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煤矿现代化2 0 0 9 年第5 期 总第9 2 期 M o d i c o nQ u a n t u m1 4 0 系列P L C 在鲍店煤矿选燥厂的应用 鲍店煤矿侯方方凌吉和 兖矿集团有限公司机电部古锋 兖矿电铝粉公司炭素制品厂孙国强 摘要本文通过鲍店煤矿选煤厂集中控制系统改造的实例，浅析M o d i c o nQ u a n t u m1 3 , 0 系列P L C 在 煤炭洗选生产中实现设备顺序集中控制、设备故障诊断和现场生产数据采集，从而有效地遏制了生产事故， 方便了调度指挥生产，提高了选煤生产效率，实现了系统的稳定、可靠运行。 关键词集中控制P L C自动化应用 鲍店煤矿选煤厂集控系统是根据选煤工艺，对生产设备 进行顺序控制，监控其运行状态，生产现场的数据采集和分析， 故障诊断和处理，实现工艺流程自动化控制。目前国内选煤厂 控制系统绝大多数采用底层P L C 系统与上位机监控相结合的 模式，以数据量逻辑控制为主，配以少量工艺过程参数的模拟 量检测，用于实现工艺流程系统设备的集中启、停车控制和运 行过程中的各种数据的检测和采集。 l 原系统的构成及存在的问题 随着矿井产量的不断提高，鲍店煤矿选煤厂原煤入洗量 也逐年加大。近年来对选煤厂进行了技术改造，扩建了筛分、 除杂、新精煤系统，人洗能力目前已达1 0 0 0 ／h 以上。 选煤厂旧生产系统由以下几个部分组成原煤重介选矸、 储装运、跳汰 水洗 、捞坑、沉降离心脱水系统。由于建设投运 时间的不同，原有生产集控系统分为洗煤集控、原煤集控、储 运集控，三个部分为各自独立的操作站。每个站均由上位机、 P L C 、现场传感变送单元构成。上位机使用了C V U l 0 0 0 0 人机操 作界面，P L C 使用的是S i e m e n sT 1 5 0 5 系列。 该系统巳经使用了很长时间，并存在以下问题集控分为 三个独立的P L C 系统。过于分散且使用的软件版本不同，增加 了使用、保养和维护的工作量；上位机有时死锁，无法发出信 号，使设备不能正常运转，只能靠在线修改软件来使系统工 作，影响正常生产；储运集控由于软件版本太低，硬件与软件 不匹配，影响上位机的正常工作；该系统使用的设备是西门子 八十年代产品，模块已经停产，备品配件无法保证；集控系统 的检测点少，报警装置不完善；新增设备及新增系统没有加入 本系统，工艺不完善；现场各设备起、停控制箱、设备起停车信 号电笛故障率较高，且一些设备没有必须的检测装置，影响正 常的生产。旧集控系统已经不能满足目前生产的需要，为有效 的解决上述问题，需对原集控系统进行改造。 2 系统改造 2 ．1 系统结构 集控系统整体分为原煤重介选矸、筛分、储装运、跳汰 水 编程绘图使用计算机语言自动绘图程序，输入原始数据 后计算机自动绘图。如煤层底板等高线的绘制是一典型例子 其步骤如下煤层底板等高线的编程绘制的关键在于根据离 散数据各边界，构造的约束条件来实现D e l a u n a y 三角形部分。 C l i n e 和R e n k a 提出了一种约束D e l a u n a y 三角形剖分方法。这 种方法首先将点按无约束D e l a u n a y 方法进行剖分。然后将所 需的边加进去。形成对这种约束结构进行描述的数据矩阵 [ 13 0 编程开发常用的计算机语言包括A u t o C A D 自带的 A u t o l i s p 语言也可用C 、V B 、e l p h i 等语言进行。