基于PLC的自动配煤系统数字化通信 -.pdf

2 0 1 3年第2期 煤炭工程 基于 P L C的 自动配煤系统数字化通信 李爱国，王 海，王旭辉 西安科技大学 计算机科学与技术学院，陕西 西安7 1 0 0 5 4 摘 要 当前 自动配煤系统中称重控制器以模拟量进行通信 ，变频器使用数字／ 模拟 1 0端 口 进行控制，存在严重干扰问题 ，影响配煤安全和配煤质量，并且 由于线路 因素配煤数据远距 离传 输较难 实现。文章通过洗煤厂实例 ，介绍了 自动配煤 系统数字化通信 ，包括称重控制器和变频器 光纤通信 改造，以 G P R S方式进行配煤数据远距 离传输 ，取得 了很好的效果 ，为工业现场数字化 通信 提供 了解 决方案 。 关键词 P L C控制 ；称重控制器；变频 器；自动配煤 ； G P R S通信 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 3 0 2 -01 2 3 - 0 3 Di g i t al i z e d Co mmun i c a t i o n o f Aut o ma t i c Co a l Bl e nd i ng S y s t e m Ba s e o n PLC U Ai g u o，W ANG Ha l ，W ANG X uh u i S c h o o l o f C o m p u t e r S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，X i a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o gy，X i a n 7 1 0 0 5 4 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e we i g h i n g c o n t r o l l e r i n t h e p r e s e n t a u t o ma t i c c o a l b l e n d i n g s y s t e m wa s c o mmu n i c a t e d wi t h a n a l o g q u a n t i t y ， t h e f r e q u e n c y c o n v e r t e r w a s c o n t r o l l e d wi t h d i g i t a l ／ s i mu l a t e d I O p o r t s ． T h e i n t e r f e r e n c e p r o b l e ms e x i s t e d wo u l d a f f e c t t o t h e c o a l b l e n d i n g s a f e t y a n d c o al b l e n d i n g q u a l i t y ． D u e t o t h e l i n e r o u t f a c t o r ， t h e l o n g d i s t a n c e tr a n s i t i o n o f t h e c o al b l e n d i n g d a t a wa s h a r d t o b e r e a l i z e d ． W i t h t h e c o a l p r e p a r a t i o n p l a n t a s the c a s e．t h e p a p e r i n t r o d u c e d t h e d i g i t a l i z e d c o mmu n i c a t i o n o f t h e a u t o ma t i c c o al b l e n d i n g s y s t e m ， i n c l u d i n g t h e o p t i c a l f i b e r c o mmu n i c a t i o n r e c o n s t r u c t i o n o f t h e w e i g h i n g c o n t r o l l e r a n d f r e q u e n c y c o n v e r t e r ． A l o n g d i s t a n c e t r a n s mi s s i o n o f c o a l b l e n d i n g d a t a w a s c o n d u c t e d wi t h GP RS m e t h o d ．