PLC自動控制技術在焦化廠煤系統中的應用

鄒海龍

(拜城縣眾泰煤焦化有限公司，新疆 拜城 842300)

0 引言

在大多數焦化廠中，很多工段尚未實現自動控制，手動控制操作比較普遍。手動操作意味著需求更多的人力資源，其缺點和存在的安全隱患也比較多。手動操作既繁重又不精確，不僅浪費人力，同時作業質量受人力影響比較大，在很大程度上增加了操作的不確定性。而通過自動控制系統操作設備是不會存在這些問題。

本課題目的是發揮PLC控制應用的優勢，從而實現焦化廠工段的自動控制，在同等的條件下創造出更多的價值。

1 PLC的特點

PLC具有可靠、安全、靈活、方便、經濟等特點，PLC之所以能迅速發展，被廣泛應用，決定于它的以下突出特點：①運行穩定、可靠性高、抗干擾能力強。②設計、使用、維護方便。③編程語言直觀易學。④與網絡技術相結合。⑤易于實現機電一體化。

2 PLC自動控制技術在焦化廠煤系統中的應用

2.1 控制系統要求

現有系統只有手動運行方式，設計增加自動運行方式，實現雙運行模式切換，現場操作箱增加遠程和就地轉換開關。通過對電氣回路線路進行改造增設集控室，安裝PLC硬件設施，實現PLC輸出模塊控制電氣元件，PLC輸入模塊檢測現場設備狀態信號的目的，安裝核子稱測量系統，架設工控機，編程下裝自動配煤及工藝聯鎖開停機程序，用畫面組態軟件編輯控制畫面流程圖，完成后進行調試。選擇手動時，現場操作，單臺設備開機，自動控制斷開；選擇遠程時，手動斷開，由集控室工控機電腦操作，根據工藝開停機聯鎖關系進行開停機操作。

2.2 焦化廠煤系統的工藝流程

2.2.1 備煤系統工藝流程

受煤坑→板式給料機→煤1#皮帶→預粉碎機→煤2#皮帶→粉碎機→煤3#皮帶→卸料小車→配煤罐。此工段為原煤上煤工段由3個受煤坑通過原煤拉運車輛直接倒入坑中或鏟車運至坑中卸煤，可同時3個坑開啟或選其中任意一個卸煤，煤通過受煤坑下部板式給料機把煤卸到煤1#皮帶上，再由煤1#皮帶運送到預粉碎機內進行預粉碎，預粉碎完成后由煤2#皮帶從預粉碎出料口把煤運送至粉碎機的進料口進行二次粉碎，粉碎合格后的煤最后由煤3#皮帶送到配煤塔頂部通過卸料小車把不同種類的煤卸到7個配煤罐中。

2.2.2 配煤系統工藝流程

配煤罐圓盤給料機→稱量膠帶機→煤4#皮帶→混煤器→煤5#皮帶→卸料小車→煤塔。此部分包括7臺圓盤給料機與7臺稱量膠帶機，通過7個配煤罐不同的煤種按類別按稱重比例進行配煤，根據比例設定控制哪幾種煤罐需要下煤，通過圓盤給料機將煤帶下來送到稱量膠帶機上用核子稱進行實時稱量以保證配煤的精確性，再由煤4#皮帶接住稱量皮帶上的煤送至混煤器進行充分攪拌，使不同煤種的煤充分混合，最后由煤5#皮帶接住后直接送到煤塔通過煤塔頂部的卸料小車卸入煤塔為煉焦工段提供煉焦用煤，之后冶煉不同級別的焦炭。整個備煤系統主要由5條皮帶，1臺預粉碎機，2臺粉碎機(1開1備)，7個圓盤給料機，7臺稱量膠帶機，7臺核子稱組成，最大設備破碎機電機功率450 kW，最小電機稱量膠帶機電機4 kW，通過順序開機逆序停機的關系進行開停機操作完成整個配煤系統正常工作。

