焦化廠備煤及配煤綜合系統(tǒng)中PLC的應(yīng)用

張 棟

(山西西山煤氣化有限責(zé)任公司，山西 太原 030200)

0 引言

PLC(Programmable Logic Controller)即可編程邏輯控制器，該系統(tǒng)通過(guò)儲(chǔ)存器、邏輯計(jì)算、定時(shí)功能、順序控制、數(shù)字I/O控制器實(shí)現(xiàn)控制效果[1-3]。現(xiàn)如今，焦化廠生產(chǎn)空間較大并且處于外部環(huán)境，備煤管理存在困難，如各類(lèi)型煤炭堆放存在混質(zhì)，在外部環(huán)境下對(duì)煤炭影響較大，生產(chǎn)資金投入高。為此，應(yīng)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)備煤與配煤一體化控制，以期節(jié)約占地空間和成本投入，并提高焦炭性能。

1 PLC應(yīng)用原理

1.1 硬件應(yīng)用

硬件結(jié)構(gòu)：綜合系統(tǒng)以PLC為中心，利用SCADA，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)[4-6]。在組成中運(yùn)用上位機(jī)、PLC主站、控制器。焦化廠備煤與配煤綜合系統(tǒng)運(yùn)用PLC系統(tǒng)分為操作站、控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)、I/O控制。

硬件特點(diǎn)：①I(mǎi)/O控制單元。I/O控制單元通過(guò)I/O模式完成PLC與電氣回路連接，傳感器搜集到的信號(hào)通過(guò)I/O控制單元傳輸至CPU；②CPU。CPU通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位機(jī)，結(jié)合信息給出相應(yīng)命令，上位機(jī)給出命令的過(guò)程中正好相反；③編程器。PLC編程器利用施耐德自動(dòng)化編程軟件，具有擴(kuò)展配置與可重復(fù)使用編程的優(yōu)勢(shì)，能夠節(jié)約控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、維護(hù)成本，程序生成過(guò)程中明確硬件系統(tǒng)。該組態(tài)支持線上線下進(jìn)行，組態(tài)工具Concept對(duì)編輯器利用標(biāo)準(zhǔn)菜單，例如Windows、File；④控制網(wǎng)絡(luò)。控制網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)通信重要組件，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性與可擴(kuò)充性具有積極影響。

1.2 軟件應(yīng)用

編程軟件：編程軟件為Concept，以Windows 2000 Professional系統(tǒng)為基礎(chǔ)的編程軟件包，該程序可以重復(fù)利用，具有較強(qiáng)的搜索功能，連接簡(jiǎn)便，容易操作[7-9]。該軟件有助于綜合系統(tǒng)的多條料線處于運(yùn)行條件，操作過(guò)程為：確定操作狀態(tài)過(guò)程中自動(dòng)控制狀態(tài)與手動(dòng)控制狀態(tài)；檢查料線運(yùn)行狀態(tài)，有無(wú)占用現(xiàn)象、是否需要啟動(dòng)多條料線進(jìn)行。

配煤量與物料量：①配煤量控制。給煤根據(jù)上位機(jī)的配比輸入和計(jì)算控制，也就是把需要的規(guī)格輸入配比計(jì)算系統(tǒng)，指定配料計(jì)算方法與數(shù)值，再計(jì)算出所需比重與配比；②物料量控制。確定配比后上位機(jī)將設(shè)置參數(shù)借助通信接口傳輸至稱(chēng)量控制儀表，儲(chǔ)煤倉(cāng)內(nèi)煤炭下落至稱(chēng)量皮帶，重量從稱(chēng)重傳感器檢驗(yàn)獲得煤流量的反饋電壓信號(hào)至儀表并運(yùn)算為當(dāng)前參數(shù)；③輸入控制信號(hào)到變頻器，反饋參數(shù)輸入變頻器和參數(shù)對(duì)比計(jì)算，實(shí)現(xiàn)煤量控制。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)研發(fā)：①聯(lián)鎖控制功能。需要用到自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)備位置與運(yùn)行調(diào)整，將聯(lián)鎖信息傳輸至電氣系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)鎖控制；②遠(yuǎn)程監(jiān)控。遠(yuǎn)程監(jiān)控可以借助控制室控制、搜集各信息數(shù)據(jù)，比如點(diǎn)檢信號(hào)、電流參數(shù)，在自動(dòng)控制條件下自由聯(lián)鎖，還能夠在人工控制中自主控制；③在線診斷與報(bào)警。該功能可以判斷系統(tǒng)硬件故障、軟件，保證發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，為工作人員提供便利；④權(quán)限控制。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安排不同人員在各安全應(yīng)用層操作權(quán)限與管理權(quán)限，工作人員僅可以監(jiān)督操作臺(tái)，系統(tǒng)管理人員有權(quán)調(diào)整系統(tǒng)。

