基于工業(yè)以太網(wǎng)的選煤廠分級洗選機(jī)plc控制系統(tǒng)

基于工業(yè)以太網(wǎng)的選煤廠分級洗選機(jī)plc控制系統(tǒng)

1煤炭企業(yè)的工藝設(shè)備晉江無煙煤礦集團(tuán)邯鄲煤礦選擇過程的主選工藝是跳選和選擇煤炭，年清洗煤炭300萬噸。他負(fù)責(zé)改善和分類、洗貨和生產(chǎn)線運(yùn)輸工具。生產(chǎn)系統(tǒng)主要從礦山或庫儲場所收集煤炭。在除鐵、破碎、去除雜質(zhì)和屠宰后，處理后的煤炭通過篩選、加工和處理成為最終過程。其主要工藝設(shè)備是運(yùn)送、加工煤炭的帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)、振動篩、破碎機(jī)和跳汰機(jī)等,這些設(shè)備按照煤炭處理的工藝流程排成樹形隊列。自1992年建廠以來,選煤廠主集中控制系統(tǒng)一直采用Modicon984主機(jī),同軸電纜進(jìn)行通訊。十多年來,選煤廠對工藝和設(shè)備進(jìn)行了多次改造,集中控制系統(tǒng)在使用過程中存在的主要問題有以下幾個方面。1.1無法實現(xiàn)兼容性系統(tǒng)控制采用模擬盤和操作臺控制方式,而配煤、裝車等系統(tǒng)采用施耐德、西門子等公司的PLC,無法實現(xiàn)兼容。1.2煤流方向無檢測由于主井、南樓、北樓、裝車、配煤等控制系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)行,無法實現(xiàn)集中控制,洗煤過程中常有程序紊亂現(xiàn)象出現(xiàn),在生產(chǎn)中起不到選煤廠工藝設(shè)備間的閉鎖,不能實現(xiàn)逆煤流方向的起車閉鎖和順煤流方向的停車閉鎖。1.3監(jiān)控設(shè)施仍需加強(qiáng)使用與維護(hù)十多年來,主集控模塊已老化,有些設(shè)備因存料造成設(shè)備故障或因設(shè)備急停造成跑水跑料使生產(chǎn)環(huán)境惡化,影響洗煤,甚至系統(tǒng)癱換。1992年至今,根據(jù)生產(chǎn)工藝需要,新增300多臺設(shè)備需要控制或監(jiān)控,其控制系統(tǒng)大、設(shè)備數(shù)量多、類型多、分布范圍廣,而舊系統(tǒng)不容易進(jìn)行擴(kuò)充等缺點(diǎn),致使系統(tǒng)存在問題多,使用、維護(hù)工作量大。經(jīng)市場調(diào)研、分析,決定建立安裝基于以太網(wǎng)的高速分布智能自動化系統(tǒng),提高集中控制效率。2改造方案2.1組態(tài)軟件設(shè)計選煤廠高速分布智能自動化系統(tǒng)技術(shù)改造的實施過程中,充分考慮目前系統(tǒng)采用多家和不同型號PLC組成的多個獨(dú)立的控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀,通過采用國內(nèi)外最先進(jìn)的PLC控制和組態(tài)技術(shù),兼容MODB-USPIUS、CONTROLLERLINK和TCP/IP三種不同的通信協(xié)議,選用世界知名Intellution公司IFIX組態(tài)軟件來完成整套系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)集成,把所有系統(tǒng)集成為全廠統(tǒng)一調(diào)度和管理的監(jiān)控和監(jiān)視系統(tǒng),由IF-IX完成所有系統(tǒng)上位界面組態(tài)、集中控制、數(shù)據(jù)采集和報警顯示等功能。2.2plc發(fā)送命令操作人員通過電腦監(jiān)控到運(yùn)行中的各個設(shè)備運(yùn)行狀態(tài);操作臺上的啟、停、故障復(fù)位、急停等按鈕向PLC發(fā)送命令,PLC通過程序處理再將命令發(fā)送至各自的執(zhí)行機(jī)構(gòu),從而控制整個洗煤系統(tǒng)的運(yùn)行。2.2.1延遲停車的控制1)集控方式。