支持蓝光的．G I S 和．N E T 格式和国际W 3 C 组织的基于X M L 的S V G 格式。同时 具有A u t o C A D 、C A S S 、M a p i n f o 、M a p g i s 明码格式的导入导出功 能。 2 ．4 采矿设计 采矿设计是煤矿经常性的工作，设计的内容涵盖了矿井 生产的各个方面，采矿设计包括 1 方案设计 2 片业性设i f 3 工程设计这3 种设计绘制的技巧和方法有所不同。 2 ．4 ．1 方案设计 采矿设计主要在煤层等高线图上进行，即在矿井的某一 主要煤层等高线图上布置巷道、采掘面、边界线、煤柱线等形 成平面图。剖面图则依据钻孔资料、综合柱状图等地质资料， 基于平面图上的等高线按某一勘探或人为划定的削面线绘制 的并加上巷道等内容。 2 ．4 ．2 专业设计 9 2 这类矿图由通风系统、水文地质、井下运输系统、井下供 电系统、机电设备布置、排水系统、管线布置系统、通讯系统、 安全避灾线路图等。图纸的特点是在矿井基本图纸的基础上 增加相应的专业图元，减少或省略基本图纸中的多余部分而 形成专用的图纸。 2 ．4 ．3 施工设计 矿井施工图主要包括井底车厂线路布置图、巷道平断面 图、交叉点施工图、硐室施工图等。此类矿图必须按尺寸精确 绘制成规则的施工图，具有尺寸准确，内容齐全，标注详细．说 明全面等特点。设计一般以1 1 比例设计，设计完成后，将图 缩放成出图比例，然后进行尺寸标注，添加文字说明，最后打 印出图。 2 ．4 ．4 绘图打印 用蓝光软件绘制的图形，在出图时要按绘图时的比例出 图。即在绘图时按l 2 0 0 0 绘制的，在出图时要按1 2 0 0 0 出 图，不能随意变换图纸的比例。 3 结论 1 蓝光软件的新技术极大地提高了矿图的效率。 2 矿图具有专业性强，重复性强。矿图蓝光化具有极大 的社会效益和经济效益。 收稿日期2 0 0 9 0 _ 2 万方数据 煤矿现代化2 0 0 9 年第5 期 总第9 2 期 洗 、捞坑、沉降离心脱水、除杂及压滤车间监控系统。改造后的 新集控系统将洗煤、压滤与储运系统合为一台P L C 主机，原煤 车间单独一台P L C 主机。两台主机不直接通讯，系统通过上位 机通讯互访。 2 ．2 系统主要配置及网络结构 本系统的可编程控制器选用施耐德M o d i c o nT S X Q u a n t u m1 4 0 系列P L C 系统，P L C 的编程软件是M o d s o f tv 2 ．5 1 ， 使用的组态软件是I n t u c h6 ．0 ，洗煤系统与原煤车间的P L C 模 块均选用相同系列、相同型号；工控机均选用相同配置、预装 相同版本的软件。储运集控系统、压滤车间监控系统及新增精 煤系统、除杂系统并人洗煤系统，筛分系统并入重介系统。 2 ．3P L C 主站及网络拓扑结构 根据选煤厂工艺流程设备的控制需求及系统运行的可靠 性要求，在水洗和原煤系统分别设置一套P L C ，在配电设备较 为集中的配电室设置P L C 分站，利用M B 工业网络构成两套 P L C 分布式控制系统。在选煤厂调度室、原煤车间、储运车间 分别设置上位机监控操作站，在两套P L C 主机站和上位机监 控操作站之间建立上层M B 网络。如图l 原煤系统操作站储运系统操作站水洗系统飘操作站 底层 图1P L c 系统拓扑结构 2 ．4 系统的功能设置 选煤厂生产集控系统分为三个子系统洗煤集控、原煤集 控、储运集控。