西门子PLC在选煤厂集中控制中的应用

曹 山

摘要 以西门子自动化设备及软件为基础，分析新疆焦煤集团选煤厂工艺的特点和需求，应用了适合该厂实际生产需求的选煤厂生产管理集中控制系统。该系统实现对现场信息的采集处理、設备解闭锁控制、启停控制等功能，并组态上位机监控界面，实时反映现场设备的运行状况，提高了决策及指挥生产管理。

关键词 S7-400 S7-300 PLC 选煤厂集控 新疆焦煤集团选煤厂设计为重介+浮选联合工艺流程，年原煤入洗能力270万吨，分为一套、二套工期建设。一套设计原煤人洗量120万吨，建于2005年。二套设计原煤人洗量150万吨，建于2008年。

一、选煤厂生产工艺对集中控制系统的要求

选煤工艺特点是环节多，程序复杂、采用了大量的机械设备，一般均为连续生产，不能单独开某一台设备进行生产，在生产正常运行中设备之后的任何一台设备的突然停车，都将会造成堆煤、压设备、跑水等现象，引起事故，因此集中控制系统要求较高。一套设计设备共180余台，其中80余台主要工艺设备均纳入集控系统，由集控室调度员实施集中控制，其他设备作为现场就地操作集中监视。根据选煤厂特点及要求，将全厂各车间并入一个集中控制系统，统一管理。一套集控分为4个控制系统：原煤准备系统、中煤矸石排料系统、重介主选系统、浓缩压滤尾煤系统。二套设计设备共80余台，其中60余台主要工艺设备均纳入集中控制，设一个控制系统。其中一、二套公用原煤准备系统、中煤矸石排料系统。

1.集控控制的要求。（1）集控系统具有集中和就地两种控制方式，集中方式用于正常生产，就地控制方式用于检修、试车，要求各设备全可能实现就地、远方集控启停功能。（2）集控系统设有启、停车预告信号，设备故障报警信号及紧急停车信号。（3）现场操作人员可以解除设备的运行，以免造成人员伤亡及减少故障损失。（4）起车过程、运行过程和停车过程原则上设备按逆煤流闭锁，凡因可能造成设备故障或因设备急停造成堵料、跑冒使车间环境恶化的，即除本台设备故障可立即停车外，其他设备也立即闭锁停车。并对各主要设备的运行状态进行闩动检测，实现设备的故障自动诊断和保护，从而提高选煤生产效率

2.集控系统功能。集控系统把全厂的设备运行状态进行集中监控，各分站输入、输出点（AI、AO、DI、DO）将设备的开、停、故障等数字量信号引入PLC，并通过现场总线传送到集控室，实现对设备状态的监视，同时备用将来新增设备纳入到集控系统中来的模块。为提高系统的监测功能，除对主要的生产设备检测，还增加一些包括过载、堵塞、皮带的跑偏等的检测。通过对系统监测，使得系统中可能出现的故障点都有了反馈信号。因此，对于系统中的故障，集控系统可以准确、快速地检测出故障设备点和保护动作位置。模拟量过程控制主要用于工艺过程参数的检测及控制，如精煤灰分、密度、液位等，用来监视和控制产品的质量。

二、设备选型

根据要求，一套用西门子S7-400、二套用西门子S7-300系列的PLC。根据选煤厂的特点，将PLC分成5个站，各自独立的I/O分站安装在受控设备的低压配电室内，可节省大量的控制电缆、缩短电缆路径、减少施工量、降低工程成本。设备选型见表1。

三、控制方案

l.系统总体方案。把全厂的设备分为五个集中的站点，二主站三从站。主站放在一、二期主洗配电室，从站放在较远现场配电室，采用安全可靠的工业总线和上位机相连进行通讯，可以满足数据的实时监控和操作。

2.设备控制方案。在每个参控设备控制电路中串入就地控制箱，在正常生产是，控制箱打到“自动”，可实现远程启动，检修时打到“就地”，可实现设备的就地启动，为增加生产的安全性，集控和就地停止的控制继电器串联，这样控制是调度员和操作人员都可以在发现设备故障时停止设备运行。

3.人机界面设计。组态软件WinCC作为上位机监控界面设计的软件平台，如图l所示。根据全场设备的布置要求，工艺流程实现一屏设计，大屏图形显示各台设备正常运行和事故状态的显示反差明显，易于判断，便于调度操作人员对全厂设备运行状态的监视和操作。见图l。

四、电动机控制原理

一、二套系统的所有电动机采用各闩统一的控制原理和统一接线方案，以利于安装和维护，输入输出点均直接与PLC相连，而没有互连。举个简单的例子，一台设备的启、停按钮和接触器线圈这三个元件，启、停按钮分别接与PLC的输入模块相连，而接触器线圈直接与PLC的输出模块或中继相连，这三个元件本身没有直接的电气联系，它们之间的逻辑控制关系是通过软件程序实现的。

1.-套电动机控制原理。一套每台电动机现场就地控制箱为一台，有转换开关一个，手动、闩动、禁启、急停、启动、停止六个控制信号进入PLC，PLC输出有两个运行、故障信号，集中控制有启动、停止两个命令。电动机二次控制原理见图2。

图3-套电动机梯形图

3.二套电动机控制原理。二套每台电动机现场就地控制箱为一台，一个转换开关，有禁启、运行、启动三个控制信号进入PLC，PLC输出有两个运行、故障信号，集中控制有三个集控、启动、停止命令。只有集控观察到现场控制箱拨钮状态在运行位置，才具备开机条件。电动机二次控制原理见图4。

五、结束语

利用先进的科学技术，提高选煤厂闩动化水平，是综合利用资源、节约能源和环境保护的有效途径，实现了生产管理自动化，提高了劳动生产率，降低了劳动强度，改善了工人的工作环境，加强了管理层对生产过程的监督和控制，提升了整体的管理水平。