神东煤炭集团洗选中心调度指挥中心 陕西榆林 719300
摘要：为提高选煤厂的生产效率，降低电能的消耗，通过对传统煤炭洗选装备存在问题的系统分析，指出老旧系统的软件系统不兼容、设备选型不匹配、集成化控制水平低、设备维护保养成本费用高等弊病和缺点，从而提出通过兼容整合多种PLC集控系统、分项进行模块化控制的手段设计出智能化自动洗选的优化方案，经过经济效益与节能成本的对比分析，得出系统优化后节能降耗、环保高效的论证。
关键词：煤炭洗选系统；智能化自动控制；优化设计
1智能化洗选方案
1.1兼容整合多种PLC集控系统
鉴于选煤厂洗选设备型号种类繁多，系统不兼容的弊病，应当充分思考、合理设计，引进具有普遍适用性的PLC智能控制系统进行组态，以适应常用的CONTROLLERLINK和MODBUSPIUS，以及TCP/IP之间不同协议进行的信号通信，通过软件系统将控制系统进行整合，同时，进行网络化集成，将洗选流水线上的所有涉及供电、故障检测、监测监控、故障报警、数据参数的采集、分析、传递、指令动作等并入控制网络，实现对生产全域的集中控制。
1.2分项进行模块化控制
通过网络软件进行整合之后，也可以利用PLC集控装置对系统单一模块进行独立化控制，实现统筹运行下的分系统控制与自检，使生产流程操作更加灵活。
1.2.1功能化控制
1）系统自控。正常生产情况下，所有设备与供电设施统一由中控台的集控室统一调控，进行煤炭洗选时，设备按照队列闭锁关系，执行逆煤流向的延时起车，顺煤流向的延时停车程序。当运行中因某一车辆发生故障时，系统自动检测，促使故障车辆之前的设备停运，有效起到阻断保护的作用。
2）人工控制。在非正常运行状态下，当设备需要进行调试检修时，主要依靠接地按钮控制启停。在检修或调试过程中，维检人员发现问题后，可利用接地按钮停止设备和车辆的运行，故障排除后再进行复运。
1.2.2流程化控制
即使在由网络化整合的集控系统控制时，也会使所有设备按照一定的运行顺序和作业线生产流程进行启停，即集控系统可以总体控制各单台设备，但当单台设备出现故障时，也会反馈给主控系统，从而停止所有关联设备开关，具有相互的制约性。其控制方式如图1所示。
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图1系统控制流程图
1）在预备发生起车动作时，由中控室发出起车指令预告，各环节部门做好动作准备，在发现某设备发生故障要求禁起时，应立即启按STP按钮，阻止起车动作继续执行。
2）系统在正常状态下运转时，若出现队列故障异常而停车，系统自行停止故障车辆之前所有车辆及设备的运行，进入系统自检阶段；当处于停车状态下，所有设备监测无异常，则可以执行起车命令。
3）在出现故障异常时，系统队列故障车辆的前期流程将全部停运，但后续流程仍在继续运行，经过对警报显示器的判断，查找故障位置，排除故障原因后，系统恢复正常，可通过启动JST按钮，恢复起车。
2系统设计
煤炭洗选智能化自动控制系统设计如图2所示，设计为管理层、控制层和设备操作层3个层次。层1为设备操作层，包括检测仪表、测量元件、电气设备、现场操作箱以及配电系统。检测仪表、测量元件将洗选系统传感器数据采集后上传至层2控制层。现场操作箱发送操作洗选设备的控制命令至层2。配电系统用于为层1、层2及层3的电气设备、电气元件供电。层2为控制层，包括PLC智能控制系统和显示操作终端两部分，其中，PLC智能控制系统为核心部分，不仅接收显示操作终端的控制指令，还采集层1传感器数据信息、现场操作箱控制指令，直接控制洗选机电设备。层3为管理层，包括操作站和UPS（不间断电源），操作站与PLC智能控制系统以TCP/IP通信模式传输数据，向其发送控制指令。由该系统设计可知，可通过操作站、显示操作终端和现场操作箱3种方式对煤炭洗选设备进行控制。
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图2煤炭洗选智能化自动控制系统设计框图
3硬件设计
由系统设计可知，煤炭洗选智能化自动控制系统的主要硬件有PLC、雷达料位计、速度传感器、电动机轴编码器、变频器、UPS、减速器、信号隔离器以及光电开关、接近开关、料位开关等开关电器元件，经电气连接后，构成煤炭洗选智能化自动控制系统的硬件设计部分。表1所示为该硬件设计中PLC及其扩展模块选型统计。
表1洗选智能化控制系统关键硬件选型统计
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4软件设计
4.1PLC程序设计
基于AB?SLC500-05PLC，在CoDeSys软件平台中采用ST语言进行洗选系统软件功能的程序编写。根据洗选控制系统完成的功能，统计并采集开关量输入点、模拟量输入点，完成指定逻辑控制功能，并控制对应功能的开关量输出点。运用PLC对模拟量进行处理时，要区分电压输入信号（0～10V）和电流输出信号（4～20mA）。PLC需要与显示操作终端建立CAN通信连接，采用CAN2.0B?29位扩展帧，波特率为250?kb/s，PLC为CAN通信主站，显示操作终端为CAN通信分站，设置分站号地址为0X99，并建立TxPDO/RxPDO通讯，每一条CAN通信连接传输8字节数据。PLC与显示操作终端的CAN通信协议为自定义协议。PLC与洗选系统人机界面以CAN总线进行数据交互，设置人机界面平台分站号地址为0X89。PLC还与层3管理层的操作站建立TCP/IP通信连接，获取操作站的IP地址以及端口号即可。基于PLC，设计并实现洗选系统的故障报警，当系统出现故障时，PLC驱动声光报警装置动作，同时在人机界面显示故障内容，并提示解决该故障的常用方法，以缩短故障停机时间。
4.2人机界面设计
煤炭洗选系统智能化自动控制系统的人机界面是基于KingSCADA软件编写的，分为主画面、运行参数显示画面、仪表/测量元件参数画面、显示操作终端画面、操作站画面、历史数据曲线画面、数据趋势曲线画面以及故障报警画面。PLC以CAN总线方式将洗选系统运行数据传送给人机界面。利用KingSCADA可以设计动画，动态显示洗选过程，同时人机界面可发送对洗选系统设备的启停、急停闭锁等控制指令。
结束语
通过对煤炭洗选系统进行改造升级，将PLC集成控制系统与以太网相结合，构建起以人机互动界面、计算机主控、以太控制器、PLC网格模块化分控、设备变频控制器、洗选设备等组成的自动化智能选煤系统，实现了中央集中控制与模块化多级分控的功能效果，利用网络监测与监控功能，可做到对系统故障的精确报警与及时排查，缩短处理故障的时间，提高煤流运行的正常连续效率，降低了电能的消耗，真正实现煤炭洗选作业的节能、高效、环保。
参考文献
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