PLC在煤化工輸煤程控系統中的應用

王 琳

(中國石化集團寧波工程有限公司上海分公司,上海 200030)

0 引 言

傳統的輸煤系統是一種基于繼電器、接觸器和人工手動方式的半自動系統。由于輸煤系統現場環境十分惡劣,不僅極大損害了操作人員的身體健康,而且由于輸煤系統范圍大,經常有皮帶跑偏、撕裂和煤堵塞煤斗等現象,大大降低了生產效率,以至于傳統的輸煤系統已無法滿足當今市場的需求。筆者結合在鄂爾多斯某煤化工項目中對原煤、燃料煤卸煤及輸送系統的上煤和配煤工藝流程采用PLC輸煤程控系統為例,對PLC控制系統的主要功能等做進一步的介紹。

1 工程系統概述

該煤化工項目中原煤、燃料煤卸煤及輸送系統的上煤工藝流程主要是通過多條皮帶輸送機完成將原煤從煤場輸送到原煤倉的過程,同時通過輔助的振動給料機、破碎機、除鐵器、電動三通換向器、電子皮帶秤、電動犁式卸料器等設備完成對煤的篩分、計量等,以達到使用要求;配煤工藝流程,主要是將從上煤系統輸送來的煤按照一定的要求、規律、順序地分配到受煤倉中的過程,其中,上煤工藝流程是輸煤系統的關鍵環節。

該煤化工項目中原煤、燃料煤卸煤及輸送系統的上煤和配煤工藝流程選用PLC作為控制系統,設工控機為上位機、PLC系統(PLC控制柜)為下位機的兩級控制模式,上、下位機均分別采用雙機熱備形式,以確保在有1臺PLC主機或1臺監控用工控機發生故障或死機的情況下,整個系統仍可照常運轉。上位工控機、PLC控制柜、操作臺均布置在輸煤控制室內。I/O通信網絡采用雙網冗余結構,提高系統可靠性。上位工控機與PLC之間采用以太網通信結構,協議符合 TCP/IP協議,網絡交換機采用知名品牌工業以太網交換機。

2 控制系統的方案

上煤工藝流程的控制系統運行工作方式主要有程控自動、聯鎖手動、解鎖手動及就地控制方式。正常運行時,采用程控自動方式,在輸煤控制室操作臺上僅保留系統的緊急停車按鈕。配煤工藝流程的控制系統可分為自動配煤、手動配煤和就地配煤三種方式。

該文主要討論上煤工藝流程的控制系統運行方式,流程如圖1所示。

2.1 程控自動方式

針對上煤系統來說,主要包括:帶式輸送機、振動給料機、破碎機、除鐵器、電動三通換向器、電動犁式卸料器、電子皮帶秤。這些設備按照煤最終進入煤倉的不同組成多種運行流程。采用程控自動方式時,上位工控機LCD上顯示所有輸煤工藝流程,通過在上位工控機上選擇運行流程,由PLC自動完成各種流程的操作,PLC程序啟動后沿線設備從末端皮帶輸送機按所選流程的逆煤流方向啟動各設備直到煤源,程序停止時,根據所選流程從煤源設備開始順煤流方向逐臺按預定的順序停止各設備直到最末一臺設備(帶式輸送機延時2 min停車),延時是為保證帶式輸送機上的煤走完后該設備才停機。

在自動運行中,某一設備出現故障或事故時,如皮帶撕裂、拉繩,持續的跑偏、打滑或堵煤時,應立即停止該皮帶輸送機,同時聯跳逆煤流方向的所有設備,但故障點下游設備保持原工作狀態不變。待故障解除后,先進行“復位”操作,再重新進行“預啟”操作,從故障點向上游重新啟動設備;也可在故障未解除時,執行“程序停止”操作,從故障點下游開始順煤流方向逐臺按預定的順序停止各設備直到最末。當按“緊急停機”按鈕(操作臺和上位工控機上都有此開關),全線運行設備均立即停止運行。

在上位機屏幕上可隨時查詢任一設備的狀態,如檢修、運行、皮帶撕裂、跑偏、打滑、拉繩等。在某設備未處于所選流程中,其部分保護信號(如皮帶打滑、跑偏等)不以報警信號形式出現。

圖1 上煤邏輯流程

2.2 其他工作方式

聯鎖手動方式是在上位工控機上對納入程控的所有設備實現一一對應的操作,但需通過 PLC閉鎖完成。此方式可兼作遠程調試用。采用該方式時,操作人員應按正確順序來啟動和停止各個設備,系統流程間各設備像自動方式一樣存在聯鎖關系。

解鎖手動方式是在上位工控機通過無聯鎖操作納入程控的所有設備。

就地控制方式是指設備僅能在就地控制箱上進行操作,且帶式輸送機均配置拉繩開關作為就地緊急停機開關。集中和就地運行方式的設定是由設置在就地各設備就地控制箱上的遠方/就地選擇開關完成的,此外,在就地控制箱上還沒有啟、停按鈕或電流表,只有當選擇開關設置為遠方時,控制室才能控制該設備,當選擇開關設置為就地時,只能就地控制該設備。

2.3 信號系統

設置生產聯系信號、啟動預告信號、設備運行信號、煤流信號、煤倉煤位信號和事故聲光報警信號(事故停車時用)。采用集中控制方式啟動設備前,先啟動該設備的警告信號通知附近人員,并在15 s后啟動設備。

3 主要設備的選型

3.1 控制系統PLC

控制系統PLC采用雙機熱備冗余配置,網絡采用雙網冗余配置,模塊全部采用140系列,具有帶電插拔功能。I/O點數除滿足系統要求外,還留有15%的備用,卡槽留有20%的備用。DI/DO開關量輸入/輸出模塊采用直流24 V 16通道模塊, AI/AO模擬量輸入/輸出模塊采用 8通道 4～20 mA模塊。

3.2 控制系統電源

PLC系統電源裝在專用的電源柜內。電源柜內有兩路交流電源的切換開關、切換試驗按鈕、電流表、電壓表和有關運行指示燈,并且將故障信號的編碼接至PLC系統。PLC發出聲光報警信號,指示“電源故障”。

電源柜有兩路交流220V電源進線,當一路交流電源故障時,能自動地切換到另一路電源,且為控制柜及上位機提供1臺在線式不間斷電源(UPS)。

每個電源柜內配有交流電源自動切換分路器1臺,直流切換分路器1臺,直流+24 V電源2臺。同時給各個控制柜內的電源應單獨供給,交流電源分成若干回路,每個回路均有指示燈及自動空氣開關保護。

4 結束語

上述PLC輸煤程控系統已實際運行3年多,運行效果良好,受到用戶的好評。

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