ModiconTSXQuantum系统在岱庄煤矿选煤厂的应用———ModiconTSXQ

摘  要  由于具备高性能的处理器，施耐德电气的Modicon Quantum自动化平台为半连续过程的控制及高可用性提供了最优的选择，Quantum平台不仅集成了丰富的通讯功能和诊断功能，还提供了内存柔性以及灵活开放的数据存储功能，同时，其处理器的强大功能也保证了最佳的循环时间。本文介绍了该系统在岱庄煤矿选煤厂自动控制系统中的应用。充分体现了该系统能够满足选煤厂自动控制行业的需求。关键词  综合自动化；控制系统；选煤厂；Modicon TSX Quantum系统 0 引言淄矿集团岱庄矿选煤厂是一座设计年处理能力150万吨的现代化矿井型选煤厂，实际能力达到300万吨。主要承担入洗岱庄矿井原煤，入洗煤种为气煤,洗煤产品主要为优质动力煤和炼焦配煤。洗煤工艺为+40mm采用动筛排矸，-40mm采用跳汰－－-浮选联合流程。动筛排矸系统引进德国威达格.洪堡特KHD公司生产的动筛跳汰机，该机性能可靠，分选效果优良，实现了单机自动化。水洗系统洗煤机和浮选机分别选用煤科总院唐山分院研制的自动化程度较高的SKT96型跳汰机和XJQM-14（4）型浮选机。岱庄矿选煤厂采用先进的综合自动化系统，按照精简、优化、低投资、高效率的原则配置整个综合自动化系统。该系统由具有丰富现场经验的平顶山中选自控系统有限公司进行设计施工，在全国选煤行业处于领先水平。该系统分为控制系统、工业电视系统、管理信息系统，包含三个网络：控制网络、工业电视网络和管理网络，实现三网合一。控制系统选用施耐得公司的QUANTUM系列PLC，系统主要功能实现动筛车间、洗煤车间、压滤车间、装车站设备的自动控制，由一个主控室、三个副控室组成，并形成控制网络，实现对全厂设备的监控。1 控制系统介绍1.1概况控制系统在主厂房控制室、动筛车间控制室、装车控制室、压滤车间控制室设立CPU站点，在主厂房配电室、动筛车间配电室、浓缩车间配电室、原煤仓下配电室、产品仓上/下配电室设立远程I/O分站，它与CPU站组成RI/O网络，CPU站之间组成MB+网，CPU与上位机组成以太网，现场I/O负责设备的启停和生产信息的采集，CPU负责逻辑运算和信息的处理，上位机负责设备状态的监控和操作。1.2控制范围及主要控制环节                                           1）原煤及地销煤系统：矿井箕斗仓下给煤机至动筛车间、原煤仓上、块精煤仓及地销装车给煤机，参控设备34台，电机42台。2）浓缩压滤系统：从浓缩机底流泵、压滤车间到煤泥皮带机，受控设备30台。3）装车系统：原煤仓下给煤机、221皮带、装车仓下给煤机及装车设备，受控设备40台。4）水洗系统：入洗皮带至产品仓上设备，受控设备50台。5）事故停车采用事故点设备至煤流源侧急停，事故点到煤流方向设备依次延时停车。6）原煤系统以动筛跳汰机为中心实现质量控制单元自动；水洗系统以跳汰机为中心实现质量控制单元自动化，浓缩机实现浓度控制单元自动化，各种运输设备实现综合自动化。7）对主要的料位、液位、闸门位置、翻板位置、浓度、流量、40千瓦以上的电机电流、溜槽堵塞实现实时在线检测，设定常值、超值报警。1.3灵活的控制方式：集控/就地/单起集控方式下PLC执行用户程序的全部控制功能；就地方式下PLC仅执行数据采集和模拟显示功能；单起方式下，在集控室可实现单台设备的启停车，并具有联锁、解锁功能；设置就地操作设施，该设施不通过PLC控制。1.4实现功能本系统形成后，可以取消各种岗位工，工人由操作工变为巡检工，不参与设备的控制（事故状态除外），可实现如下功能：1）控制功能，实现设备控制方式和工艺流程选择、启车预告、系统单起/程序启停、系统运行的闭锁、过程参数的实时监测。2）诊断功能，能快速正确地识别模块配置错误、模拟量超程、线路断线等故障，自动报告总线通讯错误还是网络错误。