PLC技術(shù)極大提升礦山設(shè)備的控制水平

6 空氣壓縮機群組的微機監(jiān)控系統(tǒng)

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

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

其主要性能特點是：①主機采用進口原裝可編程控制器，整機穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強；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。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AD/DA模塊供電、“一對一”屏蔽電纜接線等技術(shù)。③系統(tǒng)具備集中控制、參數(shù)自動巡檢（巡檢時間間隔由用戶自由設(shè)定）與手動檢測的功能，且具有運行指示、告警指示、消音、復(fù)位等項功能。④整機硬件配置合理，軟件結(jié)構(gòu)化設(shè)計，性能價格比高；面板PVC工藝制作，外形美觀漂亮。

7 PLC在礦山空氣風縮機集中監(jiān)控中的應(yīng)用

兗州礦業(yè)（集團）公司興隆莊煤礦與山東省煤炭科學研究所合作，采用SU-6B可編程控制器對4臺空氣壓縮機進行集中監(jiān)測與控制改造，通過對現(xiàn)場出現(xiàn)的問題不斷進行持續(xù)調(diào)整，達到了基本完善的集中監(jiān)測與控制功能。

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

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荷停車，防止事故蔓延。由于卸荷打風的壓力傳感器都是專用的，每臺機的打風卸荷受各自傳感器控制，而傳感器都裝在各自的風包上，風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作，打風卸荷交替運行，而不靈敏的傳感器基本上不動作，總處在滿負荷工作狀態(tài)。為此，將程序作了修改，使一臺機連續(xù)運行一定時間后自動卸荷，直到風壓降到下限，再投入運行。

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）公司濟寧二號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，必須對原處理設(shè)施進行技術(shù)改造，提高礦井水的處理能力。為此，他們在山東省煤炭科學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)，對設(shè)備異常采用超級文本指示可能出現(xiàn)故障的原因，有利于準確分析、判斷和排除故障。

該礦的礦井水處理設(shè)施分兩點布置，一級站與二級站相距450m。站內(nèi)設(shè)備布置相對集中，分別設(shè)有1臺可編程控制器（PLC）對設(shè)備進行控制。由于過程控制涉及到整個系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集及自動加藥排泥、消毒等諸多環(huán)節(jié)，所以自動加藥排泥和消毒都具備獨立的控制單元。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、智能控制單元等進行通訊，從而完成相關(guān)設(shè)備運轉(zhuǎn)的工況監(jiān)控、相關(guān)工藝參數(shù)的實時監(jiān)測和顯示、工藝流程控制、動畫顯示、數(shù)據(jù)存儲、報表管理、定時打印。

實踐表明，集散分布控制方式的最大優(yōu)勢在于控制風險分擔，將控制功能分散到若干個智能控制單元，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。下位機如PLC、智能儀表具有獨立的CPU，既可脫離上位機獨立完成控制功能，又可通過網(wǎng)絡(luò)通訊接受上位機的監(jiān)控與管理。由于系統(tǒng)配置靈活、擴展方便，各工控智能單元作為下位機既獨立又與整個系統(tǒng)融為一體，優(yōu)勢得以充分發(fā)揮，具有較高的性能價格比。

9 用PLC實現(xiàn)選煤廠設(shè)備起車前故障檢測

兗州礦業(yè)（集團）公司濟寧三號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，保證全部設(shè)備一次起車成功，成功率幾乎達到了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)量多達數(shù)百臺，因而起車的過程經(jīng)常需要重復(fù)好幾次，不僅嚴重影響了正常生產(chǎn)秩序，還造成了設(shè)備的空運轉(zhuǎn)磨損，浪費了電能消耗。為此，他們采用可編程序控制器對設(shè)備進行起車前的故障預(yù)測。此項改造完成后，開車前由可編程序控制器對電動機的二次控制回路進行故障檢查，檢測接點被串入集中控制起車信號回路和電動機控制回路中。在設(shè)備完好狀態(tài)下，檢測接點是閉合的，設(shè)備有輸入信號，此時即可以起車；當設(shè)備有故障時，檢測接點則是打開的，這時設(shè)備沒有輸入信號，立即可找出故障。常見故障有漏電繼電器、熱繼電器、綜合保護器等跳閘及停止按鈕按下后沒有復(fù)位等。