2 PLC在備煤及配煤綜合系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為保證焦化廠生產(chǎn)穩(wěn)定性與可靠性，設(shè)計(jì)了中央聯(lián)動(dòng)控制、機(jī)旁單獨(dú)控制兩種控制形式。設(shè)備控制電機(jī)旁安裝操作箱，操作轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)各位置信號(hào)，即自動(dòng)與手動(dòng)[10-12]。首先，中央聯(lián)動(dòng)控制。設(shè)備轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)處于自動(dòng)位置，斷路器合并代表設(shè)備處于中央操作狀態(tài)，為中央聯(lián)動(dòng)運(yùn)行條件，系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行準(zhǔn)備后啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)PLC程序。機(jī)旁單獨(dú)控制：設(shè)備轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)處于手動(dòng)位置，斷路器合并代表設(shè)備處于機(jī)旁單獨(dú)操作狀態(tài)。手動(dòng)位置，操作箱安裝按鈕作為啟停開(kāi)關(guān)，用于設(shè)備單獨(dú)控制，該控制形式在聯(lián)動(dòng)設(shè)備發(fā)生故障無(wú)法運(yùn)行的條件下應(yīng)用。

2.2 過(guò)程控制

備煤系統(tǒng)過(guò)程控制：備煤系統(tǒng)分為集中啟動(dòng)、凈化停止、一起停止、緊急停止。根據(jù)工藝可分為配煤前子程序與配煤后子程序。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合各起點(diǎn)、中間點(diǎn)、終點(diǎn)劃分各運(yùn)行形式。

配煤系統(tǒng)過(guò)程控制：配煤作為備煤系統(tǒng)中心過(guò)程，配煤槽包括一二期，各5個(gè)槽，共10個(gè)配煤斗，以物位計(jì)監(jiān)視在庫(kù)量，物位計(jì)選擇重錘料位計(jì)，輸出模擬量信號(hào)5～20 mA。連接至PLC模擬量輸入單元，用于操作工高料位故障監(jiān)控與處理。煤槽前皮帶上裝皮帶秤監(jiān)控煤料，工作人員觀察上煤狀態(tài)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)停止裝運(yùn)。工業(yè)PC機(jī)與PLC用于中央操作控制組件與顯示組件，皮帶秤數(shù)字控制單元與稱(chēng)重控制單元連接，應(yīng)用在對(duì)稱(chēng)量與給料系統(tǒng)過(guò)程控制與管理完成給料帶式輸送機(jī)，稱(chēng)量帶式輸送設(shè)備順序啟動(dòng)、報(bào)警與模擬量信號(hào)處理完成自動(dòng)與手動(dòng)控制，與輸煤系統(tǒng)PLC通信，完成聯(lián)鎖停車(chē)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行接口和皮帶秤數(shù)字控制單元、稱(chēng)重控制單元與打印機(jī)、上位機(jī)連接。PLC控制設(shè)備在備煤與配煤綜合系統(tǒng)中應(yīng)用多年，系統(tǒng)總運(yùn)行效果良好。特別是熱備單元、雙MB+及I/O網(wǎng)絡(luò)提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。系統(tǒng)安裝運(yùn)行完善接地增強(qiáng)抗干擾性。

