洗煤廠集中自動化控制系統設計

摘要：為了提高洗煤廠工作效率，采用可編程序控制器構成具有一定自動化水平的工業生產線，結合洗煤廠特點，簡述了可編程序控制器系統的開發過程、注意事項及應用實例，并對其進行了論證，以供參考。介紹了以三菱PLC和工控機構成的洗煤廠分布式集中控制系統，給出了設計要求、硬件配置及軟件設計等，具有控制可靠，運行良好的特點。

關鍵詞：洗煤廠；設計；工控機；PLC

中圖分類號：TN710-34 文獻標識碼：A 文章編號：1004-373X(2012)03-0204-03

洗煤廠是煤炭深加工的主要場所之一，通過對原煤的洗選對增加煤炭生產企業的煤炭品種和提高企業的經濟效益有重要作用。洗煤廠各部分的地理位置相對比較分散、測控點多、工藝要求復雜，對洗煤廠實行集中控制，可有效地提高企業的生產效率和控制煤品的質量。本文介紹的集中控制方案簡潔明了，設備投資成本較低，有一定的推廣價值。

1PLC工作原理及功能

PLC控制系統具有可靠性高、抗干擾能力強，使用方便，易于實現機電一體化的優點，因此，當被控制系統具有以下特點時，宜優先選用。

(1)輸入輸出以開關量為主；

(2)輸入輸出點數較多，一般應大于20點；

(3)控制系統使用環境較差，可靠性要求高；

(4)系統工藝流程復雜，用常規的繼電器接觸器控制難以實現；

(5)系統工藝有可能改進或系統的控制要求有可能擴充。

洗選生產工藝相對復雜，測控點多，即使是中小型洗煤廠車間的測控點，也超過20點，一條新型洗選生產線的測控點大約在3000點左右，隨規模大小、主機設備及工藝流程的不同而有所變化，測控點的類型以開關量點為主，洗煤廠用于電機順序控制的測點數占所有測控點的80％以上，同時洗選工藝設備單機容量大，生產的協調性、快速性和連續性強，而環境條件惡劣，高溫、高粉塵、大振動、強干擾等，洗選生產線所有這些特點，客觀上要求采用高水平的自控系統，另一方面，中小洗煤廠由于缺乏高素質的自動化技術人員，主觀上迫切需要設計容易、安裝簡單、調試周期短、現場檢查維修方便、擴充改進容易的控制系統，而PLC控制系統正是適應和迎合了中小洗煤廠的需要，成為中小洗煤廠技術改造、提高自動化水平的優選控制系統方案。PLC控制系統與其他控制系統的比較見表1。

2洗煤廠控制系統組成和工作原理

2.1洗煤廠控制對象和設計要求

洗煤廠主要包括三大部分功能：一是主洗廠房，是洗煤廠的核心部分用來對人洗原煤進行分篩選取，主要控制設備有原煤人洗皮帶、高頻篩、跳汰機、撈坑斗式提升機以及末煤、精煤和混煤刮板運輸機等；二是泵站房，用來提供主洗廠房所需的水循環系統和煤泥的濃縮等，主要控制設備有濾液泵、煤泥泵和液位計等；三是裝車房，用來對已洗煤進行裝車控制，主要控制設備有配倉刮板機、給煤機、裝車皮帶、牽牛和稱重計等。

系統的設計要求有：上位機作為主站與三個PLC分站構成分布式集中控制系統，可對整個系統進行控制，并對運行狀況進行監視。三個PLC從站分別用來控制主洗廠房、泵站和裝車房的運行和對相關的運行信息進行采集。整個系統須逆向起動，順向停車。當任一設備出現停機故障時，其上級的所有設備必須立即停止，而下級所有設備順向延時停車，具有集中控制和單機控制功能，上位機應有清晰的工藝流程畫面和相關的信號指示及信息顯示。

2.2洗煤廠控制工作原理

現場的控制和運行狀態信號經三個PLC從站進行數據采集和變換，通過RS485網送到上位工控機進行顯示，工控機根據系統的運行狀態發出控制指令。由于三個PLC從站實際上是并聯連接，因此它們之間的數據是通過上位機發出的指令進行傳送的。

