張 棟

(山西西山煤氣化有限責(zé)任公司，山西 太原 030200)

0 引言

PLC(Programmable Logic Controller)即可編程邏輯控制器，該系統(tǒng)通過儲存器、邏輯計算、定時功能、順序控制、數(shù)字I/O控制器實現(xiàn)控制效果[1-3]。現(xiàn)如今，焦化廠生產(chǎn)空間較大并且處于外部環(huán)境，備煤管理存在困難，如各類型煤炭堆放存在混質(zhì)，在外部環(huán)境下對煤炭影響較大，生產(chǎn)資金投入高。為此，應(yīng)用PLC技術(shù)實現(xiàn)備煤與配煤一體化控制，以期節(jié)約占地空間和成本投入，并提高焦炭性能。

1 PLC應(yīng)用原理

1.1 硬件應(yīng)用

硬件結(jié)構(gòu)：綜合系統(tǒng)以PLC為中心，利用SCADA，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)[4-6]。在組成中運用上位機、PLC主站、控制器。焦化廠備煤與配煤綜合系統(tǒng)運用PLC系統(tǒng)分為操作站、控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)、I/O控制。

硬件特點：①I/O控制單元。I/O控制單元通過I/O模式完成PLC與電氣回路連接，傳感器搜集到的信號通過I/O控制單元傳輸至CPU；②CPU。CPU通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位機，結(jié)合信息給出相應(yīng)命令，上位機給出命令的過程中正好相反；③編程器。PLC編程器利用施耐德自動化編程軟件，具有擴展配置與可重復(fù)使用編程的優(yōu)勢，能夠節(jié)約控制系統(tǒng)設(shè)計、維護成本，程序生成過程中明確硬件系統(tǒng)。該組態(tài)支持線上線下進行，組態(tài)工具Concept對編輯器利用標(biāo)準(zhǔn)菜單，例如Windows、File；④控制網(wǎng)絡(luò)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)通信重要組件，對系統(tǒng)穩(wěn)定性與可擴充性具有積極影響。

1.2 軟件應(yīng)用

編程軟件：編程軟件為Concept，以Windows 2000 Professional系統(tǒng)為基礎(chǔ)的編程軟件包，該程序可以重復(fù)利用，具有較強的搜索功能，連接簡便，容易操作[7-9]。該軟件有助于綜合系統(tǒng)的多條料線處于運行條件，操作過程為：確定操作狀態(tài)過程中自動控制狀態(tài)與手動控制狀態(tài)；檢查料線運行狀態(tài)，有無占用現(xiàn)象、是否需要啟動多條料線進行。

配煤量與物料量：①配煤量控制。給煤根據(jù)上位機的配比輸入和計算控制，也就是把需要的規(guī)格輸入配比計算系統(tǒng)，指定配料計算方法與數(shù)值，再計算出所需比重與配比；②物料量控制。確定配比后上位機將設(shè)置參數(shù)借助通信接口傳輸至稱量控制儀表，儲煤倉內(nèi)煤炭下落至稱量皮帶，重量從稱重傳感器檢驗獲得煤流量的反饋電壓信號至儀表并運算為當(dāng)前參數(shù)；③輸入控制信號到變頻器，反饋參數(shù)輸入變頻器和參數(shù)對比計算，實現(xiàn)煤量控制。

系統(tǒng)設(shè)計研發(fā)：①聯(lián)鎖控制功能。需要用到自動化網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)備位置與運行調(diào)整，將聯(lián)鎖信息傳輸至電氣系統(tǒng)從而實現(xiàn)設(shè)備聯(lián)鎖控制；②遠程監(jiān)控。遠程監(jiān)控可以借助控制室控制、搜集各信息數(shù)據(jù)，比如點檢信號、電流參數(shù)，在自動控制條件下自由聯(lián)鎖，還能夠在人工控制中自主控制；③在線診斷與報警。該功能可以判斷系統(tǒng)硬件故障、軟件，保證發(fā)現(xiàn)問題及時處理，為工作人員提供便利；④權(quán)限控制。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安排不同人員在各安全應(yīng)用層操作權(quán)限與管理權(quán)限，工作人員僅可以監(jiān)督操作臺，系統(tǒng)管理人員有權(quán)調(diào)整系統(tǒng)。

2 PLC在備煤及配煤綜合系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)設(shè)計

為保證焦化廠生產(chǎn)穩(wěn)定性與可靠性，設(shè)計了中央聯(lián)動控制、機旁單獨控制兩種控制形式。設(shè)備控制電機旁安裝操作箱，操作轉(zhuǎn)換開關(guān)各位置信號，即自動與手動[10-12]。首先，中央聯(lián)動控制。設(shè)備轉(zhuǎn)換開關(guān)處于自動位置，斷路器合并代表設(shè)備處于中央操作狀態(tài)，為中央聯(lián)動運行條件，系統(tǒng)聯(lián)動運行準(zhǔn)備后啟動聯(lián)動PLC程序。機旁單獨控制：設(shè)備轉(zhuǎn)換開關(guān)處于手動位置，斷路器合并代表設(shè)備處于機旁單獨操作狀態(tài)。手動位置，操作箱安裝按鈕作為啟停開關(guān)，用于設(shè)備單獨控制，該控制形式在聯(lián)動設(shè)備發(fā)生故障無法運行的條件下應(yīng)用。

2.2 過程控制

備煤系統(tǒng)過程控制：備煤系統(tǒng)分為集中啟動、凈化停止、一起停止、緊急停止。根據(jù)工藝可分為配煤前子程序與配煤后子程序。系統(tǒng)設(shè)計時結(jié)合各起點、中間點、終點劃分各運行形式。

