选煤厂自动控制系统的实现.pdf

第 8期 2 0 1 1 年 8月 工矿 自 动化 I n du s t r y a nd M i n e Au t oma t i on NO ． 8 Au g．2 0 1 1 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 1 0 8 0 1 4 0 0 3 选煤厂自动控制系统的实现 韩 朝 晖 中煤科工集团常州 自动化研究院，江苏 常州 2 1 3 0 1 5 摘 要 介 绍 了选煤厂 自动 控制 系统 的组成和 具体 设 计 ， 阐述 了 系统 关键 功 能 的 实现 。 实际应 用表 明， 该 系统实现 了选煤厂各个环节的 自动控制功能， 安全可靠、 可扩展性强。 关 键词 选煤 厂 ；自动控 制 ；集 中控制 ；重介 密度测控 ； P L C；Wi n C C 中图分类号 T D 9 4 8 文献标识码 B I mpl e me n t a t i o n o f Au t o ma t i c Co n t r o l Sy s t e m o f Co a l Pr e p a r a t i o n Pl a nt H AN Ch a o hu i Ch a n g z h o u Au t o ma t i o n Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Ch i n a Co a l Te c h n o l o g y a n d En g i n e e r i n g Gr o u p Co r p o r a t i o n ，Ch a n g z h o u 2 1 3 0 1 5，Ch i n a Ab s t r a c t The p a p e r i n t r o du c e d c o mpo s i t i on a nd d e t a i l e d d e s i g n o f a ut oma t i c c o n t r ol s y s t e m of c o a l pr e p a r a t i on p l a nt ，d e s c r i b e d i m p l e me n t a t i on o f ke y f un c t i on s o f t he s ys t e m ．The a c t u a l a p pl i c a t i on s h owe d t ha t t h e s y s t e m r e a l i z e s a u t o m a t i c c on t r o l o f a l l l i nk s o f c o a l p r e pa r a t i o n pl a nt ，whi c h i s s a f e，r e l i a bl e a nd h a s s t r on g e x pa nda bi l i t y． Ke y wo r ds c oa l p r e pa r a t i o n pl a nt ，a ut o ma t i c c o nt r o l ，c e n t r a l i z e d c on t r o l ，me a s ur e m e nt a n d c o nt r o l of h e a v y me d i u m de ns i t y，PLC，W i nCC 0 引言 原煤在生成 和开采过程中混入了各种矿 物杂 质 ， 为了降低原煤中的杂质 ， 同时把煤炭按质量 、 规 格分成各种产品， 就要对煤炭进行机械加工 ， 以适应 不同用户对煤炭质量的要求 ， 同时也为减少燃煤对 大气 的污染创造条件 。近年来我国选煤工业迅猛发 展 ， 选煤技术也在进一步加快 ， 但仍存在不少问题， 尤其是选煤设备可靠性差 、 自动化水平低 ， 严重影响 了商 品煤的产量和质量。