PLC自動(dòng)控制技術(shù)在焦化廠煤系統(tǒng)中的應(yīng)用

鄒海龍

(拜城縣眾泰煤焦化有限公司，新疆 拜城 842300)

0 引言

在大多數(shù)焦化廠中，很多工段尚未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，手動(dòng)控制操作比較普遍。手動(dòng)操作意味著需求更多的人力資源，其缺點(diǎn)和存在的安全隱患也比較多。手動(dòng)操作既繁重又不精確，不僅浪費(fèi)人力，同時(shí)作業(yè)質(zhì)量受人力影響比較大，在很大程度上增加了操作的不確定性。而通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)操作設(shè)備是不會(huì)存在這些問(wèn)題。

本課題目的是發(fā)揮PLC控制應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)焦化廠工段的自動(dòng)控制，在同等的條件下創(chuàng)造出更多的價(jià)值。

1 PLC的特點(diǎn)

PLC具有可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，PLC之所以能迅速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用，決定于它的以下突出特點(diǎn)：①運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。②設(shè)計(jì)、使用、維護(hù)方便。③編程語(yǔ)言直觀易學(xué)。④與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合。⑤易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。

2 PLC自動(dòng)控制技術(shù)在焦化廠煤系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 控制系統(tǒng)要求

現(xiàn)有系統(tǒng)只有手動(dòng)運(yùn)行方式，設(shè)計(jì)增加自動(dòng)運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)雙運(yùn)行模式切換，現(xiàn)場(chǎng)操作箱增加遠(yuǎn)程和就地轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。通過(guò)對(duì)電氣回路線路進(jìn)行改造增設(shè)集控室，安裝PLC硬件設(shè)施，實(shí)現(xiàn)PLC輸出模塊控制電氣元件，PLC輸入模塊檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)信號(hào)的目的，安裝核子稱測(cè)量系統(tǒng)，架設(shè)工控機(jī)，編程下裝自動(dòng)配煤及工藝聯(lián)鎖開(kāi)停機(jī)程序，用畫(huà)面組態(tài)軟件編輯控制畫(huà)面流程圖，完成后進(jìn)行調(diào)試。選擇手動(dòng)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作，單臺(tái)設(shè)備開(kāi)機(jī)，自動(dòng)控制斷開(kāi)；選擇遠(yuǎn)程時(shí)，手動(dòng)斷開(kāi)，由集控室工控機(jī)電腦操作，根據(jù)工藝開(kāi)停機(jī)聯(lián)鎖關(guān)系進(jìn)行開(kāi)停機(jī)操作。

2.2 焦化廠煤系統(tǒng)的工藝流程

2.2.1 備煤系統(tǒng)工藝流程

受煤坑→板式給料機(jī)→煤1#皮帶→預(yù)粉碎機(jī)→煤2#皮帶→粉碎機(jī)→煤3#皮帶→卸料小車→配煤罐。此工段為原煤上煤工段由3個(gè)受煤坑通過(guò)原煤拉運(yùn)車輛直接倒入坑中或鏟車運(yùn)至坑中卸煤，可同時(shí)3個(gè)坑開(kāi)啟或選其中任意一個(gè)卸煤，煤通過(guò)受煤坑下部板式給料機(jī)把煤卸到煤1#皮帶上，再由煤1#皮帶運(yùn)送到預(yù)粉碎機(jī)內(nèi)進(jìn)行預(yù)粉碎，預(yù)粉碎完成后由煤2#皮帶從預(yù)粉碎出料口把煤運(yùn)送至粉碎機(jī)的進(jìn)料口進(jìn)行二次粉碎，粉碎合格后的煤最后由煤3#皮帶送到配煤塔頂部通過(guò)卸料小車把不同種類的煤卸到7個(gè)配煤罐中。

2.2.2 配煤系統(tǒng)工藝流程

配煤罐圓盤給料機(jī)→稱量膠帶機(jī)→煤4#皮帶→混煤器→煤5#皮帶→卸料小車→煤塔。此部分包括7臺(tái)圓盤給料機(jī)與7臺(tái)稱量膠帶機(jī)，通過(guò)7個(gè)配煤罐不同的煤種按類別按稱重比例進(jìn)行配煤，根據(jù)比例設(shè)定控制哪幾種煤罐需要下煤，通過(guò)圓盤給料機(jī)將煤帶下來(lái)送到稱量膠帶機(jī)上用核子稱進(jìn)行實(shí)時(shí)稱量以保證配煤的精確性，再由煤4#皮帶接住稱量皮帶上的煤送至混煤器進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，使不同煤種的煤充分混合，最后由煤5#皮帶接住后直接送到煤塔通過(guò)煤塔頂部的卸料小車卸入煤塔為煉焦工段提供煉焦用煤，之后冶煉不同級(jí)別的焦炭。整個(gè)備煤系統(tǒng)主要由5條皮帶，1臺(tái)預(yù)粉碎機(jī)，2臺(tái)粉碎機(jī)(1開(kāi)1備)，7個(gè)圓盤給料機(jī)，7臺(tái)稱量膠帶機(jī)，7臺(tái)核子稱組成，最大設(shè)備破碎機(jī)電機(jī)功率450 kW，最小電機(jī)稱量膠帶機(jī)電機(jī)4 kW，通過(guò)順序開(kāi)機(jī)逆序停機(jī)的關(guān)系進(jìn)行開(kāi)停機(jī)操作完成整個(gè)配煤系統(tǒng)正常工作。

