张 栋

(山西西山煤气化有限责任公司，山西 太原 030200)

0 引言

PLC(Programmable Logic Controller)即可编程逻辑控制器，该系统通过储存器、逻辑计算、定时功能、顺序控制、数字I/O控制器实现控制效果[1-3]。现如今，焦化厂生产空间较大并且处于外部环境，备煤管理存在困难，如各类型煤炭堆放存在混质，在外部环境下对煤炭影响较大，生产资金投入高。为此，应用PLC技术实现备煤与配煤一体化控制，以期节约占地空间和成本投入，并提高焦炭性能。

1 PLC应用原理

1.1 硬件应用

硬件结构：综合系统以PLC为中心，利用SCADA，即数据采集与监视控制系统[4-6]。在组成中运用上位机、PLC主站、控制器。焦化厂备煤与配煤综合系统运用PLC系统分为操作站、控制器、通讯网络、I/O控制。

硬件特点：①I/O控制单元。I/O控制单元通过I/O模式完成PLC与电气回路连接，传感器搜集到的信号通过I/O控制单元传输至CPU；②CPU。CPU通过通讯网络传输至上位机，结合信息给出相应命令，上位机给出命令的过程中正好相反；③编程器。PLC编程器利用施耐德自动化编程软件，具有扩展配置与可重复使用编程的优势，能够节约控制系统设计、维护成本，程序生成过程中明确硬件系统。该组态支持线上线下进行，组态工具Concept对编辑器利用标准菜单，例如Windows、File；④控制网络。控制网络是系统通信重要组件，对系统稳定性与可扩充性具有积极影响。

1.2 软件应用

编程软件：编程软件为Concept，以Windows 2000 Professional系统为基础的编程软件包，该程序可以重复利用，具有较强的搜索功能，连接简便，容易操作[7-9]。该软件有助于综合系统的多条料线处于运行条件，操作过程为：确定操作状态过程中自动控制状态与手动控制状态；检查料线运行状态，有无占用现象、是否需要启动多条料线进行。

配煤量与物料量：①配煤量控制。给煤根据上位机的配比输入和计算控制，也就是把需要的规格输入配比计算系统，指定配料计算方法与数值，再计算出所需比重与配比；②物料量控制。确定配比后上位机将设置参数借助通信接口传输至称量控制仪表，储煤仓内煤炭下落至称量皮带，重量从称重传感器检验获得煤流量的反馈电压信号至仪表并运算为当前参数；③输入控制信号到变频器，反馈参数输入变频器和参数对比计算，实现煤量控制。

系统设计研发：①联锁控制功能。需要用到自动化网络进行设备位置与运行调整，将联锁信息传输至电气系统从而实现设备联锁控制；②远程监控。远程监控可以借助控制室控制、搜集各信息数据，比如点检信号、电流参数，在自动控制条件下自由联锁，还能够在人工控制中自主控制；③在线诊断与报警。该功能可以判断系统硬件故障、软件，保证发现问题及时处理，为工作人员提供便利；④权限控制。网络系统安排不同人员在各安全应用层操作权限与管理权限，工作人员仅可以监督操作台，系统管理人员有权调整系统。

2 PLC在备煤及配煤综合系统中的应用

2.1 系统设计

为保证焦化厂生产稳定性与可靠性，设计了中央联动控制、机旁单独控制两种控制形式。设备控制电机旁安装操作箱，操作转换开关各位置信号，即自动与手动[10-12]。首先，中央联动控制。设备转换开关处于自动位置，断路器合并代表设备处于中央操作状态，为中央联动运行条件，系统联动运行准备后启动联动PLC程序。机旁单独控制：设备转换开关处于手动位置，断路器合并代表设备处于机旁单独操作状态。手动位置，操作箱安装按钮作为启停开关，用于设备单独控制，该控制形式在联动设备发生故障无法运行的条件下应用。

2.2 过程控制

备煤系统过程控制：备煤系统分为集中启动、净化停止、一起停止、紧急停止。根据工艺可分为配煤前子程序与配煤后子程序。系统设计时结合各起点、中间点、终点划分各运行形式。

