PLC集中控制系统在五沟选煤厂的应用

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【摘要】介绍了plc在选煤控制系统中的应用。集中控制系统采用AB公司ControlLogix 1756系列PLC，上位采用AB公司RSView工控组态软件，具有良好的系统兼容性和人机界面。实际证明，PLC的应用，提高了自动化控制水平，降低了工作人员的劳动强度，保证了选煤的安全可靠运行，取得了良好的经济和社会效益。

【关键词】可编程序控制器（PLC）；选煤；过程控制；应用

一、概述

安徽省皖北煤电集团有限责任公司五沟矿井选煤厂原始设计60万t/a矿井型炼焦煤选煤厂，采用重介和浮选工艺。后来矿井产能提高，改扩建至120万t/a。选煤厂同期经过改扩建，设计能力达到120万t/a。

五沟矿井按现代化矿井建设，全矿建立综合自动化控制系统，要求矿井各主要生产环节都将实现计算机控制，选煤厂生产系统作为重要的生产环节，选煤厂自动化生产显得尤其重要。

随着PLC控制系统广泛应用，选煤厂设计PLC集中控制系统一套，实现集中控制并可实现远控。选煤厂集中控制系统与地面生产集中控制系统采用统一的工业以太网网络接口互相通讯。在集中控制中心，实现全厂所有系统设备的联锁调度。

通过建立控制与管理一体化的生产系统管理网络，实现高产高效的目标；同时也为实现五沟矿综合自动化系统、建设现代化矿井，提供自动化、信息化的技术基础。

二、集中控制系统

1、集中控制系统组成

系统根据工艺流程和现场设备控制要求，结合施工安装的便利性考虑，基于配电设备布置位置，分为以下几个控制站：主厂房控制站、

压滤车间控制分站、浓缩车间控制分站、后期在浮选车间配电室内增加一组远程分站。

选煤厂生产监控系统主站设在选煤厂主厂房三层配电室内。压滤车间、浓缩车间的配电室内各设一组远程分站，后期在浮选车间配电室内增加一组远程分站。主站与各远程分站采用Controlnet通讯协议通过同轴电缆实现数据联接。生产监控系统的数据处理和控制核心由主站的PLC控制系统来完成。

各站分散控制，就地安装接线，施工及检修方便；各站之间采用Controlnet网络通讯，有效利用网络资源，节约安装成本。

生产集中控室设2台研华工业监控管理计算机，一台工业以太网交换机。工业监控管理计算机通过EtherNet/IP工业以太网与选煤厂PLC通讯，与地面生产系统AB的PLC通过工业以太网络进行通讯。并且为了实现在矿井调度中心对本系统进行综合监测监控，选煤厂生产控制系统预留有EtherNet/IP通讯口与矿井综合自动化系统也通讯。

集中控制室内还设有重介密度控制系统、加压过滤机控制系统和压滤机单机自动化系统。

2、集中控制系统设备

系统所选用的可编程控制器采用AB公司ControlLogix 1756系列PLC，该PLC控制作为生产监控系统的数据处理和控制核心，负担全厂的生产管理任务，将主洗、尾煤、煤泥等系统按照“逆煤流启车，顺煤流停车”的原则统一工作。

选煤厂集中控制系统主机设2台工业监控管理计算机，其中一台专用于操作控制功能（正常运行时，可切换至监控画面）另一台专用于系统监视，两台主机完全热备。每台工控机均配一台21大屏幕液晶显示器。

考虑到控制系统的可靠性，操作系统及组态软件采用正版软件。组态软件采用AB上、下位软件。研华工业监控管理计算机上位采用AB公司RSView工控组态软件，编程采用RSLogix 5000编程软件工具。

选煤厂集中控制设计一台美国恩创工业以太网交换机，4光口16电口。工业以太网交换机承担上位机、选煤厂与地面生产系统通讯，以及与矿井调度中心通讯的任务。

三、生产过程控制系统

五沟选煤厂集中控制系统范围包括重介密度控制系统，动筛洗选系统、浮选系统、尾煤及煤泥处理系统。

1、控制方式

该控制系统所有设备均具有集中自动、集中手动、就地检修三种控制方式。对不便参与集控设备仅设置手动方式，对自成调节系统的部分设置手动、自动方式，各运行方式可在自动跟踪状态下实现无干扰的切换控制。

