PLC及無線通訊技術在選煤集控系統的探討應用

武琳

摘要：通過PLC主機完成整個選煤線的順序控制、閉環控制、狀態監測、顯示、無線通訊系統和下位機控制系統組成，實現選煤廠生產過程控制，管線敷設量很大程度的減少，減少了電氣安裝工作量，費用大大降低。解決了通訊線纜布線復雜、電纜損壞率高的技術難題，實現集中控制系統數據無線通訊和自動化水平的提高以及無線網絡的覆蓋，能夠推動選煤行業網絡化和自動化技術的進一步發展。

Abstract： It completes the sequence control， closed-loop control， condition monitoring， display， wireless communication system and lower-level machine control system of the whole coal preparation line through PLC mainframe to realize the production process control of coal preparation plant. The amount of pipeline laying is greatly reduced， the electrical installation workload is reduced， and the cost is greatly reduced. The utility model solves the technical problem that the communication cable has complicated wiring and high cable damage rate， realizes the improvement of the wireless communication and automation level of the centralized control system and the coverage of the wireless network， and can promote the further development of the network and automation technology of the coal preparation industry.

關鍵詞：PLC;無線通訊;技術;選煤;集控;應用

Key words： PLC;wireless communication;technology;coal preparation;centralized control;application

中圖分類號：TD67 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）09-0165-03

0 ?引言

田陳煤礦選煤廠于1994年底建成投產，設計能力為120×104噸/年，采用混合跳汰，粗、細粒煤泥分別由沉降過濾離心機和壓濾機回收工藝。煤種為1/3焦煤，主要產品為六級（棗莊1#）冶煉精煤，并具有低灰低硫、高發熱量等特點，深受用戶歡迎。選煤廠投產后，增加了礦井的經濟效益，15年入洗能力一直保持在100×104噸以上，為棗礦集團公司創造了很大的經濟效益。05年，由于井下地質條件變化，煤質較差，現有生產工藝已暴露出不適應煤質變化、精煤產率低以及煤泥水處理能力不足等問題。08年，為提高分選精度及精煤回收率，確保產品結構調整靈活、保證產品質量的穩定性，對現有選煤廠進行改擴建，在現有浮選車間增設重介選煤系統和浮選系統，對現有煤泥水系統進行改造擴建。建設規模：重介技術改造工程設計入選能力150萬噸/年;煤泥浮選工程設計入選能力30萬噸/年;重介質選煤分選下限<0.075mm，+0.25mm級煤泥回收，僅-0.25mm級煤泥進浮選。浮選精煤采用沉降過濾離心機和壓濾機聯合脫水回收，尾煤泥水采用兩段濃縮、兩段回收工藝，洗水閉路循環，環保節能。在現有浮選車間布置重介和浮選系統，新建一段濃縮車間和中、矸運儲系統、藥劑庫，擴建調度室、集控室。洗選工藝、設備、管理較為先進，智能化管控現狀已不適應創新時代，缺乏集控系統自動化水平以及無線網絡智能化。（表1）

隨著可編程控制器功能的不斷完善，PLC 技術在選煤廠集中控制領域運用越來越廣泛，我國選煤控制網絡化和自動化技術進入新的階段。原煤洗選要經過較為復雜的工藝流程，整個過程需要采集近千條信號。重介質旋流器選煤技術以其分選效率高、處理能力大等優勢越來越受到人們的重視，市場份額逐年提高。為保證重介質選煤能夠獲得優質、穩定的產品及提高分選效率，選煤過程中一些主要工藝參數必須控制在最佳范圍內。因此，現場較多設備分布分散，使用線纜將各處設備信息接入全廠集中控制系統，現場施工量大且費用較高，采用電纜連接，帶來通訊線纜布線復雜，電纜損壞率高，維護不方便的技術難題。不斷提高與改進重介質選煤工藝參數自動測控系統的功能尤為關鍵。

