PLC技術(shù)極大提升礦山設(shè)備的控制水平

6 空氣壓縮機(jī)群組的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

由兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司楊村煤礦和山東省煤炭科學(xué)研究所研制的以可編程控制器為核心的空氣壓縮機(jī)群組微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，徹底解決了以單片機(jī)或者工業(yè)控制機(jī)為核心的空氣壓縮機(jī)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)測(cè)試不準(zhǔn)以及整機(jī)抗干擾能力差的問題，完善了空氣壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的安全保護(hù)。

空氣壓縮機(jī)是煤礦生產(chǎn)的重要?jiǎng)恿υO(shè)備之一。國內(nèi)目前運(yùn)行的空氣壓縮機(jī)大都是采用一般的繼電器控制，其監(jiān)控與保護(hù)的技術(shù)水平低下，不能夠達(dá)到《煤礦安全規(guī)程》對(duì)空氣壓縮機(jī)運(yùn)行的規(guī)定要求，因而故障率高、維護(hù)量大。雖然有些礦井采用了空氣壓縮機(jī)自動(dòng)控制以及微機(jī)控制技術(shù)，但由于所選機(jī)型或采取的技術(shù)措施不能適應(yīng)煤礦空氣壓縮機(jī)房的特殊生產(chǎn)環(huán)境，安裝不久就不能正常使用。新研制的空氣壓縮機(jī)群組微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由溫度變送器、壓力變送器、斷水裝置實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場信號(hào)，送到可編程控制器各相關(guān)模塊，由CPU進(jìn)行處理，經(jīng)傳感器專用數(shù)顯儀表實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示設(shè)備的工作狀態(tài)與參數(shù)值，具有溫度監(jiān)測(cè)與保護(hù)、壓力監(jiān)測(cè)與保護(hù)、斷水指示與保護(hù)、電參數(shù)監(jiān)測(cè)與保護(hù)、空氣壓縮機(jī)群組集中控制等功能。

其主要性能特點(diǎn)是：①主機(jī)采用進(jìn)口原裝可編程控制器，整機(jī)穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)；其模塊化結(jié)構(gòu)與簡單易懂的編程語言，便于現(xiàn)場維護(hù)。②采用高精度溫度、壓力變送器及傳感器專用數(shù)顯儀表、線性電源對(duì)AD/DA模塊供電、“一對(duì)一”屏蔽電纜接線等技術(shù)。③系統(tǒng)具備集中控制、參數(shù)自動(dòng)巡檢（巡檢時(shí)間間隔由用戶自由設(shè)定）與手動(dòng)檢測(cè)的功能，且具有運(yùn)行指示、告警指示、消音、復(fù)位等項(xiàng)功能。④整機(jī)硬件配置合理，軟件結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，性能價(jià)格比高；面板PVC工藝制作，外形美觀漂亮。

7 PLC在礦山空氣風(fēng)縮機(jī)集中監(jiān)控中的應(yīng)用

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司興隆莊煤礦與山東省煤炭科學(xué)研究所合作，采用SU-6B可編程控制器對(duì)4臺(tái)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)與控制改造，通過對(duì)現(xiàn)場出現(xiàn)的問題不斷進(jìn)行持續(xù)調(diào)整，達(dá)到了基本完善的集中監(jiān)測(cè)與控制功能。

該礦工業(yè)廣場的空氣壓縮機(jī)房布置4臺(tái)L8/60-7空氣壓縮機(jī)，采用同步電動(dòng)機(jī)直聯(lián)拖動(dòng)，勵(lì)磁柜供勵(lì)磁電源。每臺(tái)空氣壓縮機(jī)采用9路開關(guān)量、7路模擬量信號(hào)輸入、7路開關(guān)量輸出。水溫與水壓設(shè)計(jì)成4臺(tái)機(jī)公用，模擬信號(hào)傳輸電纜采用屏蔽電纜，輸出數(shù)據(jù)采用4臺(tái)機(jī)公用顯示，定期掃描巡檢輸出，帶手動(dòng)自鎖巡檢按鈕，便于司機(jī)抄表。系統(tǒng)具有故障記憶功能，在聲光告警狀態(tài)下，自動(dòng)記憶并鎖定故障車號(hào)及故障狀態(tài)參數(shù)，以便分析，按下“復(fù)位按鈕”方可恢復(fù)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。為了確保設(shè)備在可編程控制器及故障檢修狀態(tài)下運(yùn)行，設(shè)置了手動(dòng)控制系統(tǒng)與可編程控制器系統(tǒng)相互切換，手動(dòng)控制與改造前的控制功能相同。由于壓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、停車都按程序進(jìn)行，必須先卸荷、放風(fēng)使空氣壓縮機(jī)空載然后再停車，故將方式開關(guān)作為緊急停機(jī)開關(guān)信號(hào)引入。