2.3 控制系統設計

2.3.1 基本控制思路

對圓盤給料機變頻調速器進行自動化改造：采用閉環控制系統，以圓盤給料機為控制對象，配煤盤傳動電機為執行環節，核子秤為測量環節。

2.3.2 稱量方案的選擇

稱量系統的穩定性和精確度決定了整個配煤自動化系統的穩定性和控制精度。就目前來看，稱量系統基本有兩大類型，一種是接觸式稱量系統，如電子皮帶秤；另一種是非接觸式稱量系統，如核子秤。這兩種稱量方式各有優缺點：電子皮帶秤具有靜態、動態精確度高，標定簡單等優點，但工作環境要求較高，維護也相對復雜；核子秤具有激勵物料的動態精確度高(±1%)，運行穩定可靠，使用期長(約30年)，易于安裝，維護量小等優點，但實物標定較為復雜。

結合現場工作環境和工藝特點，本設計采用核子秤的稱量方案。

2.3.3 控制方式的確定

根據幾種常用工業控制機的基本特點，結合配煤生產工藝的實際情況和工序操作控制要求，按照系統預期的功能，并統籌考慮本項目的投資額度和日常的維護，對幾種控制模式的對比和論證，最終確定采用施耐德昆騰140系列PLC控制器，對7個配煤罐的單種煤配入量單獨進行計量和調節控制，各形成一個回路。

通過高速數據通道將各個回路的信息集中起來，送到工控機進行集中監視和操作。同時各路單元出現故障時，不影響其他單元正常工作，便于維護檢修。

為避免在自動操作過程中現場出現問題而中控沒有檢測到導致故障發生的情況，在線路改造時應考慮自動控制轉換開關只切斷手動開機的啟動回路而不切斷手動的停機回路保證現場在任何狀態下都能停機。其次，要了解所選擇的器件：操作可分為現場操作和實驗室操作；在現場有具體的設備供我們操作，而在實驗室內有相應的仿真設備可使用，如PLC、上位機監控、組態等一些應用軟件。

2.3.4 實施方案

1)將備煤、配煤及輔助設備參與自動連鎖開停機的設備，對現場操作箱各安裝1支轉換開關，用于現場與自動兩種開機條件的選擇切換使用。

2)增加鋪設操作箱至配電室至集控柜的線路改造電氣線路原理，從而實現集控開機的功能。

3)增加鋪設配電室至集控柜信號線，將設備的開機狀態從電氣的接觸器上或變頻器上取信號傳至集控柜PLC輸入模塊上，提供開停機狀態顯示與聯鎖停機功能，將參與自控設備的馬達保護器信號與拉繩跑偏等信號傳至集控PLC柜輸入模塊上，提供過載停機保護、皮帶跑偏停機保護、事故拉繩護急停保護與各保護狀態顯示功能。

4)增加鋪設集控柜至配電室控制線路，將PLC繼電器輸出模塊的繼電器無源節點通過控制線路并聯到電氣的開停機回路里，實現自動開停機。

5)增加鋪設集控柜至破碎機信號線，將破碎機電機及軸瓦溫度測點熱電阻信號傳至PLC柜熱電阻輸入模塊中，達到遠程監控主要設備溫度及高溫報警極限停機的功能。

6)增加集控柜至配電室控制線路，將PLC繼電器輸出模塊節點并聯接入聲光報警器電氣啟動線路中，達到自動開機前預警功能。

7)增加安裝核子稱測量系統，將配料儀表煤量信號傳入PLC模擬量模塊中，從而達到按比例自動配煤的功能。

3 結語

通過本次設計，將PLC應用到實際生產之中。利用相關輸入輸出模塊、通信模塊、電源模塊、CPU模塊、工控機以及相關軟件，實現了焦化廠煤系統的自動控制。本設計實現了自動稱配煤，降低工人勞動強度，提高了配煤的合格率，系統能夠實現集中監視和管理，并且能夠在現場對各個煤種的配入量實現單獨調節和控制，在實踐中得到良好應用。