每个子系统均设置可独立运行的监控操作站。 2 ．4 ．1 集控系统的基本功能 为方便灵活地对所有设备进行控制，设备的运行采用五 种控制方式 1 远程顺序控制。由集控室发出设备起、停车命令，实现 现场相关设备的按逆煤流方向起动、顺煤流方向停车的顺序 控制； 2 远程单台遥控。由集控室发出单台设备起、停车命令， 实现设备之间单台切换运行。用于特殊设备的单台起、停车控 制； 3 就地闭锁控制。由操作人员在现场操作单台设备，设 备之间具有闭锁功能，此方式为集控系统的后备运行方式； 4 就地解锁控制。由操作人员在现场操作单台设备，设 备之间无闭锁关系，用于设备检修及单台设备的试车； 5 紧急停车。当现场或集控室出现故障，需要立即对子 系统停车时，由程序或现场实现紧急停车，在现场操作与在集 控室操作P L C 的执行是等价的。需在集控室进行复位后才能 重新开车。 2 ．4 ．2 集控系统扩充功能 为更加全面的监控系统中设备的运行状态及扩大集控系 统的功能范围，在各分站适当增加输入、输出点 A I 、D I 、D O 、将 主要设备的电流、电压等模拟量信号引入监控系统，并通过现 场总线传送到集中控制室，实现对设备负荷状态的监视，同时 将新增设备纳入到集控系统中来。 2 ．4 ．2 ．1 开关量检测回路 1 设备监测点增加。在原系统开关量的基础上，除原系 统的手动／自动状态、接触器通，断状态、断路器分，合状态、 禁启等监测点外，为进一步提高系统的监测功能，对于重要的 生产设备增加一些检测量，包括漏电、过载、进出线柜与联络 柜高低压开关状态、皮带机的跑偏、低速、堆煤、拉绳、烟雾、温 度等。 2 故障判断快速准确。通过对系统监测点位的增加，使 得系统中可能出现的故障点都有了反馈信号。因此，对于系统 中的故障，集控系统可以准确、快速的检测出故障设备以及故 障位置，必要时可以对故障点进行软连接。 2 ．4 ．2 ．2 模拟量检测回路 料位、液位、电流等模拟量先转换成O - 2 0 m A 信号，送入 P I E 的模拟量输入模块，通过信号传输，再由C P U 还原出实际 直观的数字显示出来，以完成对各种参数状态的实时检测。对 于数据采集具有如下功能实时准确检测各种模拟量，统计各 种生产数据报表；将各检测值、计算、统计值进行自动存储、显 示；根据检测值、设定值、统计值进行自动控制及超限报警。 2 ．5 集控系统指标 实时监控系统的关键在于迅速、及时、准确的反映生产过 程中各种参数、设备运行状态、生产情况的变化，它有三个基 本的技术指标 2 ．5 ．1 画面响应时间 从发出调出某幅图形指令到图形全部显示到屏幕的时 间，由于现在微型计算机的处理速度有很大的提高，以及 W I N D O W S 对图形处理的优势，即使全屏幕重绘可以完全控制 在毫秒级以内 根据图形复杂程度 。 2 ．5 ．2 数据更新周期 图形间隔多少时问根据实时控制信息或数据库中的数 据，重新对反映现场的图形画面进行更新显示需要的时间，本 系统应控制在毫秒级，也可根据现场的要求对刷新的最短时 间进行设置。 2 ．5 ．3 数据准确程度 系统在数据的传输过程中对数据真实情况的反映程度， 误码率越少，数据准确程度越高。 3 系统应用效果 系统改造后应用效果显著，实现选煤工艺流程顺序控制， 减少全厂设备的启、停时间，对设备的运行状态自动检测，实 现设备故障自动诊断，提高了选煤生产效率；增强了软、硬件 功能，系统的安全性、可靠性和抗干扰能力大大加强；实现了 调度指挥操作生产自动化，系统结构简单、功能完善、操作方 便、性能稳定，故障率大大降低；新集控系统提高了选煤厂的 自动化水平，促进了选煤厂的生产发展，提升了选煤厂的形象 工程，适应了现代化选煤厂的需要。 