2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 基本控制思路

對(duì)圓盤給料機(jī)變頻調(diào)速器進(jìn)行自動(dòng)化改造：采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，以圓盤給料機(jī)為控制對(duì)象，配煤盤傳動(dòng)電機(jī)為執(zhí)行環(huán)節(jié)，核子秤為測(cè)量環(huán)節(jié)。

2.3.2 稱量方案的選擇

稱量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確度決定了整個(gè)配煤自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。就目前來(lái)看，稱量系統(tǒng)基本有兩大類型，一種是接觸式稱量系統(tǒng)，如電子皮帶秤；另一種是非接觸式稱量系統(tǒng)，如核子秤。這兩種稱量方式各有優(yōu)缺點(diǎn)：電子皮帶秤具有靜態(tài)、動(dòng)態(tài)精確度高，標(biāo)定簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但工作環(huán)境要求較高，維護(hù)也相對(duì)復(fù)雜；核子秤具有激勵(lì)物料的動(dòng)態(tài)精確度高(±1%)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，使用期長(zhǎng)(約30年)，易于安裝，維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)物標(biāo)定較為復(fù)雜。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境和工藝特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用核子秤的稱量方案。

2.3.3 控制方式的確定

根據(jù)幾種常用工業(yè)控制機(jī)的基本特點(diǎn)，結(jié)合配煤生產(chǎn)工藝的實(shí)際情況和工序操作控制要求，按照系統(tǒng)預(yù)期的功能，并統(tǒng)籌考慮本項(xiàng)目的投資額度和日常的維護(hù)，對(duì)幾種控制模式的對(duì)比和論證，最終確定采用施耐德昆騰140系列PLC控制器，對(duì)7個(gè)配煤罐的單種煤配入量單獨(dú)進(jìn)行計(jì)量和調(diào)節(jié)控制，各形成一個(gè)回路。

通過(guò)高速數(shù)據(jù)通道將各個(gè)回路的信息集中起來(lái)，送到工控機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)視和操作。同時(shí)各路單元出現(xiàn)故障時(shí)，不影響其他單元正常工作，便于維護(hù)檢修。

為避免在自動(dòng)操作過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問(wèn)題而中控沒(méi)有檢測(cè)到導(dǎo)致故障發(fā)生的情況，在線路改造時(shí)應(yīng)考慮自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)只切斷手動(dòng)開(kāi)機(jī)的啟動(dòng)回路而不切斷手動(dòng)的停機(jī)回路保證現(xiàn)場(chǎng)在任何狀態(tài)下都能停機(jī)。其次，要了解所選擇的器件：操作可分為現(xiàn)場(chǎng)操作和實(shí)驗(yàn)室操作；在現(xiàn)場(chǎng)有具體的設(shè)備供我們操作，而在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有相應(yīng)的仿真設(shè)備可使用，如PLC、上位機(jī)監(jiān)控、組態(tài)等一些應(yīng)用軟件。

2.3.4 實(shí)施方案

1)將備煤、配煤及輔助設(shè)備參與自動(dòng)連鎖開(kāi)停機(jī)的設(shè)備，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作箱各安裝1支轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，用于現(xiàn)場(chǎng)與自動(dòng)兩種開(kāi)機(jī)條件的選擇切換使用。

2)增加鋪設(shè)操作箱至配電室至集控柜的線路改造電氣線路原理，從而實(shí)現(xiàn)集控開(kāi)機(jī)的功能。

3)增加鋪設(shè)配電室至集控柜信號(hào)線，將設(shè)備的開(kāi)機(jī)狀態(tài)從電氣的接觸器上或變頻器上取信號(hào)傳至集控柜PLC輸入模塊上，提供開(kāi)停機(jī)狀態(tài)顯示與聯(lián)鎖停機(jī)功能，將參與自控設(shè)備的馬達(dá)保護(hù)器信號(hào)與拉繩跑偏等信號(hào)傳至集控PLC柜輸入模塊上，提供過(guò)載停機(jī)保護(hù)、皮帶跑偏停機(jī)保護(hù)、事故拉繩護(hù)急停保護(hù)與各保護(hù)狀態(tài)顯示功能。

4)增加鋪設(shè)集控柜至配電室控制線路，將PLC繼電器輸出模塊的繼電器無(wú)源節(jié)點(diǎn)通過(guò)控制線路并聯(lián)到電氣的開(kāi)停機(jī)回路里，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)停機(jī)。

5)增加鋪設(shè)集控柜至破碎機(jī)信號(hào)線，將破碎機(jī)電機(jī)及軸瓦溫度測(cè)點(diǎn)熱電阻信號(hào)傳至PLC柜熱電阻輸入模塊中，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控主要設(shè)備溫度及高溫報(bào)警極限停機(jī)的功能。

6)增加集控柜至配電室控制線路，將PLC繼電器輸出模塊節(jié)點(diǎn)并聯(lián)接入聲光報(bào)警器電氣啟動(dòng)線路中，達(dá)到自動(dòng)開(kāi)機(jī)前預(yù)警功能。

7)增加安裝核子稱測(cè)量系統(tǒng)，將配料儀表煤量信號(hào)傳入PLC模擬量模塊中，從而達(dá)到按比例自動(dòng)配煤的功能。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次設(shè)計(jì)，將PLC應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)之中。利用相關(guān)輸入輸出模塊、通信模塊、電源模塊、CPU模塊、工控機(jī)以及相關(guān)軟件，實(shí)現(xiàn)了焦化廠煤系統(tǒng)的自動(dòng)控制。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)稱配煤，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了配煤的合格率，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中監(jiān)視和管理，并且能夠在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各個(gè)煤種的配入量實(shí)現(xiàn)單獨(dú)調(diào)節(jié)和控制，在實(shí)踐中得到良好應(yīng)用。