焦化厂自动配煤控制系统的设计及应用研究

李俊堂　韩书娜

摘 要：文章分析了焦化厂自动配煤系统的组成和功能，同时阐述了PLC控制系统的软件设计和硬件说明，最后总结了系统运行过程中存在的问题及解决方案。旨在提高焦化厂配煤系统的自动化，节省大量的人力物力投入，提升煤料配比的精确度和配煤效率。

关键词：焦化厂；自动配煤控制系统；设计；应用

1 焦化厂自动配煤系统的组成和功能

1.1 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。

1.2 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。

1.3 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，在探究設备之间的联锁关系时，需要注意称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。

2 PLC控制系统软件设计及硬件构成

2.1 PLC系统的功能

PLC系统的主要功能是实现对混料大皮带和称重小皮带的运转控制，同时直接控制振动给煤机的启动和暂停，也就是说，PLC系统是整个自动配煤系统的中心操作控制系统，通过PLC系统设定自动配煤系统的工作任务量和煤料的配比值，同时还能接收和传递配煤系统生产运行过程中产生的有效数据，方便技术人员对系统进行专业调整，达到更好的自动化配煤效果。

2.2 软件设计与硬件构成

在进行PLC系统的软件设计时，考虑到PLC系统的生产趋势变化说明、系统监控、实时操作调整等功能，使用西门子SIMATIC WINCC V6.2作为上位机系统，同时配置相应的中央处理器、模拟量收集与传输模块、以太网通信模块等硬件；为了实现信息收集、运算、操作控制等功能，采用西门子SIMATIC STEP7V5.4作为下位机系统，配置信息收集处理模块、数字量采集和输出模块等硬件，同时设置整个系统的电源结构和供电系统，安装S7-300系列的CPU-2DP，保证PLC系统功能的基本实现。

3 系统运行过程出现的问题及解决方案

3.1 振动给煤机不联锁停车相关问题

上文已经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。

3.2 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。

4 结束语

综上所述，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]冯奕红，邢岗.焦化厂自动配煤控制系统的设计及应用研究[J].制造业自动化，2014，03：136-139.

[2]尤文茹，贾相有.自动配煤系统在焦化厂的应用[J].科技传播，2010，14：194-195.

作者简介：李俊堂（1979-），男，河南南阳人，平顶山工业职业技术学院讲师，硕士，研究方向为自动控制技术。

韩书娜（1984-），女，河南安阳人，平顶山工业职业技术学院讲师，硕士，研究方向：电学，电气自动化。