)場出現(xiàn)問題而中控沒有檢測到導(dǎo)致故障發(fā)生的情況，在線路改造時應(yīng)考慮自動控制轉(zhuǎn)換開關(guān)只切斷手動開機(jī)的啟動回路而不切斷手動的停機(jī)回路保證現(xiàn)場在任何狀態(tài)下都能停機(jī)。其次，要了解所選擇的器件：操作可分為現(xiàn)場操作和實驗室操作；在現(xiàn)場有具體的設(shè)備供我們操作，而在實驗室內(nèi)有相應(yīng)的仿真設(shè)備可使用，如PLC、上位機(jī)監(jiān)控、組態(tài)等一些應(yīng)用軟件。

2.3.4 實施方案

1)將備煤、配煤及輔助設(shè)備參與自動連鎖開停機(jī)的設(shè)備，對現(xiàn)場操作箱各安裝1支轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于現(xiàn)場與自動兩種開機(jī)條件的選擇切換使用。

2)增加鋪設(shè)操作箱至配電室至集控柜的線路改造電氣線路原理，從而實現(xiàn)集控開機(jī)的功能。

3)增加鋪設(shè)配電室至集控柜信號線，將設(shè)備的開機(jī)狀態(tài)從電氣的接觸器上或變頻器上取信號傳至集控柜PLC輸入模塊上，提供開停機(jī)狀態(tài)顯示與聯(lián)鎖停機(jī)功能，將參與自控設(shè)備的馬達(dá)保護(hù)器信號與拉繩跑偏等信號傳至集控PLC柜輸入模塊上，提供過載停機(jī)保護(hù)、皮帶跑偏停機(jī)保護(hù)、事故拉繩護(hù)急停保護(hù)與各保護(hù)狀態(tài)顯示功能。

4)增加鋪設(shè)集控柜至配電室控制線路，將PLC繼電器輸出模塊的繼電器無源節(jié)點通過控制線路并聯(lián)到電氣的開停機(jī)回路里，實現(xiàn)自動開停機(jī)。

5)增加鋪設(shè)集控柜至破碎機(jī)信號線，將破碎機(jī)電機(jī)及軸瓦溫度測點熱電阻信號傳至PLC柜熱電阻輸入模塊中，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控主要設(shè)備溫度及高溫報警極限停機(jī)的功能。

6)增加集控柜至配電室控制線路，將PLC繼電器輸出模塊節(jié)點并聯(lián)接入聲光報警器電氣啟動線路中，達(dá)到自動開機(jī)前預(yù)警功能。

7)增加安裝核子稱測量系統(tǒng)，將配料儀表煤量信號傳入PLC模擬量模塊中，從而達(dá)到按比例自動配煤的功能。

3 結(jié)語

通過本次設(shè)計，將PLC應(yīng)用到實際生產(chǎn)之中。利用相關(guān)輸入輸出模塊、通信模塊、電源模塊、CPU模塊、工控機(jī)以及相關(guān)軟件，實現(xiàn)了焦化廠煤系統(tǒng)的自動控制。本設(shè)計實現(xiàn)了自動稱配煤，降低工人勞動強(qiáng)度，提高了配煤的合格率，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中監(jiān)視和管理，并且能夠在現(xiàn)場對各個煤種的配入量實現(xiàn)單獨調(diào)節(jié)和控制，在實踐中得到良好應(yīng)用。