主控站軟件：主控站軟件是從Windows 2000 Server操作系統(tǒng)，采用WinCC作為組態(tài)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。WinCC作為西門(mén)子用于生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化專(zhuān)用組態(tài)軟件，用戶經(jīng)過(guò)WinCC有助于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)組態(tài)編程。該系統(tǒng)分為監(jiān)視功能，實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。參數(shù)可設(shè)置為配比設(shè)置與控制，系統(tǒng)具備啟動(dòng)停止延時(shí)、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間設(shè)置與控制功能。控制系統(tǒng)為順序起停，設(shè)備可單獨(dú)調(diào)試設(shè)置與控制。趨勢(shì)曲線顯示配煤通道與計(jì)量?jī)x表的流量曲線、歷史曲線，以及主皮帶電機(jī)與一二次破碎機(jī)電流實(shí)時(shí)曲線。系統(tǒng)故障、故障信號(hào)實(shí)時(shí)記錄與顯示，歸檔與統(tǒng)計(jì)。

2.3 應(yīng)用實(shí)例分析

實(shí)例概況：該焦化廠備煤系統(tǒng)及配煤系統(tǒng)優(yōu)化分為兩個(gè)階段，其中第二標(biāo)段為儲(chǔ)配煤槽，占地面積6 888 m2，總倉(cāng)容140 000 t。地震設(shè)防烈度為6°，±0.000相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高39 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)架填充選擇非承重?zé)Y(jié)粉煤灰空心樁，M5水泥砂漿砌筑。

優(yōu)化內(nèi)容及效果：備煤系統(tǒng)主要工作是卸車(chē)、儲(chǔ)存加工配合符合焦?fàn)t生產(chǎn)要求的煤料，分為輸煤系統(tǒng)與配煤系統(tǒng)。優(yōu)化設(shè)計(jì)主要針對(duì)由卸車(chē)場(chǎng)-煤場(chǎng)-配煤室兩條料線研究。可編程控制器具有體積小、功能大的特點(diǎn)，能夠順利完成順序邏輯、運(yùn)動(dòng)控制、定時(shí)控制、數(shù)字運(yùn)算，通過(guò)輸入輸出接口創(chuàng)建與各類(lèi)生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量與模擬量的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。本項(xiàng)目中，基于IPC+PLC模式創(chuàng)建控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，工作人員對(duì)自動(dòng)控制的管理逐漸從中央控制室操作站轉(zhuǎn)變。中央操作和現(xiàn)場(chǎng)控制能夠獨(dú)立運(yùn)行，有效提升了自動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。

管理功能提高：改進(jìn)后很多參數(shù)可以在上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)的工藝流程參數(shù)中顯示。工作人員只需輸入煤種配比、水分，系統(tǒng)即可得出單種煤的流量設(shè)定參數(shù)，顯示瞬時(shí)流量與累計(jì)量。將皮帶轉(zhuǎn)速搜集到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)即可減少計(jì)算量，還有助于設(shè)備故障診斷，降低故障發(fā)生率。此外，歷史趨勢(shì)圖可以顯示并儲(chǔ)存主要變量的變化趨勢(shì)，為配比數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析創(chuàng)造條件，完善焦炭的系統(tǒng)管理。稱(chēng)量過(guò)程中，上位機(jī)把需要效驗(yàn)的核子稱(chēng)狀態(tài)設(shè)定為校稱(chēng)，PLC系統(tǒng)可自動(dòng)輸出18 Hz并維持3 min，皮帶處于恒速條件，確保效驗(yàn)精準(zhǔn)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，備煤車(chē)間自動(dòng)控制系統(tǒng)升級(jí)改造，增加了多條煤線控制與檢驗(yàn)，完成了主控室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的集中控制，提升生產(chǎn)效果、優(yōu)化工作環(huán)境、節(jié)約操作人員。事實(shí)證明，PLC的應(yīng)用穩(wěn)定性高、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、報(bào)警準(zhǔn)確、總體控制、操作簡(jiǎn)單，根據(jù)工藝流程實(shí)現(xiàn)交叉復(fù)雜順序控制與邏輯控制，協(xié)調(diào)各自系統(tǒng)的連接以及設(shè)備聯(lián)鎖從而提升生產(chǎn)效果。先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用提升了系統(tǒng)應(yīng)用效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)可取代人工操作實(shí)現(xiàn)作業(yè)制度的在線管理，并且保證了應(yīng)用質(zhì)量。