配煤系统过程控制：配煤作为备煤系统中心过程，配煤槽包括一二期，各5个槽，共10个配煤斗，以物位计监视在库量，物位计选择重锤料位计，输出模拟量信号5～20 mA。连接至PLC模拟量输入单元，用于操作工高料位故障监控与处理。煤槽前皮带上装皮带秤监控煤料，工作人员观察上煤状态，一经发现异常及时停止装运。工业PC机与PLC用于中央操作控制组件与显示组件，皮带秤数字控制单元与称重控制单元连接，应用在对称量与给料系统过程控制与管理完成给料带式输送机，称量带式输送设备顺序启动、报警与模拟量信号处理完成自动与手动控制，与输煤系统PLC通信，完成联锁停车，通过标准串行接口和皮带秤数字控制单元、称重控制单元与打印机、上位机连接。PLC控制设备在备煤与配煤综合系统中应用多年，系统总运行效果良好。特别是热备单元、双MB+及I/O网络提升系统稳定性。系统安装运行完善接地增强抗干扰性。

主控站软件：主控站软件是从Windows 2000 Server操作系统，采用WinCC作为组态开发平台。WinCC作为西门子用于生产过程自动化专用组态软件，用户经过WinCC有助于工业自动化系统组态编程。该系统分为监视功能，实时监视系统运行状态。参数可设置为配比设置与控制，系统具备启动停止延时、设备运行时间设置与控制功能。控制系统为顺序起停，设备可单独调试设置与控制。趋势曲线显示配煤通道与计量仪表的流量曲线、历史曲线，以及主皮带电机与一二次破碎机电流实时曲线。系统故障、故障信号实时记录与显示，归档与统计。

2.3 应用实例分析

实例概况：该焦化厂备煤系统及配煤系统优化分为两个阶段，其中第二标段为储配煤槽，占地面积6 888 m2，总仓容140 000 t。地震设防烈度为6°，±0.000相当于绝对标高39 m，围护结构架填充选择非承重烧结粉煤灰空心桩，M5水泥砂浆砌筑。

优化内容及效果：备煤系统主要工作是卸车、储存加工配合符合焦炉生产要求的煤料，分为输煤系统与配煤系统。优化设计主要针对由卸车场-煤场-配煤室两条料线研究。可编程控制器具有体积小、功能大的特点，能够顺利完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、数字运算，通过输入输出接口创建与各类生产机械数字量与模拟量的联系，实现自动化控制。本项目中，基于IPC+PLC模式创建控制系统、计算机监控网络，工作人员对自动控制的管理逐渐从中央控制室操作站转变。中央操作和现场控制能够独立运行，有效提升了自动控制系统稳定性。

管理功能提高：改进后很多参数可以在上位监控计算机的工艺流程参数中显示。工作人员只需输入煤种配比、水分，系统即可得出单种煤的流量设定参数，显示瞬时流量与累计量。将皮带转速搜集到计算机系统即可减少计算量，还有助于设备故障诊断，降低故障发生率。此外，历史趋势图可以显示并储存主要变量的变化趋势，为配比数据的统计分析创造条件，完善焦炭的系统管理。称量过程中，上位机把需要效验的核子称状态设定为校称，PLC系统可自动输出18 Hz并维持3 min，皮带处于恒速条件，确保效验精准。

3 结语

综上，备煤车间自动控制系统升级改造，增加了多条煤线控制与检验，完成了主控室对现场设备的集中控制，提升生产效果、优化工作环境、节约操作人员。事实证明，PLC的应用稳定性高、数据精准、报警准确、总体控制、操作简单，根据工艺流程实现交叉复杂顺序控制与逻辑控制，协调各自系统的连接以及设备联锁从而提升生产效果。先进技术的应用提升了系统应用效率，节约了生产成本，尤其是计算机技术可取代人工操作实现作业制度的在线管理，并且保证了应用质量。