運行實踐表明，這項改造成果的預(yù)檢測功能是相當可靠的，經(jīng)濟效益和社會效益均非常顯著。行家們對濟寧三號煤礦選煤廠應(yīng)用可編程序控制器實現(xiàn)全廠設(shè)備起車之前的故障預(yù)檢測的成果給予了極高的評價，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）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)的模擬量檢測監(jiān)視，用于實現(xiàn)工藝流程系統(tǒng)設(shè)備的集中啟、停車控制和運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)，達到國內(nèi)同行業(yè)中的先進水平。

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)、儲裝運系統(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)；儲運集控室操作儲裝運系統(tǒng)；壓濾車間設(shè)備僅在模擬盤上顯示。三個集控室有各自的可編程控制器主機，互不通訊，版本不一。改造后的新集控系統(tǒng)將洗煤、壓濾與儲運系統(tǒng)合為一臺可編程控制器主機，原煤車間單獨一臺可編程控制器主機；兩臺主機不直接通訊，系統(tǒng)通過上位機通訊互訪。

控制方案選用施耐德140系列PLC系統(tǒng)，主機選用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)置獨立的可編程控制器主機站，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、儲運集控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）公司職工大學通過原因分析，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)計完善的故障報警系統(tǒng)。在自動控制系統(tǒng)中設(shè)計三級故障報警系統(tǒng)。一級設(shè)置在控制現(xiàn)場的各種控制面板上，用指示燈指示設(shè)備正常運行和故障情況。二級故障顯示在中心的控制大屏幕監(jiān)視器上，設(shè)備出現(xiàn)故障時有文字顯示故障類型，工藝流程圖上對應(yīng)設(shè)備閃爍。三級故障顯示在中心控制室信號箱內(nèi)，出現(xiàn)故障時信號箱聲光報警，提示及時處理。

⑵提高輸入信號可靠性。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)計中加數(shù)字濾波程序，增加輸入信號的可靠性；現(xiàn)場輸入觸點后加一定時器，其定時時間根據(jù)觸點抖動情況和系統(tǒng)要求及相應(yīng)速度確定，保證觸點穩(wěn)定閉合后才有其它響應(yīng)；模擬信號濾波采用下法：對現(xiàn)場信號連續(xù)采樣3次，其間隔由A/D轉(zhuǎn)換速度和模擬信號變化速度決定，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)計時可利用信號間關(guān)系判斷信號可靠程度，如貯罐上下液位保護的開關(guān)動作發(fā)出信號給可編程控制器，將此信號與液位計信號對比正確說明真實，反之可能極限開關(guān)故障或傳送信號線路故障；系統(tǒng)功能表上有時不出現(xiàn)互鎖，但為了提高可靠性在編程時必須加以互鎖。

⑶執(zhí)行機構(gòu)。負載由接觸器控制時，啟動或停止這類負載轉(zhuǎn)為對接觸器線圈控制，吸合、釋放可靠；開啟或關(guān)閉閥門時，關(guān)閉時間根據(jù)閥門開度而不同，設(shè)延時又檢測不到開或關(guān)到位的信號，如信號不能準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，在較強干擾源環(huán)境中使用時接地截面積不小于2，接地電阻不大于100kΩ，接地線采用獨立接地方式；可編程控制器電源線、I/O電源線、輸入信號線、輸出信號線、交流線和直流線盡量分開布線，開關(guān)量信號、模擬量信號要分開布線，模擬量和數(shù)字傳輸線采用屏蔽線并屏蔽接地。