煤企备煤控制体系
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0前言
原煤一般含有较高的灰分和硫分，备煤加工的目的是降低煤的灰分，使混杂在煤中的矸石、煤矸共生的夹矸煤与煤炭按照其相对密度、外形及物理性状方面的差异加以分离，同时，降低原煤中的无机硫含量，以满足不同用户对煤炭质量的指标要求[1]。由于备煤厂动力设备繁多，控制过程复杂，用PLC改造传统备煤工艺，对于提高备煤过程的自动化，减轻工人的劳动强度，提高产品产量以及安全生产都具有重要意义[2]。
1当前煤炭企业备煤控制系统概述
在备煤控制系统中，其流程为精煤运来后，直接将煤卸入受煤坑，然后由受煤坑下的往复式给料机将煤给入煤1带式输送机，经煤2带式输送机转运至堆取料机主皮带机的任一条上，由对应的堆取料机将煤堆入精煤储煤场，或不经堆取料机直接经煤3、煤4带式输送机把煤送至配煤仓顶层，由设在煤4上的电动卸料车将煤卸入相应的配煤仓储存，实现直拨料。配煤仓下的电子自动配料秤将煤按相应比例配给到煤5带式输送机上，经煤6、煤7带式输送机转运，并经永磁除铁器除铁后，配合煤进入破碎厂房内的可逆反击锤式破碎机，煤被破碎至3mm占90%以上，其中1mm大于50%后，由煤8、煤9及可逆配仓带式输送机运入焦炉煤塔顶的煤仓内供焦炉使用。
2PLC的基本工作原理
PLC在程序执行时，采用了“不断循环顺序扫描”的工作方式，CPU从第一条指令开始，顺序逐条地执行用户程序，直到用户程序结束为止，然后又返回第一条指令开始新一轮的扫描。可编程序控制器就是这样周而复始地重复上述的扫描循环[3]。PLC是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关设备，都应按易于工业控制系统联成一个整体、易于扩充功能的原则设计[4]。
3基于PLC的煤炭企业备煤控制系统的工艺流程与总体设计
3.1工艺流程
（1）先配合后粉碎工艺流程。将各种煤先按规定比例配合，然后进行粉碎。这是中国较普遍采用的一种工艺流程。其优点是工艺过程简单、设备较少、布置紧凑、操作方便等。但硬质煤往往不能实现细粉碎，而软质煤又往往被过度粉碎从而降低了煤的粘结性。因此这种工艺流程只适用于粘结性较好且煤质较为均匀的原料煤。（2）先粉碎后配合工艺流程。将各种煤分别粉碎到要求细度，然后按规定比例配合并充分混合[5]。这种工艺流程可以使不同硬度的煤都能被粉碎到合理的细度以提高配煤准确性，能多用弱粘结性煤并有利于改善焦炭质量。该流程较为复杂，基建投资也较大，因此只适用于硬度差异较大而对粉碎细度要求较高的原料煤。（3）气煤预粉碎工艺流程。先将硬质气煤进行单独粉碎，然后与其它各种煤按规定比例配合，再行粉碎。这种流程可以使硬度较大的气煤粉碎得较细，又可避免使其它粘结性较好的煤过度粉碎，从而使装炉煤粒度组成较为合理并有利于改善焦炭质量。这种工艺流程适用于要求细粉碎的气煤。
3.2总体设计
按照控制尽量集中、处理及时的原则，备煤系统设1个集中监控站，位于新建煤场附近。在主控室内做到自动堆取料、自动配煤、粉碎、上料。PLC采用美国AB公司Lgix5550控制系统，完成现场数据采集、逻辑运算、联锁、数据处理及输出执行指令等功能。软件设计过程中，由于上位机的程序组态王不直接支持西门子的以太网通讯协议，因此需要利用OPCerver来作为过渡。这样也使得局域网上的机器可以方便调用该机的参数，便于远程监视。Lgix5550控制系统PLC采用Step7软件编程。软件采用模块化编程方式，把系统的各个工作编成一个个功能块，在一个OB中调用，方便易用，便于用户理解修改。支持梯形图、语句表。采用一些容错程序设计，加强系统的稳定性[6]。