收稿日期2 0 0 9 8 5 9 3 万方数据 Modicon Quantum 140系列PLC在鲍店煤矿选煤厂的应用Modicon Quantum 140系列PLC在鲍店煤矿选煤厂的应用 作者侯方方， 凌吉和， 古锋， 孙国强 作者单位侯方方,凌吉和鲍店煤矿， 古锋兖矿集团有限公司机电部， 孙国强兖矿电铝粉公司炭 素制品厂 刊名 煤矿现代化 英文刊名COAL MINE MODERNIZATION 年，卷期2009，““5 引用次数0次 相似文献10条相似文献10条 1.期刊论文 李纳璺.陈金龙.Li.Nawen.Chen.Jinlong 基于PLC的城市污水泵站集中控制系统应用 -微计算机信息 2006,2210 PLC是以微处理器为核心的新型工业控制装置,本文利用可编程序控制器实现了其控制功能.设计了PLC下位端控制系统,编制了相应的上位端控制程序 .经过近两年的现场投入应用表明,该PLC控制系统稳定可靠,自动化程度高,极大地提高了劳动生产率. 2.期刊论文 司红祥.胡晓旭.李瑶 PLC技术在凿井绞车集中控制中的应用与研究 -现代企业教育2009,““24 凿井绞车集中控制系统是通过继电器互锁联动实现凿井施工中各吊盘凿井绞车、稳绳凿井绞车、模板凿井绞车的同步运动控制,是立井施工中一项关 键技术.本文总结了新汶矿业集团赵官风井井筒及硐室施工中大临工程凿井绞车集中控制的PLC拉制技术改造经验,详尽的阐述了PLC控制技术在凿井绞车 集中控制系统中的应用.目前,这种PLC技术的凿井绞车集中控制已经成功应用于新矿集团赵官风井、鲁新主井、鲁新副井、华恒副立井井筒及硐室掘砌施 工现场实践中. 3.期刊论文 吕玲.夏明.LU Ling.XIA Ming 火电广辅助车间集中控制方案研究 -中国电力2009,428 介绍了电厂辅助车间的特点和监控现状,论述了辅助车间集中控制的设计原则和应达到的自动化水平.针对辅助车间集中控制的3个方案,着重分析了 可编程控制器PLC/上位机方案中的联网方案、分散控制系统DCS方案中DCS适应辅助车间集中控制的功能特点、现场总线控制系统FCS方案中现场设 备信息化对辅助车间集中控制具有的优势.从工程业绩、过程控制能力、集中控制系统建设、不同系统间集成等方面对控制方案进行了对比,指出了以 DCS为基础、结合现场总线的应用是辅助车间集中控制的发展方向. 4.学位论文 沈长霞 选煤厂集中控制系统研究 2004 随着计算机网络、通讯、控制技术及电气技术的发展,传统的选煤厂集中控制系统有了根本的改变.选煤厂的建设和改造正努力向网络化、智能化方 向发展.本论文根据现代化选煤厂集中控制系统信息化、网络化、高度自动化的特点设计了三级的网络系统.在生产管理级阐述了选煤厂连接到因特网所 需的软硬件及相关的网络知识,同时进一步说明了管理信息系统的设计;生产监控级选用美国INTELLUTION公司的FIX软件作为人机界面的支撑平台.主系统 放置在集控室,上位机设置为四台工控机,通过网络和现场控制级系统通信,可以分别选择显示单号系统、双号系统、总体界面、模拟显示、历史记录、报 警记录等监控画面.同时在该部分还具体阐述了系统驱动程序的配置、数据库的建立、监控画面制作等内容;生产控制级由一个PLC主站,五个分站组成,阐 述了选煤厂生产自动控制系统设计的原则及步骤,给出了模块的配置及PLC程序的设计和调试.