1 ?技術措施方案

該系統技術是克服現有技術中選煤廠通訊線纜布線復雜、電纜損壞率高的技術難題，實現了選煤廠集中控制系統數據無線通訊和自動化水平的提高以及選煤廠廠區范圍內無線網絡的覆蓋，推動我國選煤廠網絡化和自動化技術的進一步發展。解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于PLC的選煤廠集控系統，用于遠程監視設備運行狀態并進行自動化控制。（圖1）

基于PLC的選煤廠集控系統，包括PLC主機，PLC主機通過模擬量輸入分別與密度計、液位計和磁含量計連接用于信息采集，PLC主機通過模擬量輸出與PLC控制器連接用于設備控制，PLC主機還連接有工業用計算機用于遠程集控，由原煤生產系統及外調煤、上煤、反煤系統組成集中控制系統，通過PLC主機完成整個選煤線的順序控制、閉環控制、狀態監測及顯示。具體的PLC控制器分別連接有分流箱和加水閥門，并通過PROFIBUS-DP網絡與PLC主機連接。PLC主機連接有用于采集設備運行狀態的數字量輸入和數字量輸出。PLC主機連接有報警裝置用于在設備故障時發出聲光報警。分流箱和加水閥門均連接有用于集中就地切換的就地箱。PLC主機通過ESM電氣交換機模塊與集控室的工業用計算機連接。選煤集控系統采用的網絡為ROFIBUS-DP和以太網。基于無線通訊的選煤廠PLC 集中控制系統，包括綜合管理系統、生產監視系統和現場控制系統，綜合管理系統由數據工作站、網絡控制柜、系統運行機組以及用于綜合管理的工業電腦通過工業以太網相互連接組成，其中，數據工作站通過工業以太網經網絡控制柜接收現場控制系統的數據信息，它們之間采用工業屏蔽雙絞線相連;系統運行機組與現場控制系統通過數據線和工業屏蔽雙絞線相連，完成對控制系統的驅動、啟停;工業電腦通過工業屏蔽雙絞線與網絡控制柜中的網絡交換機相連。數據工作站用于完成存儲選煤廠各類數據，包括傳感器采集的洗選設備運行參數、閉路電視采集的洗選監控畫面、報警記錄、檢修記錄以及各類工作計劃報表;網絡控制柜內部包括網絡交換機和路由器，提供選煤廠的網絡運行平臺、數據交換和網絡運行監控;系統運行機組提供控制系統各程序的安裝、運行平臺;所述工業電腦通過瀏覽器依靠廠區工業以太網鏈接到上位機監控界面，用來實現隨時對選煤廠各生產過程進行監視;生產監視系統由攝像機、閉路電視、投影儀、工業計算機以及打印機相互連接組成，其中，攝像機與工業計算機通過VGA 視頻線相連，閉路電視和投影儀通過HDMI 視頻線與工業計算機相連，打印機通過USB 數據線與工業計算機相連，實現對選煤廠生產過程的監控以及完成打印工作計劃報表工作;現場控制系統由下位機控制總站、下位機控制分站以及用于采集煤炭洗選設備運行參數，管道壓力以及倉位信號的各類傳感器組成;系統下位機控制總站通過RS485/232 數據線與下傳數傳電臺相連接;下位機控制分站通過RS485/232 數據線與上傳數傳電臺相連接;數傳電臺和上傳數傳電臺之間通過無線通訊模塊連接進行數據傳輸;下位機控制總站通過RS485/232 數據線與工業計算機相連（圖2所示）。