随着计算 机技术、 网络技 术 、 自动控制技术、 P L C等高新技术的不断发展 ， 为 选煤 自动化奠定 了坚实的基础_ 1 ] 。本文 主要 介绍 一 种选煤厂 自动控制系统的实现 。 1 选 煤工 艺及设 备 渡市选煤厂为群矿型炼焦煤选煤厂， 设计规模 收稿 日期 2 0 1 1 0 3 2 1 作者简介 韩朝 晖 1 9 7 6 -- ， 男 ， 江苏海安人 ， 工程师 ， 工程硕 士， 现主 要 从 事煤 矿 工 业 控 制 方 面 的研 究 工 作 ， 已发 表论 文 3篇 。 E ma i l c h a o h u i h a n 1 2 6 ． c o rn 为 1 ． 0 Mt ／ a 。根据煤质特征和产 品要求 ， 设计确定 该厂选 煤 工 艺 脱 泥 人 洗 ， 5 0 ～ 0 ． 5 mm 采 用 无 压 三产 品重介 旋 流 器 分 选 工 艺 ， 0 ． 5 mm 以下 采 用 浮 选工艺 ， 尾煤浓缩压滤 ， 全厂洗水实现闭路循环。该 选煤厂参加集中控制的设备有近百 台， 还有数十台 设备只是监测并不控制 ， 控制 的对象有给煤机 、 带式 输送机、 泵 、 阀、 破碎机、 刮板机 、 离心机、 筛子、 磁选 机、 重介旋流器等。 2自动控 制 系统的组成 渡市选煤厂自动控制系统分为生产集中控制系 统和重介密度测控系统 2 个部分 。 生产集中控制 系统 主要 由上位机 、 组态软件 、 P L C、 现场传感器和执行机构等组成。根据现场设 备的分布情况 ， 分别在集控室、 准备车间配电室、 主 厂房配电室 、 运销车间配电室放置 P L C控制柜。其 中， P L C控制 主 机放 置在 集 控 室 内， 采 用 西 门子 S 7 3 0 0 系列 P L C， 其 它地方布置 P L C控 制分站。 分别在集控室、 准备车间配电室、 主厂房 配电室、 运 销车间配电室放置西 门子 S C AL A NC E X2 0 4环 网 2 0 1 1年 第 8期 韩朝 晖 选煤 厂 自动控 制 系统 的 实现 1 4 1 交换 机 ， 通 过 光纤 组 成 以太 环 网 。S 7 3 0 0 P L C采 用 P R OF I NE T 总线 式 模 块 ， 控 制 主 机 和 控 制 分 站 分别接入就近的环 网交换 机， 通过 以太环 网通信 。 在 调度 中心 内配 置 2台 上位 工 控 机 ， 分 别 安 装 西 门 子 Wi n C C组 态 软 件 ， 一 套 开 发 版 ， 一 套 运 行 版 ， 最 终接人 以太环 网， 通过 以太 网与 P L C控制 主机通 信 ， 保证上位机高速采集数据 和发 出控制指令。在 现场胶带机沿线 布置各种胶 带保 护装置 ， 为煤仓配 置西门子雷达料位仪 ， 实时监视煤仓煤位 ， 为液位桶 配置西门子超声波液位计 ， 实时监视液位 ， 监控信号 就近 接入 P L C控 制 分 站 。仓 下 给煤 机 采 用 西 门子 变频 器控 制 。对 5 5 k w 以 上 的 电动 机 采 用 智 能 马 达控制器控制 ] 。 重介 密度 测控 系统 是重 介选 煤 厂 自动 化 的重 中 之重 ， 本方案设计成一套独立的控制系统 ， 最终与生 产集 中控 制 系统 互连融 为一 个整 体 。该测 控 系统 由 上位 机 、 P L C、 旋 流器入 选压 力表 、 密 度计 、 磁 性 物含 量计 、 泵前加水电动阀门、 补水阀门、 超声波液位计 、 电动分流器等组成。由通过安装在旋流器料管上的 密度 计 、 磁性 物含 量计 、 合介 桶 中的 超声波 液位 计 和 压力传感器检测工艺参数 ， 由 P L C采集数据和逻辑 运算 ， 从而控制现场的加水阀门和分流装置， 实现密 度 、 液位 的稳 定 。 整 个控 制系 统结 构如 图 1 所 示 。 