洗煤廠集中自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：為了提高洗煤廠工作效率，采用可編程序控制器構(gòu)成具有一定自動化水平的工業(yè)生產(chǎn)線，結(jié)合洗煤廠特點，簡述了可編程序控制器系統(tǒng)的開發(fā)過程、注意事項及應(yīng)用實例，并對其進(jìn)行了論證，以供參考。介紹了以三菱PLC和工控機構(gòu)成的洗煤廠分布式集中控制系統(tǒng)，給出了設(shè)計要求、硬件配置及軟件設(shè)計等，具有控制可靠，運行良好的特點。
關(guān)鍵詞：洗煤廠；設(shè)計；工控機；PLC

    洗煤廠是煤炭深加工的主要場所之一，通過對原煤的洗選對增加煤炭生產(chǎn)企業(yè)的煤炭品種和提高企業(yè)的經(jīng)濟效益有重要作用。洗煤廠各部分的地理位置相對比較分散、測控點多、工藝要求復(fù)雜，對洗煤廠實行集中控制，可有效地提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和控制煤品的質(zhì)量。本文介紹的集中控制方案簡潔明了，設(shè)備投資成本較低，有一定的推廣價值。

1 PLC工作原理及功能
    PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強，使用方便，易于實現(xiàn)機電一體化的優(yōu)點，因此，當(dāng)被控制系統(tǒng)具有以下特點時，宜優(yōu)先選用。
    (1)輸入輸出以開關(guān)量為主；
    (2)輸入輸出點數(shù)較多，一般應(yīng)大于20點；
    (3)控制系統(tǒng)使用環(huán)境較差，可靠性要求高；
    (4)系統(tǒng)工藝流程復(fù)雜，用常規(guī)的繼電器接觸器控制難以實現(xiàn)；
    (5)系統(tǒng)工藝有可能改進(jìn)或系統(tǒng)的控制要求有可能擴充。
    洗選生產(chǎn)工藝相對復(fù)雜，測控點多，即使是中小型洗煤廠車間的測控點，也超過20點，一條新型洗選生產(chǎn)線的測控點大約在3 000點左右，隨規(guī)模大小、主機設(shè)備及工藝流程的不同而有所變化，測控點的類型以開關(guān)量點為主，洗煤廠用于電機順序控制的測點數(shù)占所有測控點的80％以上，同時洗選工藝設(shè)備單機容量大，生產(chǎn)的協(xié)調(diào)性、快速性和連續(xù)性強，而環(huán)境條件惡劣，高溫、高粉塵、大振動、強干擾等，洗選生產(chǎn)線所有這些特點，客觀上要求采用高水平的自控系統(tǒng)，另一方面，中小洗煤廠由于缺乏高素質(zhì)的自動化技術(shù)人員，主觀上迫切需要設(shè)計容易、安裝簡單、調(diào)試周期短、現(xiàn)場檢查維修方便、擴充改進(jìn)容易的控制系統(tǒng)，而PLC控制系統(tǒng)正是適應(yīng)和迎合了中小洗煤廠的需要，成為中小洗煤廠技術(shù)改造、提高自動化水平的優(yōu)選控制系統(tǒng)方案。PLC控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)的比較見表1。

2 洗煤廠控制系統(tǒng)組成和工作原理
2．1 洗煤廠控制對象和設(shè)計要求
    洗煤廠主要包括三大部分功能：一是主洗廠房，是洗煤廠的核心部分用來對入洗原煤進(jìn)行分篩選取，主要控制設(shè)備有原煤入洗皮帶、高頻篩、跳汰機、撈坑斗式提升機以及末煤、精煤和混煤刮板運輸機等；二是泵站房，用來提供主洗廠房所需的水循環(huán)系統(tǒng)和煤泥的濃縮等，主要控制設(shè)備有濾液泵、煤泥泵和液位計等；三是裝車房，用來對已洗煤進(jìn)行裝車控制，主要控制設(shè)備有配倉刮板機、給煤機、裝車皮帶、牽牛和稱重計等。
    系統(tǒng)的設(shè)計要求有：上位機作為主站與三個PLC分站構(gòu)成分布式集中控制系統(tǒng)，可對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制，并對運行狀況進(jìn)行監(jiān)視。三個PLC從站分別用來控制主洗廠房、泵站和裝車房的運行和對相關(guān)的運行信息進(jìn)行采集。整個系統(tǒng)須逆向起動，順向停車。當(dāng)任一設(shè)備出現(xiàn)停機故障時，其上級的所有設(shè)備必須立即停止，而下級所有設(shè)備順向延時停車，具有集中控制和單機控制功能，上位機應(yīng)有清晰的工藝流程畫面和相關(guān)的信號指示及信息顯示。
2．2 洗煤廠控制工作原理
    現(xiàn)場的控制和運行狀態(tài)信號經(jīng)三個PLC從站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和變換，通過RS 485網(wǎng)送到上位工控機進(jìn)行顯示，工控機根據(jù)系統(tǒng)的運行狀態(tài)發(fā)出控制指令。由于三個PLC從站實際上是并聯(lián)連接，因此它們之間的數(shù)據(jù)是通過上位機發(fā)出的指令進(jìn)行傳送的。
2．3 洗煤廠控制系統(tǒng)硬件組成
    FX2N是三菱FX系列PLC家族中最先進(jìn)、性價比最高的一種，其突出優(yōu)點是包容了標(biāo)準(zhǔn)特性，程序執(zhí)行更快且全面補充和完善了通信功能，具有滿足單個需要的大量特殊功能模塊，最大控制點數(shù)高達(dá)256點，為自動化控制提供了最大的靈活性和控制能力。
    在網(wǎng)絡(luò)和通信方面，F(xiàn)X2N系統(tǒng)采用世界上最流行的開放式網(wǎng)絡(luò)CC-Link，Profibus和DeviceNet以及RS 232，RS 422或RS 485串行通信，可組成傳輸高達(dá)12 Mb／s的控制網(wǎng)絡(luò)。
    采用三菱FX2N系列PLC及其串行通信轉(zhuǎn)換接口FX-485PC-IF與研華工控上位機組成分布式集中控制系統(tǒng)，如圖1所示。