2 ?應用實例

該系統提供了一種基于無線通訊的選煤廠PLC 集中控制系統（如圖3 所示），主要由綜合管理系統1、生產監視系統2 和現場控制系統3 組成。其中綜合管理系統1 由數據工作站4、網絡控制柜5、系統運行機組6 以及總工和廠長用于綜合管理的工業電腦7 通過工業以太網相互連接組成，考慮到各服務器與總工和廠長用于綜合管理的工業電腦7 之間物理距離短，本系統綜合管理系統1 各組成部分通過工業以太網實現數據通訊，具體通過工業屏蔽雙絞線進行連接。其中，數據工作站4通過工業以太網經網絡控制柜5 接收現場控制系統的數據信息，它們之間采用工業屏蔽雙絞線相連;系統運行機組6 與現場控制系統3 通過數據線和工業屏蔽雙絞線相連，完成對控制系統的驅動、啟停;工業電腦7 通過工業屏蔽雙絞線與網絡控制柜5 中的網絡交換機相連。數據工作站4 用來完成存儲選煤廠各類數據，包括傳感器14 采集的洗選設備運行參數、閉路電視9 采集的洗選監控畫面、報警記錄、檢修記錄以及各類工作計劃報表等。網絡控制柜5，內部包括網絡交換機和路由器，提供選煤廠工業以太網和工業無線網的運行平臺、數據交換和網絡運行監控。系統運行機組6 提供控制系統各程序的安裝、運行平臺。總工和廠長的工業電腦7 通過瀏覽器依靠廠區工業以太網鏈接到上位機監控界面，可以實現隨時對選煤廠各生產過程進行監視。生產監視系統2 由攝像機8、閉路電視9、投影儀10、工業計算機11 和打印機12組成，其中，攝像機8 與工業計算機11 通過VGA 視頻線相連，閉路電視9 和投影儀10 通過HDMI 視頻線與工業計算機11 相連，打印機12 通過USB 數據線與工業計算機11 相連，完成對選煤廠生產過程的監控以及完成打印各工作計劃報表等工作。其中攝像機8、閉路電視9 和投影儀10 完成對選煤廠生產過程的畫面采集并在集控中心實現畫面顯示與危險報警等。而工業計算機11 用來安裝上位機控制系統，實現對選煤廠生產過程的控制，包括設備啟停、過程控制以及報警處理等。打印機11 實現集控中心各類工作計劃報表的打印。現場控制系統3 由下位機控制總站13、分站以及用于采集煤炭洗選設備相關數據的各類傳感器組成，完成對選煤廠生產設備的控制。系統下位機控制總站13 安裝有無線通訊模塊并通過數據信號線與下傳數傳電臺16 相連接。下位機控制分站14 也安裝有無線通訊模塊并通過數據信號線與上傳數傳電臺15 相連接。下位機控制總站13 連接的下傳數傳電臺16 和下位機控制分站14 連接的上傳數傳電臺15 之間通過上述無線通訊模塊所構成的無線局域網相連接，進行數據傳輸。其中傳感器用于采集現場煤炭洗選設備的運行參數，管道壓力、倉位等信號。本實用新型將基于無線通訊的PLC 集中控制系統應用于選煤廠，解決了通訊線纜布線復雜、電纜損壞率高的技術難題，實現了選煤廠集中控制系統數據無線通訊和自動化水平的提高以及選煤廠廠區范圍內無線網絡的覆蓋，能夠推動我國選煤廠網絡化和自動化技術的進一步發展。

3 ?技術應用效果

PLC主機采用S7-300，PLC控制器采用ET200M，與現有技術相比，本技術具有的有益效果：基于PLC的選煤集控系統采用ROFIBUS總線結構，以及成熟的以太網技術，使得現場管線敷設量很大程度的減少，同時也進一步減少了電氣系統的安裝工作量，電纜購置費用和安裝主附材費用比傳統控制方式降低30～40%。本技術對參控設備都設置了就地控制箱，有效保證系統正常運行以及進行調試檢修工作。系統運行良好，可靠性高，而且程序簡潔，維護方便，保證了裝置的長周期運行，經濟效益高。無線通訊的PLC 集中控制系統應用于選煤廠，解決了選煤廠現場布線復雜，電纜損壞率高的技術難題，減少施工量、維護工作量和基建成本。本系統技術通過下位機總站S7-300 PLC與ET200M分布式I/O分站之間數據的無線傳輸，可為選煤廠廠區范圍內后續營建無線網絡覆蓋打下技術基礎，使廠區范圍內無線設備的運用成為可能，使田陳煤礦不斷創新發展，實現降本增效、快捷高效的洗煤、運銷一體化流程，促使煤炭洗選行業網絡化和自動化技術更上一個新的臺階。

參考文獻：

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