焦化厂自动配煤控制系统的设计与应用研究

乔希彬

[摘 要]在焦炭生产工艺过程中，需要将气煤、肥煤、焦煤、瘦煤四种煤按一定比例配成混合煤，然后送入焦炉进行高温炼焦。配比的准确性以及配料系统的可靠性将直接影响焦炭产品的质量。因此，通过提高焦化配煤系统的可靠性、稳定性、准确性来提高焦炭的质量具有非常重要的社会效益和经济效益。

[关键词]焦化厂；自动配煤控制系统；设计；应用

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）11-0006-01

一、焦化厂自动配煤系统的组成和功能

1.焦化厂自动配煤系统的构成。自动配煤控制系统主要是为了实现气煤、肥煤、焦煤以及瘦煤等多种煤配比形成混合煤的全自动化，主要系统构件有振动给煤机、小皮带以及大皮带，其中振动给煤机顾名思义起到输送添加原材料的作用，假设配置数量为13台；小皮带起到称重作用，每一台振动给煤机配置一条称重小皮带，因此小皮带的数量也是13条；大皮料用来将称重好的原材料进行混合与运输，因此需要一条统一的混料大皮带，这些部件共同构成了自动化配煤系统的工作组，且振动给煤机和称重小皮带的配置数量一致，而自动化配煤系统的控制系统由一套西门子S7-300PLC实现，同时在上位机加设WINCC组态系统实现对配煤过程的全自动监控，实现人机交互功能。为了强化自动化配煤系统煤量控制、配煤质量的可靠性，对配煤系统的称重积算器实现PID控制，整个控制系统采用PCL控制技术，实现信息化技术实时数据收集功能，提高了自动化配煤控制系统的生产效率。也就是说，如图1所示，自动配煤系统由PLC控制系统、称重系统、仪表积算器系统、振动给煤系统以及WINCC监控系统构成。

2.自动配煤系统的主要功能。自动配煤系统的主要功能是实现精确自动化配煤工作，同时由于PLC技术和WINCC监控技术等内容的应用，使得自动配煤系统同时具备监控全方位配煤流程、检测煤料配比质量以及控制总配煤量和原材料配比值等作用，而且在实际的自动化配煤工作开展过程中，能够直接在配煤系统上对相关参数进行设定和修改，节省了大量人力物力，对完整的配煤过程进行数据的记录和保留，方便对自动化配煤技术进行不断的优化和提升自动化配煤效率。

3.主要设备联锁关系，图1清晰地表明了自动配煤系统各部件之间的运转流程，在探究设备之间的联锁关系时，需要注意稱重小皮带要在振动给煤机之前开启，避免出现给煤机开始工作和小皮带未开始称重的那一个时间内煤量称重的遗漏，影响最终配煤成效。同时在关闭自动配煤系统时应当优先关闭振动给煤机，然后再关闭称重小皮带。另外，混料大皮带的开启是整个系统最先开启的部分，也就是说，在进行自动配煤系统的开启工作时，应当最先开启混料大皮带，然后再开启称重小皮带，最后开启振动给煤机，其中混料大皮带和称重小皮带没有直接的联锁关系。

二、PLC控制系统软件设计及硬件构成

1.软件设计。整个PLC控制系统上位机采用西门子SIMATIC WINCC V6.2，实现监视、操作、趋势、报表等功能；下位机为西门子SIMATIC STEP7V5.4，实现采集、运算、控制等功能。主要的程序结构为：FC1：主要的控制程序块；FC2：控制程序块中各种启动、停止标志等；FC3—FC15：实现了13条小皮带的流量采集，与累积，偏差、报警等控制算法；FC16、FC17：报表采集运算块；DB1：按钮背景数据块；DB2：标志背景数据块；DB3—DB15：各小皮带流量采集与累积，偏差、报警等内部标志的背景数据块；DB16、DB17：报表背景数据块，

2.硬件构成。（1）PS307电源模块，供电模块，（2）S7-300系列CPU-2DP，中央处理器模块，（3）CP343模块，与上位机以太网通信模块，（4）ET200M远程I/O，远程I/O通信模块，（5）DI模块，数字量采集模块，（6）DO模块，数字量输出模块，（7）AI模块，模拟量采集模块，（8）AO模块，模拟量输出模块，

3.上位机操作说明，（1）操作画面，，操作画面用于生产过程中各设备状态的监视（运行、停止、故障、掉电等）和操作（启、停等），分解锁和联锁两种操作方式。在解锁方式下，各现场设备可由画面单启、单停按钮完成单一设备的独立启、停操作；在联锁方式下，现场设备可统一的进行顺启（小皮带与给煤机依次顺序启动）、顺停（小皮带与给煤机依次顺序停止）、同启（小皮带与给煤机同时启动）、同停（小皮带与给煤机同时停止）等操作。对每一套仓设备（振动给煤机、小皮带）可独立进行选中生产操作。对每一套仓设备（振动给煤机、小皮带）可独立进行选中报警参与与取消操作。每一套仓设备在启动时，要确认是否“上电”，“本地/远程选择”，“电机保护”。单设备校秤时，不参与联锁控制，完成后要复位校秤确认。（2）配料画面，配料画面用于输入和监视各种煤种的煤量及水分的配比，以及实际、设定、累积煤量。每班操作前要复位清零累积量。（3）综合画面，综合画面综合了操作画面的设备状态监视功能与配煤画面的实际、设定、累积煤量显示。（4）报表画面，报表画面是班报表的打印画面。

三、系统运行过程出现的问题及解决方案

1.振动给煤机不联锁停车相关问题，分析过振动给煤机和称重小皮带之间的联锁关系，在正常操作情况下，当称重小皮带收到停止工作命令时，其与振动给煤机之间的远程联锁点断开，使得振动给煤机停止工作，但是由于整体系统使用的是380V的交流电流，特别是自动配煤系统的配煤输送线路较长且指示灯与线圈为并联关系，因此当称重小皮带收到“停止”命令停止工作的时候，由于指示灯自身电阻使得电位没有及时断开，振动给煤机依旧正常工作，造成下倾的煤料掩盖小皮带的故障。为了解决和避免出现这一问题，需要对指示灯和线圈线路图进行调整，可以去除指示灯部件，直接连接线圈组成电路，避免指示灯电阻造成的不良影响，保证联锁结构的有效性。

2.系统运行不稳定故障，运行系统不稳定故障多发生在系统的启动瞬间，主要是因为启动时称重小皮带上没有煤料，因此传递的称重信号几乎为零，使得调节器将配煤给定量设置成给定偏差，造成输出信号最大值，瞬间电流过大对系统电路造成不良影响。为了解决这一问题，可以将称重积算器的运算程序进行优化，设定一个20秒左右的积分环节，避免在启动瞬间进行偏差判断，造成偏差判断不准确，影响电路使用寿命的问题。

自动配煤控制系统能够大大提升工厂配煤效率，同时还能保证煤料配比的准确性。通过对PLC系统与自动化信息科学等技术的应用，实现自动化配煤系统的全面监控、数据收集、实时操作以及人机互动功能，使所有操作都能够在平台终端上进行，提高了配煤系统的可视化，并且提高了整个工作流程的自动化程度，为焦化厂生产提供了有效的技术支持，节约了大量的成本投入。

参考文献

[1] 冯岗.焦化厂自动配煤控制系统的设计及应用研究.2015.

[2] 李小相.自动配煤系统在焦化厂的应用.2014.