T h e g o o d e f f e c t o b t a i n e d a n d c o u l d p r o v i d e a s o l u t i o n t o t h e d i gi t ali z e d c o m m u n i c a t i o n a t t h e i n d u s t r i a l s i t e ． Ke y wo r d s P L C c o n t rol ； w e i g h i n g c o n t r o l l e r ；f r e q u e n c y c o n v e r t e r ； a u t o ma t i c c o al b l e n d i n g ； GP R S c o mmu n i c a t i o n 传统配煤方案主要通过人工开关不同煤质煤仓下的给 煤机实现，对煤量的调节主要是人工开关不同数量的给煤 机和调节给煤闸板或调节电机转速来实现。传统配煤方案 存在控制精度低、响应速度慢等问题，影响配煤质量。将 计算机技术运用于配煤过程中是一项技术革新，其摆脱了 传统配煤方式的不足。根据国内外煤炭行业的发展趋势， 计算机自动化配煤将成为企业配煤环节的先进模式，其市 场运用前途十分广阔。 当前 自动配煤 系统 称重控 制器 以模拟 量进 行通信 ，变 频器使用数字／ 模拟 1 0端口进行控制，存在干扰问题 ，严 重影响安全生产和配煤质量，并且现场的配煤数据远距离 传输由于线路等限制因素较难实现。本文通过洗煤厂实例 ， 采用 P L C确保自动配煤系统的稳定运行，采用称重控制器 进行原煤的准确计量和配料；P L C与配煤现场 的称重控制 器、变频器使用光纤进行通信，确保通信不受干扰；使用 G P R S 方式将现场的配煤数据发送到远端报表管理系统的服 务器，实现配煤数据的规范化管理。 1 洗煤厂 自动配煤系统及其存在 问题 1 ． 1 洗煤 厂 自动配煤 系统 汾西矿业 集团 有限责任公司洗煤厂隶属于汾西矿业 集团公司，是汾西矿业集团公司的二级单位，国有独资企 业 ，是 2 0世纪 5 0年代设计建成的国家大型中央选煤厂， 年人洗能力4 0 0万 t 。配煤系统是洗煤厂的重要组成部分 ， 洗煤厂采用自动配煤控制系统。其主要功能是将储煤仓 中 不同品质的原 煤按 照 调度 室要 求 的配 比进 行调 配并 装 车 ， 此外，配煤系统还具有信号显示、故障报警等功能。 配煤系统工艺流程如图 1所示 ，配煤系统原煤来 自火 车来煤、汽车来精煤、本厂 自洗精煤 ；设有6个储煤仓 ，3 个用于储存高硫煤，3个用于储存低硫煤；每个储煤仓下有 4台给煤机 ，共 2 4台给煤机 ；高硫煤仓和低硫煤仓给煤机 下各有 2条对称的胶带用于输煤 ；通常情况下是由2个或 3 个矿种的煤进行配合，调度室根据配煤比例和煤质情况下 达配比，这个配比既要能满足生产出的精煤的硫分要求 ， 收稿日期2 0 1 2 0 7 0 7 作者简介 李爱国 1 9 6 6 一 ， 男 ， 甘肃张掖人 ， 博士后 ， 教授 ， 现在西安科技大学计算机科学与技术学院，从事机器 学习、数据挖掘、软件测试等方面的研究。 l 23 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 3年第 2期 同时又要使整个生产过程获得最高的经济效益；操作员按 照要求的配煤比例选择相应的给煤机并设定好给煤机的流 量，进行配煤；配好的煤输往精煤铁路装车仓、汽车装车 仓或快速定量装车仓 。 图 1 配煤 系统工艺流程图 1 ． 2 系统存在 问题 1 配煤现场线路较长，强弱电线路没有分开铺设，称 重数据易受干扰。称重控制器使用模拟通信卡通信，只能 上传它的瞬时流量，不能上传累计流量。称重控制器的瞬 时流量会因其零点漂移出现负值，模拟量不能表示负值的 瞬时流量。 2 变频器的控制信号使用外部数字 I O口加继电器方 式控制 ，状态数据使用外部模拟 1 0口传输。现场线路较 长，强弱电线路没有分开铺设 ，使用的继 电器数量较多， 干扰严重 ，不能准确控制变频器动作。 3 配煤系统原报表系统只能在配煤监控室现场查看， 不能远程访问，并且原报表系统对配煤生产数据管理能力 较弱、信息量少。 2 自动配煤系统数字化通信 数字化通信改造的主要内容包括三部分①称重控制 器数字化通信。开发自主知识产权的称重控制器数字通信 卡，称重控制器协议转换网关。