控 制 层 设 备 层 i⋯ -开 ⋯．婴 量 ⋯⋯⋯． ⋯⋯⋯ 墼 蔓 ⋯⋯． 图 1 选煤厂 自动控 制系统结 构 3 自动 控 制 系统 的设 计 选煤厂根据工艺划分 ， 一般可以分为筛分破碎 、 主洗 车间、 浮选车间、 浓缩车 问、 装车站等车 间。每 个车间所控制的设备一般设计在一个配 电室 ， 考虑 到现场实际情况， P L C系统 的设计也一般跟随配 电 室的设计 ， 将一个配 电室的控制对象设计在一个远 程分站 ， 这样既可节 省控制 电缆 ， 也便于检修 和管 理 。早先的设 计一般采 用 P r o f i b u s电缆或光 缆作 为介质来连接主站和从站， 但近几年来工业 以太 网 技术的普遍应用 ， 给选煤厂控制系统带来 了极大的 优越性 。原先的 P r o fi b u s总线不能传输其它信号， 如不能与电子秤和配 电柜其它综合保护装置通信 ， 总线不能共享的问题比较突出， 需架设多种线缆 ， 还 有一个缺陷就是电缆传输时不能抗干扰及 防雷 ， 有 时总线走室外架空时容易被雷击而导致模块受损 ， 影响煤矿 的生产。所以在方案设计时选择了西 门子 的工业以太网作为传输总线 ， 然后选择了光纤环网 技术 ， 保证了网络的可靠性和抗干扰性 ， 通过环 网交 换机和 MO XA的以太网转 串口模块将现场的电子 秤和配电柜的微机保护装置接人到组态软件 中， 也 将其它子系统 的数 据接入 到 自动控制 系统 中 。 采用性价 比较 高的 以太 网 1 5 3 4 E T2 0 0 M 模块 ， 它带有以太网接 口， 可方便地接入到环网交换机上 。 传统的电动机控制采用 了大量的分立元件 ， 如 空气开关、 熔断器 、 接触器、 过热保护元件 、 各种检测 装置、 显示仪表、 操作按钮等， 接线多、 故障点多。本 方案 采 用 西 门 子 的 S I MO C OD E P R O 3 UF 系列 智 能 马达 控制 器 ， 实 现 了 中小 型 电 动 机多 功 能 的综 合 保护、 智能控制和网络通信等功能 ， 对电动机的监测 和保护更加完善 ] 。 渡市选 煤厂 入选 的煤 种 比较 多， 入洗 前需 按 一 定的配比进行混煤 ， 在每种煤种下 面安装 电子胶 带秤 ， 然后在煤仓底下设置多台西门子变频器 ， 通过 编制控制程序来实现给煤量 的控制 ， 最终实现 自动 混 煤 的功能 。 P L C和上位机软件的选型均采用西 门子软件， 这样整套系统基本上都采用西 门子产品具有更好的 协 调性 ， 也 能发挥 最 大效率 口 ] 。 胶带保护 带式输送机 因为长度比较短 ， 只配置 拉绳和跑偏传感器。 4 自动控 制 系统 的功能 4 ． 1 顺 序 控制 顺序控制主要是按照工艺要求按先后顺序启停 设备。选煤厂顺序控制系统可分为集中手动及集 中 自动 2种控制方式。集中手动方式通过计算机键盘 或鼠标 ， 结合显示器 ， 实现对单 台设备 的启停 控制 。 集中 自动方式 即通过选择适合 的工艺流程 ， 实现选 定 的流程内工艺设备 的 自动启 、 停 逆煤流启系统 、 二 ～ ～ 二 二 二萤 第 8期 2 0 1 1年 8 月 工矿 自 动化 I nd us t r y an d M i ne Aut o ma t i o n NO ．8 Au g ． 2 0 1 1 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 1 0 8 --0 1 4 2 --0 5 Mo d b u s协议在 S 7 2 2 6 P L C与 伦茨变频器通信中的应用 张致 维 ， 张士聪 ， 王然风 太原 理工 大学矿 业工 程学 院 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 摘要 针对采用常规开关量、 模拟量控制变频器的方法存在信号远距 离传输失真的 问题 ， 提 出了一种应 用 Mo d b u s 协议 对 S 7 2 2 6 P L C和伦 茨变频 器进 行通 信 的方法 ， 详细介 绍 了其 通 信调 试 步骤 。 