基于PLC的選煤廠煤泥壓濾自動(dòng)控制的應(yīng)用分析

李曉靜

（淮北礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，安徽 淮北 235000）

引言

隨著我國(guó)工業(yè)4.0的提出，對(duì)煤炭質(zhì)量要求的提高，煤泥壓濾工作成為提高煤炭質(zhì)量、利用率的關(guān)鍵。洗煤行業(yè)的洗選量增加，對(duì)壓濾設(shè)備的工作效率要求更高。傳統(tǒng)壓濾機(jī)工作效率低、繼電器控制邏輯過(guò)于簡(jiǎn)單、維修復(fù)雜，限制了煤炭壓濾的生產(chǎn)效率。煤泥壓濾流程中的壓濾機(jī)是核心組成部分，壓濾機(jī)的自動(dòng)化程度直接影響生產(chǎn)線的效率。為了提升生產(chǎn)效率、提高壓濾質(zhì)量、降低壓濾成本，響應(yīng)國(guó)家清潔能源的更高要求，渦北選煤廠對(duì)傳統(tǒng)煤泥壓濾系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

1 渦北選煤廠煤泥壓濾控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題

需要大量人工操作是現(xiàn)在煤泥壓濾過(guò)程主要存在的問(wèn)題。煤泥含水量作為壓濾過(guò)程中重要的參數(shù)，需要工作人員來(lái)確定，很難保證系統(tǒng)的精確度以及效率。其次，入料量也由人工調(diào)控，由于工人技術(shù)水平的差異，常常出現(xiàn)壓濾不充分或者過(guò)度壓濾問(wèn)題。再次，關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)存在安全隱患，由于監(jiān)控不到位，煤泥濃度發(fā)生較大的變化時(shí)，極可能導(dǎo)致出現(xiàn)管路堵塞，并且出現(xiàn)問(wèn)題，并不能快速實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)機(jī)制。

2 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

根據(jù)選煤廠壓濾過(guò)程的工作原理，使用PLC控制自動(dòng)節(jié)點(diǎn)代替人工操作，并且實(shí)現(xiàn)壓濾機(jī)的上位機(jī)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制，可保證壓濾系統(tǒng)的故障被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)同現(xiàn)場(chǎng)端PLC進(jìn)行通信，對(duì)PLC的控制數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，便于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析以及歷史記錄分析。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)煤泥壓濾流程的分析，設(shè)計(jì)了以PLC和組態(tài)為主的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其總體方案如圖1所示。由圖1可知，煤泥壓濾自動(dòng)控制系統(tǒng)包括西門(mén)子PLC、人機(jī)交互觸摸屏、入料泵、變頻器、相關(guān)傳感器等單元。

圖1 控制系統(tǒng)總體方案

改進(jìn)后的煤泥壓濾系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多種控制方式的自動(dòng)、手動(dòng)自由切換。煤泥壓濾過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由組態(tài)系統(tǒng)顯示，例如：壓力數(shù)據(jù)、狀態(tài)參數(shù)等，并且技術(shù)員可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，運(yùn)行狀態(tài)直觀可見(jiàn)。通過(guò)采用西門(mén)子總線傳輸技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸與低時(shí)延，并且為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供可能[1]。

3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 PLC選型設(shè)計(jì)

在壓濾自動(dòng)控制系統(tǒng)中，采用西門(mén)子工業(yè)4.0解決方案，PLC選取西門(mén)子S7-1500系列，支持Profibus-DP協(xié)議與變頻器進(jìn)行通信，并且可以與人機(jī)交互設(shè)備通過(guò)以太網(wǎng)通信。PLC控制原理結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2所示。由圖2可知，PLC控制設(shè)備安裝在PLC控制柜中，其中控制柜包括電源模塊、CPU模塊、以太網(wǎng)通信模塊、I/O模塊、繼電器、人機(jī)交互觸摸屏等，而現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備是指壓濾機(jī)及其配套設(shè)施、壓風(fēng)機(jī)等。

3.2 壓力傳感器選型

壓力是煤泥壓濾過(guò)程重要的采集數(shù)據(jù)。壓力的參數(shù)關(guān)系著壓力過(guò)程的質(zhì)量，其主要包括入料壓力、壓榨壓力、進(jìn)風(fēng)壓力。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)壓力數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)分析，采用美國(guó)西特公司的209系列電容式壓力傳感器，型號(hào)為2091200PG2M27P10。

3.3 觸摸屏選型

圖2 PLC控制系統(tǒng)原理圖

采用西門(mén)子可視化人機(jī)交互系統(tǒng)中面向簡(jiǎn)單任務(wù)的KTP400系列HMI。通過(guò)人機(jī)交互觸摸屏的支持，可以對(duì)壓濾系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且可以對(duì)操作員級(jí)的簡(jiǎn)單參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)可控[2]。

3.4 變頻器選型

壓濾系統(tǒng)中，變頻器配合傳感器、PLC工作，對(duì)入料泵、風(fēng)壓機(jī)進(jìn)行變頻恒壓控制，確保系統(tǒng)高效運(yùn)行。采用西門(mén)子G130變頻器，訂貨號(hào)為6SL3310-1GE33-1AA0，額定功率為160 kW，滿(mǎn)足壓濾過(guò)程的要求[3]。

3.5 以太網(wǎng)通信構(gòu)建

通過(guò)WINCC組態(tài)軟件搭建SCADA系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。以以太網(wǎng)為通信介質(zhì)，進(jìn)行PLC與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，完成對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。通過(guò)多線程高速傳輸，保證設(shè)備的遠(yuǎn)程顯示與控制[4]。

4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1 主程序設(shè)計(jì)

煤泥壓濾控制系統(tǒng)的主程序流程如圖3所示。PLC采用依次順序掃描的方式對(duì)程序塊進(jìn)行讀取，OB100作為初始化模塊，系統(tǒng)上電即運(yùn)行OB100，進(jìn)行初始化設(shè)置。OB1作為主程序，依次調(diào)用模塊進(jìn)行壓濾過(guò)程設(shè)備控制[5]。

4.2 子程序設(shè)計(jì)

子程序主要完成模式選擇、自動(dòng)控制以及PID控制。模式選擇子程序用于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)模式切換。自動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)PLC進(jìn)行自動(dòng)聯(lián)動(dòng)控制的設(shè)計(jì)需求。PID模塊用于輸出電機(jī)調(diào)速信號(hào)，對(duì)入料泵、壓風(fēng)機(jī)搭配變頻器進(jìn)行高效的控制[6]。

圖3 系統(tǒng)主流程圖

4.3 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

基于WinCC組態(tài)軟件的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤泥壓濾過(guò)程的監(jiān)控，為監(jiān)控人員提供了良好的可視化界面。通過(guò)WinCC組態(tài)軟件可以實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)壓濾過(guò)程中各設(shè)備的運(yùn)行情況，并且通過(guò)畫(huà)面的切換顯示實(shí)現(xiàn)PLC多個(gè)參數(shù)的設(shè)置。

5 應(yīng)用效果

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，采用PLC監(jiān)控系統(tǒng)的煤泥壓濾過(guò)程，濾餅含水量降低近10%，工藝循環(huán)時(shí)間縮短10 min，提高了煤泥壓濾的工作效率，取得了明顯的改進(jìn)效果。