在岱莊煤礦選煤廠的應用

摘要：由于具備高性能的處理器，施耐德電氣的Modicon Quantum自動化平臺為半連續過程的控制及高可用性提供了最優的選擇，Quantum平臺不僅集成了豐富的通訊功能和診斷功能，還提供了內存柔性以及靈活開放的數據存儲功能，同時，其處理器的強大功能也保證了最佳的循環時間。本文介紹了該系統在岱莊煤礦選煤廠自動控制系統中的應用。充分體現了該系統能夠滿足選煤廠自動控制行業的需求。

關鍵詞：綜合自動化；控制系統； 選煤廠；Modicon TSX Quantum系統

引言

淄礦集團岱莊礦選煤廠是一座設計年處理能力150萬噸的現代化礦井型選煤廠，實際能力達到300萬噸。主要承擔入洗岱莊礦井原煤，入洗煤種為氣煤，洗煤產品主要為優質動力煤和煉焦配煤。

岱莊礦選煤廠采用先進的綜合自動化系統，按照精簡、優化、低投資、高效率的原則配置整個綜合自動化系統。該系統由具有豐富現場經驗的平頂山中選自控系統有限公司進行設計施工，在全國選煤行業處于領先水平。

該系統分為控制系統、工業電視系統、管理信息系統，包含三個網絡：控制網絡、工業電視網絡和管理網絡，實現三網合一。控制系統選用施耐得公司的QUANTUM系列PLC，系統主要功能實現動篩車間、洗煤車間、壓濾車間、裝車站設備的自動控制，由一個主控室、三個副控室組成，并形成控制網絡，實現對全廠設備的監控。

一、控制系統介紹

（一）概況。控制系統在主廠房控制室、動篩車間控制室、裝車控制室、壓濾車間控制室設立CPU站點，在主廠房配電室、動篩車間配電室、濃縮車間配電室、原煤倉下配電室、產品倉上/下配電室設立遠程I/O分站，它與CPU站組成RI/O網絡，CPU站之間組成MB+網，CPU與上位機組成以太網，現場I/O負責設備的啟停和生產信息的采集，CPU負責邏輯運算和信息的處理，上位機負責設備狀態的監控和操作。

（二）控制范圍及主要控制環節。1、原煤及地銷煤系統：礦井箕斗倉下給煤機至動篩車間、原煤倉上、塊精煤倉及地銷裝車給煤機，參控設備34臺，電機42臺。2、濃縮壓濾系統：從濃縮機底流泵、壓濾車間到煤泥皮帶機，受控設備30臺。3、裝車系統：原煤倉下給煤機、221皮帶、裝車倉下給煤機及裝車設備，受控設備40臺。4、水洗系統：入洗皮帶至產品倉上設備，受控設備50臺。5、事故停車采用事故點設備至煤流源側急停，事故點到煤流方向設備依次延時停車。6、原煤系統以動篩跳汰機為中心實現質量控制單元自動；水洗系統以跳汰機為中心實現質量控制單元自動化，濃縮機實現濃度控制單元自動化，各種運輸設備實現綜合自動化。7、對主要的料位、液位、閘門位置、翻板位置、濃度、流量、40千瓦以上的電機電流、溜槽堵塞實現實時在線檢測，設定常值、超值報警。

（三）靈活的控制方式：集控/就地/單起。集控方式下PLC執行用戶程序的全部控制功能；就地方式下PLC僅執行數據采集和模擬顯示功能；單起方式下，在集控室可實現單臺設備的啟停車，并具有聯鎖、解鎖功能；設置就地操作設施，該設施不通過PLC控制。

二、系統方案

（一）選型簡介。根據自動化控制系統要求及現場配電室布置情況，進行了選型配置。Quantum系統是具有數字量處理能力的專用計算機系統。具有模板化、可擴展的體系結構，用于工業和制造過程實時控制，包括Quantum系列CPU、I/O模板、I/O接口、通訊模板、電源和底板，各種性能符合現場控制要求，與市場同類產品相比性價比教高，因此選用Quantum系列PLC。