配煤系統(tǒng)過程控制：配煤作為備煤系統(tǒng)中心過程，配煤槽包括一二期，各5個槽，共10個配煤斗，以物位計監(jiān)視在庫量，物位計選擇重錘料位計，輸出模擬量信號5～20 mA。連接至PLC模擬量輸入單元，用于操作工高料位故障監(jiān)控與處理。煤槽前皮帶上裝皮帶秤監(jiān)控煤料，工作人員觀察上煤狀態(tài)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)異常及時停止裝運。工業(yè)PC機與PLC用于中央操作控制組件與顯示組件，皮帶秤數(shù)字控制單元與稱重控制單元連接，應(yīng)用在對稱量與給料系統(tǒng)過程控制與管理完成給料帶式輸送機，稱量帶式輸送設(shè)備順序啟動、報警與模擬量信號處理完成自動與手動控制，與輸煤系統(tǒng)PLC通信，完成聯(lián)鎖停車，通過標(biāo)準(zhǔn)串行接口和皮帶秤數(shù)字控制單元、稱重控制單元與打印機、上位機連接。PLC控制設(shè)備在備煤與配煤綜合系統(tǒng)中應(yīng)用多年，系統(tǒng)總運行效果良好。特別是熱備單元、雙MB+及I/O網(wǎng)絡(luò)提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。系統(tǒng)安裝運行完善接地增強抗干擾性。

主控站軟件：主控站軟件是從Windows 2000 Server操作系統(tǒng)，采用WinCC作為組態(tài)開發(fā)平臺。WinCC作為西門子用于生產(chǎn)過程自動化專用組態(tài)軟件，用戶經(jīng)過WinCC有助于工業(yè)自動化系統(tǒng)組態(tài)編程。該系統(tǒng)分為監(jiān)視功能，實時監(jiān)視系統(tǒng)運行狀態(tài)。參數(shù)可設(shè)置為配比設(shè)置與控制，系統(tǒng)具備啟動停止延時、設(shè)備運行時間設(shè)置與控制功能?？刂葡到y(tǒng)為順序起停，設(shè)備可單獨調(diào)試設(shè)置與控制。趨勢曲線顯示配煤通道與計量儀表的流量曲線、歷史曲線，以及主皮帶電機與一二次破碎機電流實時曲線。系統(tǒng)故障、故障信號實時記錄與顯示，歸檔與統(tǒng)計。

2.3 應(yīng)用實例分析

實例概況：該焦化廠備煤系統(tǒng)及配煤系統(tǒng)優(yōu)化分為兩個階段，其中第二標(biāo)段為儲配煤槽，占地面積6 888 m2，總倉容140 000 t。地震設(shè)防烈度為6°，±0.000相當(dāng)于絕對標(biāo)高39 m，圍護結(jié)構(gòu)架填充選擇非承重?zé)Y(jié)粉煤灰空心樁，M5水泥砂漿砌筑。

優(yōu)化內(nèi)容及效果：備煤系統(tǒng)主要工作是卸車、儲存加工配合符合焦?fàn)t生產(chǎn)要求的煤料，分為輸煤系統(tǒng)與配煤系統(tǒng)。優(yōu)化設(shè)計主要針對由卸車場-煤場-配煤室兩條料線研究。可編程控制器具有體積小、功能大的特點，能夠順利完成順序邏輯、運動控制、定時控制、數(shù)字運算，通過輸入輸出接口創(chuàng)建與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量與模擬量的聯(lián)系，實現(xiàn)自動化控制。本項目中，基于IPC+PLC模式創(chuàng)建控制系統(tǒng)、計算機監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，工作人員對自動控制的管理逐漸從中央控制室操作站轉(zhuǎn)變。中央操作和現(xiàn)場控制能夠獨立運行，有效提升了自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。

管理功能提高：改進后很多參數(shù)可以在上位監(jiān)控計算機的工藝流程參數(shù)中顯示。工作人員只需輸入煤種配比、水分，系統(tǒng)即可得出單種煤的流量設(shè)定參數(shù)，顯示瞬時流量與累計量。將皮帶轉(zhuǎn)速搜集到計算機系統(tǒng)即可減少計算量，還有助于設(shè)備故障診斷，降低故障發(fā)生率。此外，歷史趨勢圖可以顯示并儲存主要變量的變化趨勢，為配比數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析創(chuàng)造條件，完善焦炭的系統(tǒng)管理。稱量過程中，上位機把需要效驗的核子稱狀態(tài)設(shè)定為校稱，PLC系統(tǒng)可自動輸出18 Hz并維持3 min，皮帶處于恒速條件，確保效驗精準(zhǔn)。

3 結(jié)語

綜上，備煤車間自動控制系統(tǒng)升級改造，增加了多條煤線控制與檢驗，完成了主控室對現(xiàn)場設(shè)備的集中控制，提升生產(chǎn)效果、優(yōu)化工作環(huán)境、節(jié)約操作人員。事實證明，PLC的應(yīng)用穩(wěn)定性高、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、報警準(zhǔn)確、總體控制、操作簡單，根據(jù)工藝流程實現(xiàn)交叉復(fù)雜順序控制與邏輯控制，協(xié)調(diào)各自系統(tǒng)的連接以及設(shè)備聯(lián)鎖從而提升生產(chǎn)效果。先進技術(shù)的應(yīng)用提升了系統(tǒng)應(yīng)用效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，尤其是計算機技術(shù)可取代人工操作實現(xiàn)作業(yè)制度的在線管理，并且保證了應(yīng)用質(zhì)量。