在軟件上加了緊急停車回路，按照《煤礦安全規(guī)程》的要求，將停水、斷油、超溫與緊急停車開關(guān)組合成緊急停車回路，確保故障狀態(tài)或緊急情況下人為緊急帶負(fù)荷停車，防止事故蔓延。由于卸荷打風(fēng)的壓力傳感器都是專用的，每臺(tái)機(jī)的打風(fēng)卸荷受各自傳感器控制，而傳感器都裝在各自的風(fēng)包上，風(fēng)包排氣管路又相互聯(lián)結(jié)在一起，就使較靈敏的壓力傳感器先動(dòng)作，打風(fēng)卸荷交替運(yùn)行，而不靈敏的傳感器基本上不動(dòng)作，總處在滿負(fù)荷工作狀態(tài)。為此，將程序作了修改，使一臺(tái)機(jī)連續(xù)運(yùn)行一定時(shí)間后自動(dòng)卸荷，直到風(fēng)壓降到下限，再投入運(yùn)行。

8 集散式分布控制系統(tǒng)應(yīng)用于礦井水處理系統(tǒng)

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦原有的礦井水處理設(shè)施已無法滿足礦井水排量的需求，必須對(duì)原處理設(shè)施進(jìn)行技術(shù)改造，提高礦井水的處理能力。為此，他們?cè)谏綎|省煤炭科學(xué)研究所的幫助下增設(shè)了一套新的礦井水處理設(shè)備。為了降低了水處理成本，采用了集散式分布控制系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備異常采用超級(jí)文本指示可能出現(xiàn)故障的原因，有利于準(zhǔn)確分析、判斷和排除故障。

該礦的礦井水處理設(shè)施分兩點(diǎn)布置，一級(jí)站與二級(jí)站相距450m。站內(nèi)設(shè)備布置相對(duì)集中，分別設(shè)有1臺(tái)可編程控制器（PLC）對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。由于過程控制涉及到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集及自動(dòng)加藥排泥、消毒等諸多環(huán)節(jié)，所以自動(dòng)加藥排泥和消毒都具備獨(dú)立的控制單元。礦井水處理過程控制系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、上位機(jī)系統(tǒng)、可編程控制器控制系統(tǒng)、二氧化氯消毒控制系統(tǒng)、智能儀表、傳感變送器以及打印機(jī)等組成。此系統(tǒng)采用Porfibus工業(yè)總線集散式分布控制方式。上位系統(tǒng)通過MPI總線與下位控制單元PLC、智能控制單元等進(jìn)行通訊，從而完成相關(guān)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的工況監(jiān)控、相關(guān)工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示、工藝流程控制、動(dòng)畫顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表管理、定時(shí)打印。

實(shí)踐表明，集散分布控制方式的最大優(yōu)勢(shì)在于控制風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)，將控制功能分散到若干個(gè)智能控制單元，避免系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)異?；蚬收隙斐烧w癱瘓，有著較高的可靠性。下位機(jī)如PLC、智能儀表具有獨(dú)立的CPU，既可脫離上位機(jī)獨(dú)立完成控制功能，又可通過網(wǎng)絡(luò)通訊接受上位機(jī)的監(jiān)控與管理。由于系統(tǒng)配置靈活、擴(kuò)展方便，各工控智能單元作為下位機(jī)既獨(dú)立又與整個(gè)系統(tǒng)融為一體，優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮，具有較高的性能價(jià)格比。

9 用PLC實(shí)現(xiàn)選煤廠設(shè)備起車前故障檢測(cè)

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦選煤廠采用可編程序控制器控制選煤廠設(shè)備起車前的故障預(yù)檢測(cè)，保證全部設(shè)備一次起車成功，成功率幾乎達(dá)到了100%，取得了良好的效果。