在此基础上,本论文给出了临涣选煤厂集中控制系统设计实 例. 5.期刊论文 陈永红.杜静.CHEN Yong-hong.DU Jing 基于 PLC 的火电厂辅助集中控制改造 -科技情报开发与经济 2007,1733 论述了利用 PLC 实现的火电厂辅助集中控制改造的意义.指出设计的辅网控制分为西级控制,上位机采用 MCGS 组态软件监控,下位机 PLC 与光纤交 换机、服务器等构成完整的监控网络,从而实现辅网集中控制. 6.期刊论文 蔡胜.陈冬 PLC在选煤厂生产系统集中控制中的应用 -山西电子技术2001,““6 通过以可编程控制器PLC为基础的工业控制系统来完成重介选煤厂生产过程的集中控制. 7.学位论文 郭飒 PLC上位机监控系统的研究,设计及应用 2004 该文从实际应用出发,以上海智能系统公司的“SMG-Ⅲ智能控制系统“为实例,通过对计算机控制系统、可编程控制器、数据库、OpenGL等一系列理论 和技术的分析、应用,最终在上海闵行环城体育公园实现了一套广场灯光、喷泉等的PLC上位机监控系统,这也是该课题研究的意义所在.该文共分六章,其 中第三、四、五章是该文的重点章节.第一章是论文的绪论,主要讲述了论文的研究背景、来源以及研究的目的和意义.作为论文的理论基础,第二章介绍 了相关的一系列理论和技术,并阐述了可编程控制器的综合经济分析和最新发展状态、趋势以及“图形硬件的软件接口“OpenGL的基本程序结构.第三章讲 述了系统的总体方案设计.PLC上位机监控系统是整个“SMG-Ⅲ智能控制系统“的中枢神经,在该章中作者通过对“SMG-Ⅲ智能控制系统“、工程目标以及系统 整体结构的分析,结合上海闵行环城体育公园的实际情况,有针对性地提出了PLC上位机监控系统的模块划分.根据系统的模块划分,作者在第四、第五两章 中对PLC上位机监控系统中各模块的具体设计与实现进行了详细说明,这两章也是该文的核心篇章.第四章详细阐述了系统的界面设计与操作说明,给出了 在VC中用MFC进行OpenGL编程的方法并结合项目的实际情况完成了一个可视化的、逼真的场景仿真,以及通过对几种VC数据库开发技术的比较设计与 实现了系统的数据库模块.第五章作者详细说明了系统中PLC与上位机的物理连接、通信协议的制定以及PLC寄存器的地址分配,并用VC开发了上位机的 通信模块.在第六章中作者对全文进行了总结并对相关技术的发展动向进行了展望.该文以PLC上位机监控系统研究方面的理论知识为基础,在具体工程的 背景下,提出了一套综合、高效的设计、开发和管理PLC上位机监控系统的方法,对现实具有一定的指导意义和参考价值. 8.期刊论文 冯孝慈.李法俊.薜红梅 显德汪矿洗煤厂生产系统集中控制 -煤质技术2004,““5 为实现集中控制,本文介绍了显德汪矿洗煤厂生产系统PLC上位机的解决方案,提出了通用设备和特殊设备的灵活控制策略. 9.期刊论文 钟铁 大雁三矿地面排矸系统集中控制的设计及设备选型 -煤矿设计2000,““8 本文介绍了大雁三矿地面排矸系统集中控制的设计方法、设备选型及设计特点,采用小型可编程控制器PLC实现控制要求,提高了控制系统的可靠性 . 10.期刊论文 杨端轮 PLC在带式输送机集中控制改造中的应用 -科技创新导报2010,““2 本文主要介绍了西门子PLC在带式输送机电控系统中的应用,着重介绍系统硬件结构和软件的设计,就系统可靠性高、稳定性好. 本文链接 下载时间2010年6月3日