实际应 用表 明， 该方法不仅有效解决了信号远距离传输过程中的失真 问题 ， 而且在通信模式下 P L C可以方便地控制 变 频 器 的运行 和读取 变频 器 的运 行信 息 ， 达 到 了监控 变频 器运行 状 态的 目的。 关 键词 选煤 厂 ；变频 器 ； P L C； 通 信 ；Mo d b u s 协议 中图分类号 T D6 7 2 文献标识码 B 收稿 日期 2 0 1 1 0 4 ～2 5 基金项 目 山西省 自然科学基金资助项 目 2 0 0 9 0 1 1 0 3 4 作者简介 张致维 1 9 8 3 一 ， 男 ， 山西 朔州人 ， 硕 士研 究生 ， 研究 方 向为选煤厂过程控制 与优化 。E ma i l 3 2 9 5 1 7 5 6 3 q q ． C O IT I 顺煤流停系统 ， 设备之间的启 停间隔时间可灵 活 设 定 。 4 ． 2过 程 控 制 1 介质密度控制 根据工艺流程的特点， 合格 介质桶 中密度一般为增加的趋势 ， 液位是降低的趋 势 。因此， 系统通过 自动调节清水阀门开度来改变 加 水量 以稳 定悬 浮液密 度 。 2 煤泥含量 自动控制 采用磁性物含量来检 测合格介质悬浮液中磁性物的含量， 将磁性物含量 、 密度信号通过数学模型公式进行计算 ， 从而对分 流 装置进行控制以稳定悬浮液中煤泥含量 。 3 合格介质桶液位超 限控制 合格介质桶 的 液位 既不 能低也 不 能过 高 ， 以 防止 出 现 打空 泵 或 溢 流现象。在合格介质桶上液位出现高位报警 时， 循 环悬浮液以最大分流量至煤泥桶； 当合格介质桶的 液位出现下限报警时， 控制系统 自动打开补加水阀 门， 同时 自动关闭分流装置 。 4 压力 自动控制 重介旋 流器入料管路上设 置压力传感器 ， 以此调节西门子变频器从 而改变重 介旋流器人料泵的转速， 使重介旋流器的入料压力 保持在工艺要求值上。 4 ． 3 与其它单机 自动化 系统的接 口 加压过滤机 、 压滤机、 动筛跳汰机等设备 自带 自 动化系统 ， 这些厂家所提供的系统 自带 O P C接 口， 以以太 网的方式接人 到环 网交换机 ， 最终实现 了数 据的采集和控制。 5 结语 选煤厂 自动控制系统结构简单， 控制功能完善 。 该系统 已正式投入运行 ， 运行可靠 ， 提高了企业 的劳 动生产率， 改善了工人的工作环境 ， 完全满足用户的 需 求 。 参 考 文 献 [ 1 ]张婵 爱． P L C在 选煤 厂 自动控 制 系统 中 的应用 [ J ] ． 机械管理开发， 2 0 0 6 4 4 3 ～ 4 5 ． [ 2 ] 西 门子 中国有 限公 司 自动 化与驱动 集团． 深入浅 出西 门子 WI NC C V 6 [ M] ． 2版． 北 京 北京 航空 航天 大学 出版社 ， 2 0 0 6 ． E 3 3 赵欣． 西门子工业网络交换机应用指南[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 4 ] 张晓强 ， 尹君 ， 雷汝海． 选 煤厂 网络化控制 系统 的设计 E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 0 8 6 8 9 9 1 ． [ 5 ] 陈作 炳 ， 李立 峰． 西 门子 S I MO C O DE在水 泥 厂 电 机 保护和控制 中的应用 E J 3 ． 电机 与控制 应用 ， 2 0 0 8 5 5O 一 52 ． [ 6 ] 刘存 喜 ， 徐 中伟 ， 耿勇． 选煤 厂监控系 统的 自动化 改造 [ J ] ． 工矿自动化， 2 0 1 0 2 9 7 9 9 ．