該廠的設(shè)備均采用集中控制方式。在起車過程中，只要其中有一臺(tái)設(shè)備發(fā)生了故障，其余的設(shè)備就必須全部停車檢修，而且要待到所有設(shè)備均無故障后才能再次起車。由于選煤廠的設(shè)備數(shù)量多達(dá)數(shù)百臺(tái)，因而起車的過程經(jīng)常需要重復(fù)好幾次，不僅嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)秩序，還造成了設(shè)備的空運(yùn)轉(zhuǎn)磨損，浪費(fèi)了電能消耗。為此，他們采用可編程序控制器對(duì)設(shè)備進(jìn)行起車前的故障預(yù)測(cè)。此項(xiàng)改造完成后，開車前由可編程序控制器對(duì)電動(dòng)機(jī)的二次控制回路進(jìn)行故障檢查，檢測(cè)接點(diǎn)被串入集中控制起車信號(hào)回路和電動(dòng)機(jī)控制回路中。在設(shè)備完好狀態(tài)下，檢測(cè)接點(diǎn)是閉合的，設(shè)備有輸入信號(hào)，此時(shí)即可以起車；當(dāng)設(shè)備有故障時(shí)，檢測(cè)接點(diǎn)則是打開的，這時(shí)設(shè)備沒有輸入信號(hào)，立即可找出故障。常見故障有漏電繼電器、熱繼電器、綜合保護(hù)器等跳閘及停止按鈕按下后沒有復(fù)位等。

運(yùn)行實(shí)踐表明，這項(xiàng)改造成果的預(yù)檢測(cè)功能是相當(dāng)可靠的，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益均非常顯著。行家們對(duì)濟(jì)寧三號(hào)煤礦選煤廠應(yīng)用可編程序控制器實(shí)現(xiàn)全廠設(shè)備起車之前的故障預(yù)檢測(cè)的成果給予了極高的評(píng)價(jià)，希望能夠盡快地在更大的范圍得到推廣。

10 PLC在鮑店選煤廠集控系統(tǒng)的應(yīng)用

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司鮑店煤礦選煤廠的控制系統(tǒng)采用底層可編程控制器系統(tǒng)與上位機(jī)監(jiān)控相結(jié)合的模式，以數(shù)據(jù)量邏輯控制為主，配以少量工藝過程參數(shù)的模擬量檢測(cè)監(jiān)視，用于實(shí)現(xiàn)工藝流程系統(tǒng)設(shè)備的集中啟、停車控制和運(yùn)行過程中的連鎖控制，并且具有工藝過程參數(shù)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，達(dá)到國內(nèi)同行業(yè)中的先進(jìn)水平。

該廠原先的集控系統(tǒng)采用SIMATIC TI545、配煤系統(tǒng)采用SIMATIC S70-300。集控系統(tǒng)的整體框架分為原煤重介選矸系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)、儲(chǔ)裝運(yùn)系統(tǒng)、跳汰(水洗)系統(tǒng)、撈坑系統(tǒng)、沉降離心脫水系統(tǒng)、除木雜系統(tǒng)及壓濾車間監(jiān)控系統(tǒng)。集控系統(tǒng)有三個(gè)操作站:調(diào)度室操作洗煤系統(tǒng)的跳汰(水洗)系統(tǒng)、撈坑系統(tǒng)和沉降離心脫水系統(tǒng)；原煤集控室操作原煤系統(tǒng)的重介選矸系統(tǒng)和篩分系統(tǒng)；儲(chǔ)運(yùn)集控室操作儲(chǔ)裝運(yùn)系統(tǒng)；壓濾車間設(shè)備僅在模擬盤上顯示。三個(gè)集控室有各自的可編程控制器主機(jī)，互不通訊，版本不一。改造后的新集控系統(tǒng)將洗煤、壓濾與儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)合為一臺(tái)可編程控制器主機(jī)，原煤車間單獨(dú)一臺(tái)可編程控制器主機(jī)；兩臺(tái)主機(jī)不直接通訊，系統(tǒng)通過上位機(jī)通訊互訪。