用于正常生產(chǎn),由集中控制室的控制臺控制,按照煤流設(shè)備隊列的閉鎖關(guān)系,實現(xiàn)設(shè)備按逆煤流方向成組或逐臺順序延時起車,按順煤流方向成組或逐臺順序延時停車。設(shè)備起停的延時時間隨設(shè)備而異,原則是運(yùn)行時不堆煤,停車后不存煤。在運(yùn)行期間,若某臺設(shè)備因故障停車,能自動使隊列中該設(shè)備之前的所有設(shè)備停車。集控方式下能選擇流程,起停不同的設(shè)備隊列。2)就地方式。用于檢修和調(diào)試,主要使用就地按鈕來控制設(shè)備的開停。就地操作人員發(fā)現(xiàn)問題,可按下就地停車按鈕,使設(shè)備停車。調(diào)度員可根據(jù)系統(tǒng)報警提示,在緊急情況下,按操作員站計算機(jī)上的急停按鈕,立即使所有設(shè)備緊急停車。2.2.2排除故障后,系統(tǒng)能自然在工況下正常停車順序控制系統(tǒng)由隊列組成,隊列由設(shè)備組成。系統(tǒng)的狀態(tài)是所有設(shè)備的狀態(tài),單臺設(shè)備的狀態(tài)會影響系統(tǒng)的狀態(tài)。自控方式下系統(tǒng)的狀態(tài)可以圖1表示。1)起車預(yù)告狀態(tài)。控制臺發(fā)出集控起車命令,系統(tǒng)進(jìn)入預(yù)告狀態(tài),全廠電笛鳴響,車間操作人員得知系統(tǒng)將要起車,察看有無異常。如發(fā)現(xiàn)異常,立即按下設(shè)備就地控制箱上的STP禁起按鈕,主控PLC收到禁起要求,會立即報警,并取消本次的起車過程。2)正常運(yùn)行狀態(tài)。全隊列設(shè)備都穩(wěn)定運(yùn)行,若隊列中某設(shè)備因故停車,則從該設(shè)備到隊列首的所有設(shè)備都會自動停車,系統(tǒng)進(jìn)入故障狀態(tài)。3)停車待命狀態(tài)。所有設(shè)備正常停車待命,控制臺的控制開關(guān)已設(shè)置到位,系統(tǒng)隨時可以起車。4)順煤流順序延時停車狀態(tài)。系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài),或處于有部分設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的故障狀態(tài)時,按下控制臺的集控停車按鈕,都會使系統(tǒng)進(jìn)入此態(tài)。沿著煤流方向,逐臺延時停車,直到全隊列設(shè)備都停了車。系統(tǒng)又回到停車待命狀態(tài)。在停車過程中,若某臺設(shè)備停不了車,系統(tǒng)會中斷順序停車過程,進(jìn)入故障狀態(tài)。5)逆煤流順序延時起車狀態(tài)。首先啟動隊列的末端設(shè)備,然后沿著逆煤流方向,自動逐臺延時起車,直到隊列的首端設(shè)備起動并穩(wěn)定運(yùn)行,再稍延時,系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。在此過程中,若有設(shè)備要求禁起,或某臺設(shè)備起不了車,都會使起車過程中斷。隊列中已經(jīng)運(yùn)行的設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行,沒有起動的設(shè)備不再起動,系統(tǒng)進(jìn)入故障狀態(tài)。6)故障狀態(tài)。系統(tǒng)在各種狀態(tài)下出了問題,都會轉(zhuǎn)入故障狀態(tài)。在此狀態(tài)下,隊列的前半部分停車待命,后半部分設(shè)備還在運(yùn)轉(zhuǎn)。排除故障后,可按下控制臺的JST按鈕,使系統(tǒng)繼續(xù)順序起車,也可按下JSTP按鈕,使系統(tǒng)繼續(xù)順序停車。在任何狀態(tài)下,如果按了急停按鈕,都會使系統(tǒng)的全部設(shè)備立即停車。7)關(guān)鍵設(shè)備。如破碎機(jī)、跳汰機(jī)等自成子系統(tǒng),需添加單獨(dú)的控制柜,采用觸摸屏人機(jī)界面作為參數(shù)設(shè)置接口,由PLC完成子系統(tǒng)內(nèi)部的智能控制。3硬件結(jié)構(gòu)選煤廠分布智能控制系統(tǒng)如圖2所示。