3）冗余功能，采用不间断电源双回路供电自动投入。选择冗余通讯模块，实现PLC和CPU的双机热备功能，主辅机同类切换，系统不间断工作。4）网络通讯功能，利用光纤将全厂PLC分站连成一个网络，各分站所采集的信息全汇集到主厂房控制室，在上位机上显示，同时，也可将指令通过网络传至PLC分站。5）各种检测和保护功能，实现对各种料位、水位、闸阀位置、水量、电量、设备运行状态的检测，并用图形软件在屏幕上显示出动态画面；实现对所有设备保护信号的检测。6）单机自动化与系统的联网功能，通过PLC-/I/O接口实现与单机自动化设备的联机。7）启停车声光预告和语音报警功能，启停车前可利用广播系统和信号系统预告；系统出现故障，在上位机提示故障并语音报警。2系统方案2.1 选型简介根据自动化控制系统要求及现场配电室布置情况，进行了选型配置。Quantum系统是具有数字量处理能力的专用计算机系统。具有模板化、可扩展的体系结构，用于工业和制造过程实时控制，包括Quantum系列CPU、I/O模板、I/O接口、通讯模板、电源和底板，各种性能符合现场控制要求，与市场同类产品相比性价比教高，因此选用Quantum系列PLC。Quantum系列PLC具有如下显着特点：1） 性能高-以可预测的和可确定的方式1秒种传递2000个寄存器；2） 适应环境能力强，工作环境为：温度0-60℃，湿度0-95%不冷凝；3） 诊断程序和LED正常/故障可视指示器使用户很快找到网络故障，使日常维护更加容易；4） 允许带电热插拔模块5） PEER COP允许被组态的控制器使用简单的填表的方法与其它控制器交换数据；6） 附加的数字协处理器可满足更多的控制要求，提供更多的可能性；7） 可选的冗余电源、电缆为重要场合提供安全保障；8） 远程站可采用单缆或双缆通讯，双缆可增加RIO网络通讯的可靠性，通讯介质为同轴电缆，最多可支持31个分站，距离达4500米，通讯速率1.544M；9） 特有的段调度技术使得I/O更新和程序扫描同步进行，从而实现安全、可预测的控制；10）    具有Modbus plus网络能力，允许建立以Quantum PLC为对等节点的令牌传递型工业网。上位机与PLC通讯采用MODBUS PLUS工业对等网，通讯速率1M，距离每段457米，加三个中继器，可达1800m；11）    Quantum符合UL、CSA等国际认证，给用户提供高质量的产品；12）    编程语言采用基于WINDOWS环境下的CONCEPT软件，使控制软件的编制变得简单、高效。2.2 系统配置根据系统控制要求和参控设备分布及数量，合理的进行主机选型，在主厂房设立主控室，选用140CPU43412模块作为主CPU，负责全厂设备的监控，在动筛车间、压滤车间、装车站三处设立分控室，选用140CPU11303，一共设立四个带CPU的站点，分别负责各系统设备的监控，三个分控室可以独立处理本站点各种监控信号并传输到主控室，四个带CPU的站点之间采用光纤连接，通过140NOM25200光纤模板组成MB+控制网络，在主控室选用140NOE21100 Quantum以太网模板组成以太网介入全厂计算机网络，实现远程监控。在主厂房配电室、动筛车间配电室、浓缩车间配电室、原煤仓下配电室、产品仓上/下配电室设立远程I/O分站，各远程分站通过140CRA93100RIO分站模板与CPU站140CRP93100RIO接口模板组成RI/O网络。在控制网络中存在两种形式：Modbus plus网和RI/O网。Modbus plus是一个本地通讯网络，允许计算机、可编程控制器和其他数据源以对等方式进行通讯，数据传输速度可达1M/秒，通讯介质是双绞线，一个Modbus plus网络可以分为一个或多个“段”，每“段”最多支持32台对等通讯装置，450米通讯距离。若使用RR85中继器把两个“段”连接起来，网络可以支持64个Modbus plus节点。