2.3洗煤廠控制系統硬件組成

FX2N是三菱FX系列PLC家族中最先進、性價比最高的一種，其突出優點是包容了標準特性，程序執行更快且全面補充和完善了通信功能，具有滿足單個需要的大量特殊功能模塊，最大控制點數高達256點，為自動化控制提供了最大的靈活性和控制能力。

在網絡和通信方面，FX2N系統采用世界上最流行的開放式網絡CC-Link，Profibus和DeviceNet以及RS 232，RS 422或RS 485串行通信，可組成傳輸高達

12Mb/s的控制網絡。

采用三菱FX2N系列PLC及其串行通信轉換接口FX-485PC-IF與研華工控上位機組成分布式集中控制系統，如圖1所示。

其設計要點為：由于上位機為RS232通信接口，而PLC為RS 485接口，必須通過通信轉換接口FX-485PC-IF進行轉換；由于上位機主站到最末的3號PLC從站的實際距離為400m左右，而FX2N系列PLC的RS485通信板所構成的網路最大傳輸距離為50m，因此在每臺PLC從站上要用三菱通信適配器FX-485-ADP替換RS 485通信板，使上位機主站到最末一級的PLC從站的實際通信距離達到500m，以滿足現場設計的要求。

為增強系統的抗干擾能力，三個PLC從站對現場采集的數字量輸入信號和PLC數字量輸出信號均經過繼電器隔離，模擬量信號的傳輸均采用屏蔽電纜；采用二臺上位工控機，通過轉換板使之互為備用，二臺工控機運行相同的程序和畫面。

2.4洗煤廠控制系統軟件設計

系統軟件主要由PLC編程軟件和上位機監控軟件兩部分組成。PLC編程軟件使用專門開發的用于FX系列的FX－PCS/Windows 9X編程環境，可用梯形圖、指令表或時序功能圖進行編程；監控軟件采用三維科技的Force Control(力控)，此軟件可方便地創建Win-dows操作系統下豐富的人機界面/監控與數據采集(HMI/SCADA)應用系統。

現場側點信號由三個PLC從站采集后，通過RS 485網絡送至IPC進行顯示；煤倉中的煤位、水池中的水位等調節量和報警設定值在IPC操作后，結果通過RS 485網絡送至相應的PLC。

IPC運行三維的Force Control軟件，通過軟件本身的實時數據(DB)和I/0驅動程序，建立起DB與I/0驅動程序的服務器/客戶計算模式，I/0驅動程序完成過程I/0數據的采集與回送，三個PLC從站分別與三個I/0驅動程序相連。PLC之間的數據傳遞可通過創建腳本程序，并通過IPC發出指令來完成。

系統采用三維科技的Force Control 2.O工控組態軟件進行畫面的顯示設計。Force Control有三種獲得數據的方法：使用系統本身提供的I/0驅動程序、用戶開發動態數據庫DLL和使用動態數據交換DDB。由于系統本身具有FX系列PLC的I/0驅動程序，因此，以使用I/0驅動程序最為方便。數據顯示方法有：模擬表顯示、棒圖顯示、趨勢圖顯示和歷史曲線顯示等。根據工藝和操作要求進行畫面的分類設計，如整個洗煤廠的運行狀態圖，主洗廠房、水泵站和裝車房的分畫面，以及故障報警畫面等。3結語

通過PLC應用實踐，首先明確PLC控制系統要達到的目標。以提高生產率，增強控制的準確性為目的時，把PIc的可靠性放在首位，以改善信息管理為目的時，著重考慮與計算機的通信能力；其次，明確Pc系統的結構方式，根據不同的控制對象選擇相應的方式，比如對單臺機床的控制選獨立式即可；設備密集控制復雜的系統采用集中式為宜(如加熱爐系統)；分布式系統則宜于設備分散、局部系統獨立性較強的系統；再次，系統設計時硬件和軟件應綜合考慮，二者不要絕對分開，因為，軟件本身的硬件更具有修改的便捷性，且就二者的相互適應性而言，軟件的可塑性絕對高于硬件；最后，系統運行后已完善的控制軟件要堅信其正確性和可靠性，系統故障時應從硬件及外部設備的檢查人手，不應輕易修改程序。

本文的洗煤廠集控系統，采用分布式集中控制的方法進行設計，具有可靠性高、使用方便、研制周期短和節約投資等特點。系統自投運以來，運行良好，對提高洗煤廠自動化水平和節約投資起到了良好的示范作用。

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