研讨选煤厂自动化系统与应用

论文导读：（2）确定负载类型。负载有直流型和交流型，大电流和小电流之分，并且各个品牌和型号的PLC输出点动作的频率不同，选型时需要根据要求确定输出模块选用继电器型还是晶体管或是晶闸管型。（3）存储容量和指令的执行速度。一般同一厂家的PLC存储量越大、速度越快就越高。（4）PLC的响应速度。目前各个PLC厂家开发的大型PLC响应速度都
摘要：本文介绍了选煤厂综合自动化系统的整体设计，包括硬件架构、软件架构以及典型的应用，展望了选煤厂综合自动化系统的发展趋势。
关键词：选煤厂；综合自动化；生产管理；设备管理
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引言
在当今社会经济快速发展的背景下，重工业得到迅速发展，煤炭是重工业的能源起到至关重要的作用，对精煤的需求量越来越大，因此我国选煤厂在近几年得到迅速发展。随着技术的提高，选煤工艺也不断改善，传统的制约系统也随之发生根本的变化，尤其是计算机网络、制约、通信、电气技术以及现场传感器仪表技术的迅速发展，对选煤厂的集中制约系统提高了要求。现代选煤厂向着集成化、智能化发展，这就要求选煤厂有功能强大的自动化系统，从而为生产管理提供可靠的数据。

一、原煤预处理系统工艺

下图为原煤动筛车间工艺流程图
图1原煤动筛车间工艺流程图

二、系统架构

选煤厂综合自动化将选煤生产全过程建成一个以工业以太网+现场总线的网络平台，将功能集成为各系统联系起来协调有序运转，实现信息、数据的连通与共享，从而避开信息孤岛的出现，使得信息资源和设备资源得以充分发挥，提高选煤厂生产管理水平、实现高效运转。要设计选煤厂综合自动化系统，首先搭建完整的综合自动化网络平台，为选煤厂生产监控、安全管理、接入集团公司信息网络等提供硬件传输平台。然后在建好的系统网络平台之上采用统一的集成架构采集现场的各种生产数据和视频信息并进行信息整合。

(一)、硬件架构

选煤厂综合自动化系统采用三层网络架构，包括设备层、制约层和管理层。设备层通过现场总线将底层的设备直接连接到选煤厂的各种制约器上，实现对现场设备、仪表等的实时监控；制约层则实现具有I/O制约、闭锁和报文传送，这种开放型网络提供任务关键制约数据（例如I/O数据刷新）和制约器之间互锁的功能。

(二)、PLC制约原理与选型原则

在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的制约装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与制约等，工业现场中的这些自动制约理由，可编程制约器（PLC）已成为解决的最有效的工具之一。自从1968年通用汽车制造公司提出了PLC制约器的设计要求后，伴随着微电子工业的发展，PLC也得到迅速发展，在功能上越来越完善。在做工程时要根据实际需要确定所需要的PLC型号。
（1）首先确定系统用PLC进行单机制约还是形成网络，在此基础上计算I/O点数，并且选购PLC时需要根据实际点数增加一定的备用点。（2）确定负载类型。负载有直流型和交流型，大电流和小电流之分，并且各个品牌和型号的PLC输出点动作的频率不同，选型时需要根据要求确定输出模块选用继电器型还是晶体管或是晶闸管型。（3）存储容量和指令的执行速度。一般同一厂家的PLC存储量越大、速度越快就越高。（4）PLC的响应速度。目前各个PLC厂家开发的大型PLC响应速度都比较快，基本都能满足需要，但是由于技术理由，产品的处理速度有一些区别，原则上速度越快越好，也要根据受控信号的多少以及系统实际要求确定，避开浪费和不足。（5）兼容性。各生产厂家都有自己的开发软件，每种软件兼容性都收到一定限制，跟上位机进行通信时受到限制，应根据系统要求合理选用PLC产品。（6）尽量选用大公司的PLC产品，其产品质量能够得到保障，大公司一般售后比较完善，技术支持好，有利于产品的快速应用和以后产品的扩展和软、硬件升级。

(三)、选煤厂 PLC 硬件构架

本制约系统自主井口来煤起，包括动筛车间、主厂房、浓缩车间、压滤车间及产品储装运等所有设备的制约。 根据洗煤厂系统工艺特点和设备布置情况，选煤厂集中制约室位于选煤厂电气楼。制约器采用 Schneider Quantum 系列 PLC，系统在电气楼设置 PLC 主站，分别在原煤仓变电所和浓缩车间配电室设置 PLC 分站，系统采用带工业以太网接口的 PLC 通信接口实现 PLC 与上位监控站之间的通讯及联系，制约主站与 I/O 分站通过 RIO 网络构成一个制约层网络，实现系统的自动化制约。上位机监控软件采用与 Quantum 系列 PLC 配套的 Citect软件实现全厂范围内设备监控。