4基于PLC的煤炭企业备煤控制系统的组成与设计
控制系统主要由上位机和PLC构成，以CRT和鼠标作为主要监控手段，控制台上设系统应急操作按钮及工业电视系统操作键盘。整个备煤系统由上煤、配煤组成，技术方案满足全过程的控制、监控、报警、保护、显示、管理的功能要求。备煤系统PLC的CPU采用双机热备，远程I/O分站之间采用双缆冗余结构通讯，以提高整个系统的可靠性[8]。上煤程控系统由PLC系统、上位机监控系统、控制台、控制柜、电源柜及系统软件组成。
4.1PLC系统
PLC主机技术参数：处理器/时钟速度：1G；寄存器：208K；存储器Flash/SRAM：8M/16M，控制点数：65535；逻辑解算速度：0.1~0.5ms/k；通讯口：MB+口1个，MB口2个。系统硬件采用技术先进、性能可靠、以计算机为基础的硬件，所有硬件均为固态电路，标准化、模块化和插入式结构。机柜内的模件能带电插拔而不损坏，而且不影响其它模件正常工作。模件的种类和尺寸规格尽量少，以减少备件的范围和费用。处理器模件及所有I/0模件均带有LED自诊断显示。数字量输出模件采用光电隔离输出，隔离电压>250V，能直接驱动电动机或任何中间继电器。PLC系统组态软件选用ModiconConcept编程软件，能保证所提供系统采用统一的方式组态。应用程序软件包括实时操作系统程序、应用程序和性能计算程序。在上位工控机上通过设置密码对系统组态，监控软件采用商业化通用软件IFIX。应用软件可在线或离线进行编辑和修改，而且不影响系统的正常运行。顺序控制逻辑采用以逻辑图或梯形图的形式进行编辑，并能打印逻辑图。
4.2上位机系统
整个备煤控制系统共设置2台上位机，连在数据通讯网络上。控制台左右放置2台上位机显示器、2个键盘、2只鼠标、2对音箱，2台主机置于台下。控制台中间为工业电视系统操作键盘、紧急停机按钮及上位机电源开关。为满足输出驱动电流较大的要求，提高系统抗干扰能力，同时可对I/O模块进行保护，全系统输入、输出信号全部采用继电器隔离，隔离继电器全部采用日本OMRON公司产品。现场传感器信号采用AC220V传送，以提高抗干扰能力。控制柜内装电源模块、I/O模块及隔离继电器，以及从现场传输来的信号连接端子排等。电源柜主要包括交流切换分路器1台、直流切换分路器1台、24V直流稳压电源2台。
4.3配煤控制功能
配煤控制通过键盘输入给定加仓指令，实现自动加仓配煤。加仓开始，先顺序给发生报警的超低煤位仓配煤，配一定数量的煤，消除煤仓超低煤位状态。依次给出现低煤位的仓顺序配煤，消除煤仓的所有低煤位信号。所有低煤位信号消失后，再进行顺序配煤，当仓满后转到下一个煤仓进行顺序配煤，直到所有煤仓满煤。煤仓配煤也可以在煤仓层就地由人工通过控制箱上的操作设备进行控制。
5基于PLC的煤炭企业备煤控制系统的测试
目前，该PLC自动控制系统已经在多个煤炭企业正式投入使用，从而实现了备煤车间几十条皮带的统一连锁管理。该系统采用电脑监控与现场模拟画面，操作人员可以在中控室控制每条皮带的开、停机，降低了开、停机的时间间隔，减少了电耗。此外，中控室操作人员可以在第一时间监测到皮带跑偏、打滑等现象，缩短了皮带的调节时间，减少了皮带跑偏所导致的煤料、焦炭的掉料量。同时，如果皮带出现严重跑偏，系统将对该皮带自动掉车，减少对皮带的磨损。PLC自动控制系统的正式投入使用，将减少岗位定员，降低岗位工人的劳动强度，同时在开、停机等操作过程中，通过广播系统提示操作工，安全系数大大提高。
6结束语
总之，基于PLC的煤炭企业备煤控制系统将PLC控制技术、上位机与PLC通信技术和数据采集技术、计算机实时监控技术有机地结合起来，其不仅仅是控制备煤系统的生产运行，且能够与企业MIS系统联网，实现更加远程的管理。