PLC控制系統在鎮城底礦選煤廠的應用

閆勇杰

（西山煤電集團有限責任公司鎮城底礦選煤廠， 山西 古交 030203）

引言

鎮城底礦選煤廠是西山煤電集團鎮城底礦的配套選煤廠，設計入洗原煤能力為150萬t/年。通過技術改造后洗選工藝升級為重介—浮選聯合工藝流程，系統由原煤準備、重介分選、脫介脫水、介質凈化回收、浮選、煤泥分級濃縮回收、運輸裝倉等生產工藝環節組成[1]。采用PLC集中控制系統可實現對選煤廠整套生產設備的連鎖啟停控制，達到對生產過程的實時動態監測與記錄，能夠科學準確地完成對生產過程的控制操作,并對洗選過程中各類突發事件進行預警和響應，通過對生產過程的動態監測和對生產工藝參數科學準確的調節，可提高洗選煤炭的精度。為此，鎮城底礦選煤廠采用PLC集中控制系統技術對原有的生產控制系統進行技術改造。

1 鎮城底礦選煤廠PLC控制系統

1.1 系統架構

鎮城底礦選煤廠PLC集中控制系統采用分布式監控系統，系統整體架構分為三層，自下到上依次為：低層為現場設備層，中間層為信號及邏輯層，最高層為管理和監控層。

PLC集中控制系統網絡架構的低層為現場設備層，由電機和氣動閥等電氣控制執行機構構成；中間層信號及邏輯層是全廠整體集中控制系統的核心，主要由CPU主站及遠程I/O分站組成。采用Profibus總線網絡方式將原煤倉遠程分站和礦井的主井皮帶控制系統進行銜接，使用ControNet總線網絡方式實現產品倉遠程分站與選煤廠的裝車系統進行銜接。最高層信息與監控層是由3臺彼此獨立運行的工作站機組構成，分別將高壓后臺系統、視頻監控系統、調度電話系統和瓦斯監控系統進行有機融合[2]。

1.2 工作原理

鎮城底礦選煤廠將現場設備層的硬件安裝于各車間生產設備的監測和執行部位，可用于對各車間生產設備的信號采集和執行信號及邏輯層下發的指令。現場的各種信號以硬接線的方式通過遠程分站上傳信號到PLC控制系統主站的CPU處理中心，中心主站CPU結合采集到的數據和信號進行邏輯分析與計算，同時將分析結果傳輸到現場設備并執行。執行時，控制中心主站CPU將信息監控層上位機所顯示的設備運行情況通過以太網傳輸到上位機。同時，上位機將各種指令信息通過以太網下傳至主站CPU，主站CPU結合用戶程序進行邏輯分析與計算，并將計算結果傳輸到現場設備層進行執行，達到生產指揮中心對生產設備的遠程集中控制[3]。

1.3 系統的編程軟件

PLC控制系統程序采用的是基于Windows系統的Concept編程軟件的高性能組態工具，使用LL984邏輯編程語言，其集中控制系統程序邏輯如圖1所示。

1.4 集中控制系統功能

1.4.1 設備組態

基于PLC的集中控制系統可實現對選煤廠各車間生產設備的遠控連鎖、閉和解鎖狀態控制。正常運行狀態下，系統采用遠控閉鎖，由選煤廠集中控制中心進行生產調度，實現閉鎖運行。就地閉鎖運行方式可提高集中控制系統的靈活性與安全性，洗選設備可按閉鎖關系就地啟停，就地閉鎖常應用于應急狀態下對洗選設備的控制。就地解鎖是設備檢修時的運行方式，可實現設備的單獨啟停。

圖1 鎮城底礦選煤廠PLC集中控制系統程序邏輯圖

1.4.2 流程的啟停

通過對設備運行信號的采集和對生產工藝數據的處理實現PLC集中控制系統對整個原煤洗選工藝流程的啟停控制[4]。鎮城底選煤廠在現有的生產設備上安裝了信號采集裝置，并將原煤洗選工藝中液位、流量、密度和精度值納入了集中控制系統。同時，把重點生產區域的數據收集納入集中控制系統中。鎮城底礦選煤廠集控中心通過對采集數據進行模擬分析比較，并將數據分析結果轉換為系統報警輸出信號。

1.4.3 閉環控制

鎮城底礦選煤廠PLC集中控制系統的閉環控制通道可實現對重介旋流器入料的壓力、流量、液位等控制，具有優化溫度控制算法及PID算法的功能。系統對工藝參數變化進行跟蹤，對其科學、精準控制，保證了設備良好的運行狀態，提高了洗選煤炭的精度和灰分。同時PID閉環控制功能可實現手動和自動雙切換，保證了洗選質量和效率。

1.4.4 預告及故障報警功能

PLC集中控制系統的預告及故障報警功能是在生產設備上安裝電機綜合保護器，實現對生產設備的電流及溫度的實時動態監測，避免因電機超負荷運行導致的生產事故發生，同時在設備上安裝應急啟停按鈕和瓦斯監測儀等保護裝置，實現了硬件與軟件的雙重保護功能。

將保護裝置信號納入集中控制系統中，如有信號傳輸到上位機，PLC集中控制系統發出報警并停機處理，保證安全生產。

1.4.5 數據采集、處理及顯示功能

PLC集中控制系統通過對生產設備的實時動態監測，能夠科學準確顯示設備運行狀態、電流、密度、料位和液位等數值，并對數值進行匯總，統計出各種數據報表。

2 應用效果

鎮城底礦選煤廠采用PLC集中控制系統技術對原生產管理系統進行技術改造后，大幅提高了原煤入選量及洗選能力和效率，原煤入選量由改造前的150 Mt/年提升到190 Mt/年，使鎮城底礦選煤廠的精煤產率達到68.53%，灰分9.23%，洗混煤產率達10.23%，灰分達36.35%，全員效率可達102.6 t/人。通過PLC集中控制系統實現了對生產工藝參數的科學準確調節。同時PLC集中控制系統安全可靠、故障率低，后期的維修和保養成本較小。

3 結論

鎮城底礦選煤廠采用PLC集中控制系統對現有的生產系統進行技術改造，有效提高了鎮城底礦選煤廠生產系統的自動化生產能力和數字化管理水平，大幅降低了工人的勞動強度，同時實現了對選煤廠各生產流程站點煤炭運輸、洗選設備的集中控制，并對整個生產系統的原煤洗選過程、設備運行狀況、報警信息、產能等進行綜合評估，實現了鎮城底礦選煤廠對原煤洗選過程的集中管理、分散控制的管控一體化目標，提高了鎮城底礦選煤廠原煤洗選精度、灰分和洗選效率，便于后期的檢修與維護，為鎮城底礦選煤廠創造了顯著的經濟效益。