三、制约策略

(一)、低压设备制约

当处于就地制约模式时，现场操作设备的启停按钮，现场按钮以硬接线的方式接入PLC信号输入点，PLC 检测到就地制约信号并输出相应的信号来制约现场设备启动、停止。 当处于集中制约模式时，在监控中心输入设备的制约指令，PLC 接收到上位发出的指令并输出制约信号来实现设备的启动、停止。

(二)、单转设备执行回路原理图

图2单转设备电气原理图
图 2为单转设备电气原理图，此类设备是选煤厂中数量最多的设备，包括皮带、泵、离心机、筛子、磁选机、制动器、浓缩机、冷却风机等设备。以 332 为例，从图中可以看出，设备动力线电压为 660V，制约线电压为 220V 当设备上电合闸时 QL 得电吸合，设备正常时，热保护 KR 处于导通状态， 为现场按钮盒，急停 S1 串入主回路中。合闸、电气保护、急停、就地启车作为 PLC 输入信号，通过程序制约输出，使线圈 KM 吸合，从而电机得电启动，运转灯亮。

(三)、给料机制约

给料机在原煤缓冲仓和受煤坑下，启动给料机实现煤的传输，给料机由两部分组成：给料机电机及闸门。给料时启动电机与闸门，給煤时先开启闸门，再启动给煤机电机，电机受变频器制约，通过调节变频器频率实现给煤量的制约。
就地时，启动按钮 SB3 按下，KA1 得电并自锁，SB4 按下时KA3 得电给变频器输入信号，调节变频器加速，SB5 用来调节变频器减速；远程时由 PLC制约 KA2 实现启停，为了实现调速，通过 PLC 给变频器模拟量信号进行调节。图 3.14 中闸门的制约电路，闸门必须要求正反转以实现闸门的打开和关闭，就地和远程制约原理一样，远程时由 PLC 进行制约，启动按钮 SB8 按下时，线圈 KM1 得电带动正转接触器吸合同时自锁，当闸门打开到一定位置论文导读：厂集中制约系统的研究与设计.安徽理工大学，2009.路磊涛.TBS在梁北选煤厂的应用研究.煤，2008（8）：20-2

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时，碰到限位开关 XK1，使得 XK1 动作，这时 KM1 将断开，闸门停留在此位置。为了实现正反转时顺利切换，KM1 作为反转的断开条件，KM1一旦得电，KM2 将断电，确保了稳定安全。

四、系统可靠性和抗干扰措施

选煤厂工艺流程复杂、制约设备多、设备间连续性强，在生产过程中，任何一台设备出现故障造成紧急停车都会引起事故，比如堆煤、皮带跑偏、跑水、储料桶溢料、设备堵塞等现象，将影响生产质量，因此选煤厂要求制约系统有很高的稳定性和可靠性。在实际中，由于工厂环境比较恶劣，会有很多干扰因素，如果处理不当将引起系统通信故障，PLC的稳定性得不到保障。
关键设备冗余。选煤厂受控设备多、制约系统庞大，制约要求高，必须保证 PLC系统稳定可靠，为此可对关键部件进行冗余处理，配备两套系统，一主一备，一套系统出现故障时另一套系统开始运转，保证稳定可靠。
UPS 供电。选煤厂供配电为二级负荷，在电力系统出现故障时可能会短暂断电，断电时设备紧急停车，物料存留在设备上，如果没有 UPS，供电恢复时，会造成堆煤等故障。PLC 采用 UPS 供电，当短时间断电时，制约系统照常运转，保持断电时状态，一旦供电恢复，系统将根据保持状态恢复断电时状态，使设备按照以前状态继续运转，保证了连续性。
结束语
选煤厂综合自动化系统采用整体设计与系统集成思想，是集管、调、控、监于一体的自动化系统，系统实施后，可以诊断和预警设备故障、提高生产效率和提升安全系数，通过采用先进的工业以太网网络平台结构和软件集成架构，提高选煤厂综合自动化和管理水平，使选煤厂工作运转在较高的优化水平上，同时也将推进选煤厂综合自动化系统将向大型化、智能化的方向发展。
参考文献
[1] 张霆.火车自动定量装车制约系统的开发与研究[D].大连理工大学，2008.
[2] 李彦乐.选煤厂集中制约系统的研究与设计[D].安徽理工大学，2009.
[3] 路磊涛.TBS 在梁北选煤厂的应用研究[J].煤，2008（8）：20-22.