集中自动方式的所有操作均应能通过主控室上位机软操作（键盘或鼠标）实现，各设备之间按工艺的要求在PLC控制下 自动联锁运行。在集中控制方式时，设备按逆煤流方向启车，按顺煤流方向停车原则运行。在启动或运行过程中，各相连设备间设有电气联锁，当某台设备发生故障停止时，其上部设备相应停止启动或运行。在非常情况下，集控室、现场都能停车。在集中控制方式时参加集控的各设备不能就地开车。集中控制时，起车前，有控制室向现场发送起车预告信号，系统中的各设备按闭锁关系和顺序的要求自动启车，在向现场发送预告信号和系统启车过程中，现场和集控室均能撤销预告信号，终止启车过程，并发出声光报警信号。当设备故障时，一般事故只做报警，对影响设备运行和人身安全的事故同时作用于停车。所有参控设备在集控允许的情况下（就地状态），均可在就地实现单台启、停；集中运行状态时，现场启车按钮无效，停车按钮有作用，现场死机可根据情况操纵停车按钮停车，且生产时该台设备的来煤方向各设备均联锁停车。以上这些控制功能都是通过PLC及其内的程序逻辑来实现的。

集中手动手动方式分为联锁手动和解锁手动。联锁手动是操作人员在上位机上通过PLC完成。操作人员根据运行要求在上位机上调出相应画面进行。对已选择好的工艺流程的设备按联锁方式一对一的启动和停止设备。

解锁手动也在上位机进行操作，此时无任何联锁关系，可启停任何设备。对系统内无需闭锁关系的设备操作采用解锁手动方式操作。

检修方式就是在就地按钮箱上进行操作，此时控制室对设备不起控制作用，仅对各设备运行状态进行监视。

系统除在闭锁工艺流程中个别设备出现故障情况下，可采用正常停车方式外，还可对并列设备或并列系统采取屏蔽故障设备的功能，奖故障设备退出集控，待处理故障完毕再解除屏蔽，加入到闭锁控制系统中。

2、控制采集数据内容

主厂房内系统设备主要由皮带机、刮板机、离心机、电动筛、水泵等构成。控制系统对设备的工艺参数、电气参数及设备工况进行检测显示。

工艺参数主要有：煤泥水箱液位、煤的流量及累积量以及在线灰分。

设备电气参数主要有：高压变频器电机的电流及频率。

设备工况参数主要有：每台设备均设置以下几个状态监视信号：集控/检修、接触器运行、就地按钮紧停、电机保护器故障信号、断路器分合。其中皮带机增加：拉绳紧停、跑偏、打滑信号。加压过滤机自带PLC控制系统，只接有启动信号及运行返回和故障信号。

闸阀设置的监视信号有：集控/检修、开阀接触器运行、关阀接触器运行、就地按钮紧停、开阀到位开关信号、关阀到位开关信号、阀电机保护器故障信号、断路器分合等；以及开阀关阀两个控制信号。

变频器监视信号有：变频器电源打开、变频器运行、变频器故障、就地按钮紧停等监视信号和一个变频器电源开控制信号，一个变频器运行控制信号，一个变频器给定量模拟信号。

3、控制系统实现功能

实现设备与工艺参数之间以及设备相互之间满足工艺要求的闭锁，实现电机的转速调节，调整工艺参数，满足生产要求。实现生产系统与相关系统接口设备满足工艺要求的闭锁。在系统运行及停车状态发生故障时，均具有必要的联锁保护。所有设备设有过载保护。

四、软件设计

1、编程软件

采用RSLogix 5000软件对设备编程实现对生产的监视和监控。对设备进行信号采集和处理。

2、组态软件

通过AB的RSView组态软件对系统进行组态画面，这样可以很直接地观看出系统的工艺流程。通过组态画面还可以查看历史报表及报警信息，更好的了解设备运行情况。

组态软件具备实时报警和历史报警，实时报警可实时显示每个测点参数（如水位、压力超限）及系统运行状态（如设备的供电、故障、系统通讯情况等），同时发出声光或语音报警信号。历史报警允许用户随时查询、打印所有报警记录。

组态软件具有良好的人机界面，直观动态显示生产系统及相关系统的动态流程图、设备工况、工艺参数等，并实现工艺参数及设备开停工况的历史曲线显示。

五、PLC在选煤厂的应用效果

1、可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性。

2、PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使PLC组成各种控制系统变得非常容易。PLC拥有各种通讯协议，通过扩展增加通讯模块方式，可以接入不同种通讯协议。五沟选煤厂采用了Controlnet和EtherNet/IP工业以太网通讯协议。

3、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

4、系统容易改造和扩容

在五沟选煤厂后期改扩建，通过Controlnet网络增加了一个分站，而不是增加一个PLC主站，从而节约了成本。同时又通过增加工业交换机，选煤厂与地面生产系统集中控制系统联网，使整个矿井主煤流生产系统形成网络一体，加强了生产安全，便于管理和提高整个矿井的自动化程度。

六、结束语

通过自动化集中控制系统，不但可在集控室实现对子控制系统的监视，还可使用软件对系统进行监控、调试和编程。降低了设备维护和维修量，减轻了员工的负担。通过对选煤系统的不断改造使选煤工艺和系统控制进一步优化，提高了选煤质量，加强了生产安全，为该厂的高效发展奠定了基础。