基于PLC的自动输煤系统的改造升级

基于 PLC的自动输煤系统的改造升级

张晓东 伊犁新天煤化工有限责任公司 ，新疆伊犁

摘要：PLC自动输煤系统作为一种新型的煤炭运输设备，其因运行成本低、占地面积小、后续维护费用低，而受到广泛欢迎。本文就结合实例分析了如何使用PLC系统完成自动输煤系统的改造升级。通过研究，分析如何以PLC为核心设置其他设备，帮助企业提升输煤系统的工作效率。

关键词：PLC；自动输煤；改造升级

引言：传统的自动输煤系统存在控制不集中、联动效果差的问题，会影响生产过程中的安全性和工作效率。为此，应该针对输煤系统的情况基于PLC进行改造，解决输煤系统的运行问题。

1 基于PLC自动控制发展趋势

工厂生产最初的规模都比较小，所以使用的控制设备、仪表都比较简单，生产中测量指标数量相对较少，人员需要进入现场了解输煤系统的运行情况。随着工厂规模增大，为了实现对设备高精度操控，出现了模拟信号、继电器、接触器、电动单元结合的多点信息系统，所有信号都会集中到控制室中集中控制，所有的逻辑程序都有继电器和接触器搭建实现，无论修改、使用、维修，都十分不方便。随着编程的逻辑控制器PLC出现，改变了工厂控制的方式^[1]。PLC可以代替继电器、接触器的控制功能，由于具备运行程序的功能，可以实现比较复杂的生产操作，进一步提升了自动系统控制的精细化水平。随着传感器技术的提升，以及PLC技术的不断发展，PLC已经可以完成大量数据的高效处理，满足控制精度的要求。

2 PLC系统对自动输煤系统的改造

某煤气生产厂家的输煤系统包括14台给煤机、15条输送皮带等设备构成，由于设备较多，输煤系统比较长，而且现场独立控制，输煤效率较低，因此需要使用PLC进行自动化改造。

2.1 系统构成

本次改造的硬件系统包括PLC系统、数据采集系统、HMI系统、视频监控系统。PLC系统使用S3-700系列PLC，该PLC是一种模块化的中小型PLC，通过增加功能模块可以满足各种不同的生产控制任务，并且可以根据工作中的实际情况选择模块，需要增加控制任务时，只需要扩展PLC系统模块即可^[2]。315-2PN/DP作为主站，使用ET200M接口模块作为从站，利用过程映射映像区实现数据交换。

数据采集系统是感知自动输煤系统运行状况的系统，包括物位计、液位计、拉线开关等元件，其中物位计可以测量料仓中煤的存量、液位计可以用来裁量污水坑的水位情况，接近开关可以测量皮带的跑偏状况，分析各种设备极限位置。物位计使用了调频连续波测量的方法，可以将微波传输时间转换成频率差的传播方式，之后通过测量频率差可以代替直接测量的时差，能对目标距离做出更为准确的计算。通过线性调制微波信号可以通过天线发射微波，经过物料表面反射之后，雷达系统接收发射的微波，之后微波在物料表面反射之后会被雷达天线接收，根据频率差确定天线和物料表面的距离，完成对高度的判断，然后将数据通过接口传给PLC。

HMI系统配置一台计算机，通过工业以太网和PLC通讯，控制界面中包括各种设备的启停状态、各个设备的运行状态、起停控制、故障报警显示、操作模式选择、功能选择等等。

2.2 软件系统

对PLC的编程软件使用Sinamic Step7，配置系统的硬件、通讯组态、测试、编程、诊断结果等等，使用阶梯图和语句表达的组合形式，逻辑使用梯形图编写，数据计算和转换使用语句表的形式编写。

HMI系统的编程软件使用Wincc，该软件包括数据采集、系统控制，具有较高效率的自动化系统控制功能，并且系统的开放性和稳定性都很强，能满足对操作界面设计的需要，并且能够进行设备状态的监视工作。

管理员使用的电脑配置了解码器和硬盘录像机，通过电视墙客户端软件进行控制，满足操控和监视的需求。

2.3 系统网络构成

系统包括两层网络，分别工业以太网、PROFIBUS-DP网，工业以太网设计成拓扑结构，能满足HMI系统的显示需求和PLC通信；PROFIBUS-DP网由于控制器和远程分布式I/O之间的通讯。通过构建两层网络，能满足不同通信的综合要求，提升控制系统的稳定性^[3]。

3 PLC系统主要功能

经过升级改造后，自动输煤系统可以使用HMI本地手动控制、远程手动控制、远程自动控制几个不同的控制模式切换，HMI可以显示设备的开关状态、工作状态、报警信息等内容；系统的工业电视可以储存、显示、回放各个工位的状况。

3.1 本地手动控制

每个工位都设置了本地控制箱，现场操作人员可以根据情况调整设备启停，并在出现问题时手动操作报警。如果PLC系统出现故障，可以在等待维修的过程中继续依靠手动控制保证正常的生产状态。

3.2 远程手动控制

使用HMI进行手动控制的选择时，可以使用HMI开关根据连锁顺序烛台控制设备的启停，能在不受各个设备之间关联影响的情况下单独电动设备，还能配合连锁线路实现急停。

3.3 远程自动控制

操作人员巡检设备并确定设备具备启动条件后，可以在主控室HMI启动设备，启动下煤机开始自动走行到1号仓，皮带启动之前会响铃提示，之后根据设定好的启动程序，从高序号向低序号每隔5秒逐级完成自动设备的连续启动。启动过程中，振动给煤机必须在皮带全部运行之后根据实际运行需求手动启动，输送煤的过程中，必须在下煤机仓料满仓时停止下煤，自动行走到下一料仓之后再继续下煤。震动给煤机会先停止工作，然后在主控室HMI上控制停止，根据设定好的停止顺序，从低序号到高序号间隔5秒逐级自动连续完成设备的停止操作。污水泵会在污水坑水报警时自动控制启停。

3.4 视频监控

视频监控系统采用网络摄像机完成视频采集工作，使用了高清解码现实的方法，满足视频监控清晰度的要求。所有的视频数据都会在被处理之后储存和备份，并且能根据需要进行检索，视频内容可以通过网络传递，方便人员远程控制。画面会被投放到液晶屏幕电视上，之后可以根据需要进行分屏显示和单屏放大。

结束语：PLC在改造后是整个控制系统的核心，可以满足各种控制要求。改造之后的系统为分布式体系结构，具有安装简单、维护方便的优势，实现了对设备的动态运行自动控制，极大程度降低了运行过程中管理人员的负担，保证了系统的可靠性，并且提升输煤工作的精确性和效率，确保了日常工作的安全性，极大程度增加了企业的收益。

参考文献：

[1]吴松涛,李锐成,张国栋.国华盘山输煤系统PLC改造为DCS控制[J].自动化博览,2021,38(03):78-80.

[2]邹海龙.PLC自动控制技术在焦化厂煤系统中的应用[J].技术与市场,2020,27(08):96-97.

[3]王奕喆.基于PLC的自动输煤系统的改造升级[J].一重技术,2019(06):68-71.