Quantum系列PLC具有如下顯著特點：

1、性能高—以可預測的和可確定的方式1秒種傳遞2000個寄存器；2、適應環境能力強，工作環境為：溫度0-60℃，濕度0-95%不冷凝；3、診斷程序和LED正常/故障可視指示器使用戶很快找到網絡故障，使日常維護更加容易；4、允許帶電熱插拔模塊；5、PEER COP允許被組態的控制器使用簡單的填表的方法與其它控制器交換數據；6、附加的數字協處理器可滿足更多的控制要求，提供更多的可能性；

（二）系統配置。根據系統控制要求和參控設備分布及數量，合理的進行主機選型，在主廠房設立主控室，選用140CPU43412模塊作為主CPU，負責全廠設備的監控，在動篩車間、壓濾車間、裝車站三處設立分控室，選用140CPU11303，一共設立四個帶CPU的站點，分別負責各系統設備的監控，三個分控室可以獨立處理本站點各種監控信號并傳輸到主控室，四個帶CPU的站點之間采用光纖連接，通過140NOM25200光纖模板組成MB+控制網絡，在主控室選用140NOE21100 Quantum以太網模板組成以太網介入全廠計算機網絡，實現遠程監控。在主廠房配電室、動篩車間配電室、濃縮車間配電室、原煤倉下配電室、產品倉上/下配電室設立遠程I/O分站，各遠程分站通過140CRA93100RIO分站模板與CPU站140CRP93100RIO接口模板組成RI/O網絡。

在控制網絡中存在兩種形式：Modbus plus網和RI/O網。

Modbus plus是一個本地通訊網絡，允許計算機、可編程控制器和其他數據源以對等方式進行通訊，數據傳輸速度可達1M/秒，通訊介質是雙絞線，一個Modbus plus網絡可以分為一個或多個“段”，每“段”最多支持32臺對等通訊裝置，450米通訊距離。若使用RR85中繼器把兩個“段”連接起來，網絡可以支持64個Modbus plus節點。每“段”增加一個RR85中繼器可擴展450米通訊距離，一個網絡最多可使用3個RR85，最長距離為1800米。Modbus plus網絡上的節點均為對等邏輯關系，通過獲得令牌來傳遞網絡信息，一個節點擁有令牌就可以與所選的目標進行信息傳送，或與網絡上所有節點交換信息。

RI/O網絡為高速局域網絡，采用市場上能購買到的同軸電纜和CATV介質技術，RIO網絡保證高速數據傳送，大部分數據在RIO處理器和RIO適配器之間進行傳送，對I/O的一個分站小于1ms。

（三）I/O配置。控制網絡是控制主機與現場各遠程控制分站構成的網絡系統。各遠程控制站接受現場指令、保護信號、運行信號、過程數據，并完成輸出控制，將所采集的各種輸入狀態傳送給控制主機處理，同時執行主機發出的指令，完成輸出控制。遠程I/O由各種與現場信號相適配的I/O模塊組成，經遠程I/O適配器完成與主機之間的通訊。

三、應用總結

通過應用Quantum系列PLC很好的解決了集中控制系統中存在的問題，為用戶帶來了巨大的經濟效益和社會效益。

（一）減少啟停車時間，降低電耗。為更好的應用岱莊礦選煤廠自動化控制系統，根據現場開停車的需要，通過不斷完善調整啟停車程序，最大限度的減少啟停車時間，對于單臺小設備考慮同時啟車，縮短了啟車時間；詳細計算閉鎖關系的設備停車時間，盡量縮短停車時間，降低了電耗。

（二）減人提效。由于自動化控制系統的投運，可大幅度減少崗位人員配置，實現高產高效。全廠人員將從原計劃的412人減至154 人，每人每年的消耗按2萬元考慮，每年可減少人員開支516萬元。

岱莊煤礦選煤廠通過全廠自動化控制系統的應用，大大縮短了起停車及事故處理時間，全廠干部職工不到200人，遠遠低于同等規模選煤廠人員配置，達到了減人提效的目的，提高了企業的經濟效益，使選煤廠現代化管理水平得到了很大提高。