每“段”增加一个RR85中继器可扩展450米通讯距离，一个网络最多可使用3个RR85，最长距离为1800米。Modbus plus网络上的节点均为对等逻辑关系，通过获得令牌来传递网络信息，一个节点拥有令牌就可以与所选的目标进行信息传送，或与网络上所有节点交换信息。RI/O网络为高速局域网络，采用市场上能购买到的同轴电缆和CATV介质技术，RIO网络保证高速数据传送，大部分数据在RIO处理器和RIO适配器之间进行传送，对I/O的一个分站小于1ms。2.3 I/O配置控制网络是控制主机与现场各远程控制分站构成的网络系统。各远程控制站接受现场指令、保护信号、运行信号、过程数据，并完成输出控制，将所采集的各种输入状态传送给控制主机处理，同时执行主机发出的指令，完成输出控制。远程I/O由各种与现场信号相适配的I/O模块组成，经远程I/O适配器完成与主机之间的通讯。2.4 分站设置1）1#站设置在主控室（主厂房），通过控制网络与各远程分站、工控机、网桥和其他主机相连，完成跳汰系统和浮选系统集中控制。2）2#站设置在动筛车间，完成对原煤系统集中控制。3）3#站设置在装车站，完成对装车系统的集中控制。4）4#站设置在产品仓上，完成对产品仓上设备的控制和数据采集。5）5#站设置在原煤仓下，完成对原煤仓下设备的控制和数据采集。6）6#站设置在浓缩车间，完成对浓缩车间设备的控制和数据采集。7）7#站设置在压滤车间，完成对压滤系统的集中控制。各分站布置具体详见网络示意图。

3应用总结    通过应用Quantum系列PLC很好的解决了集中控制系统中存在的问题，为用户带来了巨大的经济效益和社会效益。3.1减少启停车时间，降低电耗为更好的应用岱庄矿选煤厂自动化控制系统，根据现场开停车的需要，通过不断完善调整启停车程序，最大限度的减少启停车时间，对于单台小设备考虑同时启车，缩短了启车时间；详细计算闭锁关系的设备停车时间，尽量缩短停车时间，降低了电耗，根据经验，现测算如下：原煤系统设备总有功功率为711.3KW，按平均每天启停车3次，每次节省20分钟，每年为300个工作日，每度电为0.45元，则每年可节约电费20×3×588.73×300×0.45/60=7.95万元；水洗系统设备总功率为1169.35KW，按平均每天启停车3次，每次节省20分钟，每年为300个工作日，每度电为0.45元，负荷计算系数为0.6，则每年节约电费20×3×300×1169.35×0.6×0.45/60=9.47万元；装车系统设备总功率为380.5KW，按平均每天装一列火车，每次节省时间30分钟，每年为300个工作日，每度电为0.45元，负荷计算系数为0.6，则每年节约电费30×300×380.5×0.6×0.45/60=1.5万元；则每年可节约电费18.92万元。3.2先进的监测系统，减少事故处理时间该系统运行可靠，维修量小，其先进的监测系统，在事故发生时，能及时准确的找出事故发生地点，方便调度人员采取正确果断的处理措施，缩短事故处理时间，按平均每月事故处理减少1小时计算，每年可节约12小时，按350吨/小时计算，每年可减少损失4200吨原煤；按120元/吨计算，可减少损失资金4200×120=50.4万元。3.3减人提效由于自动化控制系统的投运，可大幅度减少岗位人员配置，实现高产高效。全厂人员将从原计划的412人减至154 人，每人每年的消耗按2万元考虑，每年可减少人员开支516万元。 岱庄煤矿选煤厂通过全厂自动化控制系统的应用，大大缩短了起停车及事故处理时间，全厂干部职工不到200人，远远低于同等规模选煤厂人员配置，达到了减人提效的目的，提高了企业的经济效益，使选煤厂现代化管理水平得到了很大提高。作者简介：1978年9月出生，男，学历大专，现就职于淄矿集团岱庄煤矿选煤厂，机电工程师。通讯地址：山东省济宁市任城区李营镇淄矿集团岱庄煤矿选煤厂邮编：272075联系电话：15020718108邮箱：lf_913@163.com