控制方案選用施耐德140系列PLC系統(tǒng)，主機(jī)選用CPU11303中央處理單元，具有512K字節(jié)RAM，MODBUS、MODBUS PLUS接口。與現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)及控制電路相連的部分采用MODBUS PLUS工業(yè)總線結(jié)構(gòu)的分布式控制系統(tǒng)，在廠調(diào)度室和原煤車間分別設(shè)置獨(dú)立的可編程控制器主機(jī)站，在主廠房洗煤車間9PD、10PD和5PD-1配電室、原煤車間3PD、重介二樓配電室、重介三樓配電室、篩分車間配電室、原煤1#變電所、儲(chǔ)運(yùn)集控5PD-1、原煤2#變電所、塊煤倉下、原煤倉下和壓濾車間配電室設(shè)置分布站，除了原煤車間3PD、重介二樓配電室、重介三樓配電室、篩分車間配電室和原煤1#變電所分布站由原煤系統(tǒng)可編程控制器控制外，其余分布站均由廠調(diào)度室可編程控制器控制。

11 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施

可編程控制器在選煤廠已得到廣泛應(yīng)用，但由于各種原因造成控制系統(tǒng)可靠性低。兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司職工大學(xué)通過原因分析，從軟硬件及安裝使用等方面提出一些措施，有效地提高可編程控制器的可靠性。

⑴設(shè)計(jì)完善的故障報(bào)警系統(tǒng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)三級(jí)故障報(bào)警系統(tǒng)。一級(jí)設(shè)置在控制現(xiàn)場的各種控制面板上，用指示燈指示設(shè)備正常運(yùn)行和故障情況。二級(jí)故障顯示在中心的控制大屏幕監(jiān)視器上，設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)有文字顯示故障類型，工藝流程圖上對(duì)應(yīng)設(shè)備閃爍。三級(jí)故障顯示在中心控制室信號(hào)箱內(nèi)，出現(xiàn)故障時(shí)信號(hào)箱聲光報(bào)警，提示及時(shí)處理。

⑵提高輸入信號(hào)可靠性。①硬件。選用可靠性較高的變送器和開關(guān)，防止各種原因引起的傳送線路短路、斷路或接觸不良。②軟件。在程序設(shè)計(jì)中加數(shù)字濾波程序，增加輸入信號(hào)的可靠性；現(xiàn)場輸入觸點(diǎn)后加一定時(shí)器，其定時(shí)時(shí)間根據(jù)觸點(diǎn)抖動(dòng)情況和系統(tǒng)要求及相應(yīng)速度確定，保證觸點(diǎn)穩(wěn)定閉合后才有其它響應(yīng)；模擬信號(hào)濾波采用下法：對(duì)現(xiàn)場信號(hào)連續(xù)采樣3次，其間隔由A/D轉(zhuǎn)換速度和模擬信號(hào)變化速度決定，去掉最大、最小值，保留中間值存放在數(shù)據(jù)寄存器中；程序設(shè)計(jì)時(shí)可利用信號(hào)間關(guān)系判斷信號(hào)可靠程度，如貯罐上下液位保護(hù)的開關(guān)動(dòng)作發(fā)出信號(hào)給可編程控制器，將此信號(hào)與液位計(jì)信號(hào)對(duì)比正確說明真實(shí)，反之可能極限開關(guān)故障或傳送信號(hào)線路故障；系統(tǒng)功能表上有時(shí)不出現(xiàn)互鎖，但為了提高可靠性在編程時(shí)必須加以互鎖。

⑶執(zhí)行機(jī)構(gòu)。負(fù)載由接觸器控制時(shí)，啟動(dòng)或停止這類負(fù)載轉(zhuǎn)為對(duì)接觸器線圈控制，吸合、釋放可靠；開啟或關(guān)閉閥門時(shí)，關(guān)閉時(shí)間根據(jù)閥門開度而不同，設(shè)延時(shí)又檢測(cè)不到開或關(guān)到位的信號(hào)，如信號(hào)不能準(zhǔn)確返給可編程控制器則閥門可能有故障。

⑷安裝、布線采取抗干擾。PLC的電源、I/O電源一般采用不帶屏蔽層的隔離變壓器供電，在較強(qiáng)干擾源環(huán)境中使用時(shí)接地截面積不小于2，接地電阻不大于100kΩ，接地線采用獨(dú)立接地方式；可編程控制器電源線、I/O電源線、輸入信號(hào)線、輸出信號(hào)線、交流線和直流線盡量分開布線，開關(guān)量信號(hào)、模擬量信號(hào)要分開布線，模擬量和數(shù)字傳輸線采用屏蔽線并屏蔽接地。