系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu),硬件配置靈活,軟件編程方便,接線簡單,便于維護(hù)。3.1化電源、間斷電源為保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠,每個子系統(tǒng)均配備有主備電源電源柜、配置穩(wěn)壓凈化電源、不間斷電源(UPS),為計算機(jī)和PLC供電,保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。整個系統(tǒng)由6臺計算機(jī)構(gòu)成主控和人機(jī)接口,子系統(tǒng)控制由8臺PLC組成,控制全廠300多臺設(shè)備,并對200多臺信號采集設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控3.2監(jiān)視和報警管理組態(tài)監(jiān)控軟件是Intellution公司IFIX組態(tài)軟件。IFIX軟件提供了實時過程的監(jiān)視和監(jiān)督控制、報警和報警管理、歷史趨勢、統(tǒng)計過程控制,以及基于用戶的安全系統(tǒng),方便的系統(tǒng)擴(kuò)展,網(wǎng)絡(luò)等強(qiáng)大功能。IFIX是一個完全意義上的軟件平臺,允許用戶進(jìn)行功能擴(kuò)展核和發(fā)揮根據(jù)需要可以自由地裁減應(yīng)用系統(tǒng),并且優(yōu)化操作過程。3.3plc子系統(tǒng)PLC控制子系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接口與以太網(wǎng)交換機(jī)相連,一方面接收現(xiàn)場設(shè)備的測點(diǎn)信號,并將它們送往工控計算機(jī),另一方面又根據(jù)工控計算機(jī)的指令,向現(xiàn)場設(shè)備發(fā)出執(zhí)行信號,以實現(xiàn)設(shè)備的控制、設(shè)備之間的連鎖啟停,以及聲光報警等。PLC子系統(tǒng)通過以太網(wǎng)組成分布智能計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。分布智能計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由管理級、主控制級和現(xiàn)場級組成,管理級主要負(fù)責(zé)操作權(quán)限和數(shù)據(jù)管理,并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分析、存儲、工藝流程的監(jiān)控及打印等;主控制級主要負(fù)責(zé)信號的采集、處理、控制和管理;現(xiàn)場級進(jìn)行通訊,負(fù)責(zé)I/O信號的采集和數(shù)據(jù)傳輸。4新系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用本系統(tǒng)與使用前相比,平均每天縮短檢查故障時間5min,即減少設(shè)備空轉(zhuǎn)5min,全廠運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷約為4000kW,按全年300d生產(chǎn)時間、電費(fèi)0.55元/kWh計算,全年可減少電費(fèi)支出為5.5萬元。新系統(tǒng)使用前,舊控制系統(tǒng)平均一個月因事故影響洗煤2h,處理量按300t/h,價格按500元/t計算,則每年可減少損失360萬元。新模塊損壞、維護(hù)率低,與舊模塊相比,每年節(jié)省修理、購買模塊費(fèi)用10萬元。通過節(jié)電,降低事故率及設(shè)備費(fèi)等設(shè)計,其總的效益為:5.5萬元+360萬元+10萬元=375.5萬元5高速交換設(shè)備通過采用工業(yè)以太網(wǎng),整個系統(tǒng)控制方式為人機(jī)界面—主控計算機(jī)—以太網(wǎng)控制器—PLC節(jié)點(diǎn)控制器—變頻控制器—選煤設(shè)