    其設(shè)計要點為：由于上位機為RS 232通信接口，而PLC為RS 485接口，必須通過通信轉(zhuǎn)換接口FX485PC-IF進(jìn)行轉(zhuǎn)換；由于上位機主站到最末的3號PLC從站的實際距離為400 m左右，而FX2N系列PLC的RS 485通信板所構(gòu)成的網(wǎng)路最大傳輸距離為50 m，因此在每臺PLC從站上要用三菱通信適配器FX-485-ADP替換RS 485通信板，使上位機主站到最末一級的PLC從站的實際通信距離達(dá)到500 m，以滿足現(xiàn)場設(shè)計的要求。
    為增強系統(tǒng)的抗干擾能力，三個PLC從站對現(xiàn)場采集的數(shù)字量輸入信號和PLC數(shù)字量輸出信號均經(jīng)過繼電器隔離，模擬量信號的傳輸均采用屏蔽電纜；采用二臺上位工控機，通過轉(zhuǎn)換板使之互為備用，二臺工控機運行相同的程序和畫面。
2．4 洗煤廠控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
    系統(tǒng)軟件主要由PLC編程軟件和上位機監(jiān)控軟件兩部分組成。PLC編程軟件使用專門開發(fā)的用于FX系列的FX-PCS／Windows 9X編程環(huán)境，可用梯形圖、指令表或時序功能圖進(jìn)行編程；監(jiān)控軟件采用三維科技的Force Control(力控)，此軟件可方便地創(chuàng)建Windows操作系統(tǒng)下豐富的人機界面／監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(HMI／SCADA)應(yīng)用系統(tǒng)。
    現(xiàn)場側(cè)點信號由三個PLC從站采集后，通過RS 485網(wǎng)絡(luò)送至IPC進(jìn)行顯示；煤倉中的煤位、水池中的水位等調(diào)節(jié)量和報警設(shè)定值在IPC操作后，結(jié)果通過RS 485網(wǎng)絡(luò)送至相應(yīng)的PLC。
    IPC運行三維的Force Control軟件，通過軟件本身的實時數(shù)據(jù)(DB)和I／O驅(qū)動程序，建立起DB與I／O驅(qū)動程序的服務(wù)器／客戶計算模式，I／O驅(qū)動程序完成過程I／O數(shù)據(jù)的采集與回送，三個PLC從站分別與三個I／O驅(qū)動程序相連。PLC之間的數(shù)據(jù)傳遞可通過創(chuàng)建腳本程序，并通過IPC發(fā)出指令來完成。
    系統(tǒng)采用三維科技的Force Control 2．0工控組態(tài)軟件進(jìn)行畫面的顯示設(shè)計。Force Control有三種獲得數(shù)據(jù)的方法：使用系統(tǒng)本身提供的I／O驅(qū)動程序、用戶開發(fā)動態(tài)數(shù)據(jù)庫DLL和使用動態(tài)數(shù)據(jù)交換DDB。由于系統(tǒng)本身具有FX系列PLC的I／O驅(qū)動程序，因此，以使用I／O驅(qū)動程序最為方便。數(shù)據(jù)顯示方法有：模擬表顯示、棒圖顯示、趨勢圖顯示和歷史曲線顯示等。根據(jù)工藝和操作要求進(jìn)行畫面的分類設(shè)計，如整個洗煤廠的運行狀態(tài)圖，主洗廠房、水泵站和裝車房的分畫面，以及故障報警畫面等。

3 結(jié)語
    通過PLC應(yīng)用實踐，首先明確PLC控制系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)。以提高生產(chǎn)率，增強控制的準(zhǔn)確性為目的時，著重考慮與計算機的通信能力；其次，明確PC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式，根據(jù)不同的控制對象選擇相應(yīng)的方式，比如對單臺機床的控制選獨立式即可；設(shè)備密集控制復(fù)雜的系統(tǒng)采用集中式為宜(如加熱爐系統(tǒng))；分布式系統(tǒng)則宜于設(shè)備分散、局部系統(tǒng)獨立性較強的系統(tǒng)；再次，系統(tǒng)設(shè)計時硬件和軟件應(yīng)綜合考慮，二者不要絕對分開，因為，軟件本身的硬件更具有修改的便捷性，且就二者的相互適應(yīng)性而言，軟件的可塑性絕對高于硬件；最后，系統(tǒng)運行后已完善的控制軟件要堅信其正確性和可靠性，系統(tǒng)故障時應(yīng)從硬件及外部設(shè)備的檢查入手，不應(yīng)輕易修改程序。
    本文的洗煤廠集控系統(tǒng)，采用分布式集中控制的方法進(jìn)行設(shè)計，具有可靠性高、使用方便、研制周期短和節(jié)約投資等特點。系統(tǒng)自投運以來，運行良好，對提高洗煤廠自動化水平和節(jié)約投資起到了良好的示范作用。