实现称重控制器配煤数据 及从称重控制器到 P L C通信链路故障状态等数据以数字量 到配煤监控室的上传。②变频器数字化通信。使用 A B B变 频器专用通信适配器 R P B A一 0 1 ，以光纤通信方式完成变频 器的控制和状态监测。③配煤生产数据报表管理系统。使 用 G P R S通信方式，开发配煤生产数据报表管理系统。 2 ． 1 称重控制器数字化通信 1 称重控制器数字通信卡。基于称重控制器 自身提供 的多站通信功能，开发了光电隔离的数字通信卡，将开发 的数字通信卡插人称重控制器相应的数字插槽中，即为称 重控制器扩展了一个 R S 4 8 5通信接 口，使用相应的通信协 议实现称重控制器多站通信，完成称重控制器称重数据 的 1 2 4 数字量上传。 2 称重控制器协议转换网关。称重控制器使用数字通 信卡时通过 R S 4 8 5总线传输数据，其与配煤控制系统的 P r o fi b u s D P总线不同，称重控制器不能直接接入配煤控制 系统。称重控制器扩展的数字通信接口不能直接 以光信号 传输数据。开发的称重控制器协议转换网关 ，实现称重控 制器的数据采集、通信协议转换 、光纤传输支持。协议转 换网关的核心控制器选用西门子 s 7 2 00，s 72 0 0自带一 个 R S 4 8 5通信接口，使用该通信接 口按照称重控制器通信 协议获取称重控制器数据如瞬时流量、累计流量等。s 7 2 0 0扩展一个 E M 2 7 7模块，该模块为 s 72 00 提供 P r o fi b u s D P总线接口，使得称重控制器协议转换网关作为一个从站 直接接人配煤控制系统，从而实现配煤控制系统主站 P L C 和称重控制器的数字通信。为保证称重控制器数据传输的 速度和系统可靠性，每 4台称重控制器配置 1台协议转换 网关 ，2 4台称重控制器共配置 6台协议转换网关。改造后 配煤系统拓扑结构如图2所示。 4 台称重控制器 图 2 配煤 系统拓扑结构图 3 通信链路的光纤化改造。称重控制器协议转换网关 到配煤监控室主控 P L C距离较远，使用光纤通信，改造 的 通信链路为6台称重控制器协议转换网关到配煤控制系统 主控 P L C之间的通信线路。使用光电转换模块，实现电信 号和光信号之 问的转换 。 4 相应配套软件的开发。包括称重控制器协议转换网 关和主控 P L C两部分。称重控制器协议转换网关部分软件 实现的功能是通过 R N8 5通信接 口采集作为它的从站的 4个称重控制器的实时流量数据如瞬时流量、累计流量等； 通过 P r o fi b u s D P总线接口以从站的方式将获取的称重控制 器的实时流量数据发送给配煤控制系统的主控 P L C 。主控 P L C部分的软件即负责将收到的称重控制器的实时流量数 据按照要求进行处理。 2 ． 2 变频 器数 字化 通信 1 变频器通信改造。使用 A B B变频器专用通信适配 器 R P B A一 0 1 进行通信。R P B A O 1 支持 P r o fi b u s D P总线协 议 ，变频器扩展 了 R P B A一 0 1 模 块后 ，作 为一个 从 站直接 加入配煤控制系统。使用 R P B A一0 1与变频器通信，完成 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 2期 煤炭工程 变频器控制与状态返 回的同时， 字，为系统维修带来便利。 可以返回变频器故障状态 煤系统的实用性。 2 变频器通信链路光纤化改造。配煤控制系统的每台 变频器铺设 1条光纤通信链路，其改造与称重控制器通信 链路的光纤化改造基本相同，区别是变频器通信链路无协 议转换网关。 2 ． 3 配煤生产数据报表管理 系统 1 报表管理系统硬件。洗煤厂配煤监控室到办公楼的 配煤数据处理中心距离比较远，没有铺设通信线路，重新 铺设通信线路难度较大，选用 G P R S通信方式，开发配煤 生产数据报表管理系统。洗煤厂要对快速定量装车站进行 实际配煤量统计。报表系统配置3个 G P R S站 远方配煤数 据中心站，配煤监控室站，快速定量装车站。远方配煤数 据中心站接收配煤监控室站、快速定量装车站发送过来的 配煤数据并进行处理，3个 G P R S站通过 G P R S模块以无线 短信方式完成数据收发。配煤报表管理系统拓扑结构如图 3 所示 。 快速定量装车站 图3 配煤报表管理系统拓扑结构图 2 报表管理系统软件。配煤生产数据报表管理系统主 要功能包括对配煤监控室统计的配煤量、快速定量装车站 统计的实际配煤量、配煤比例的数据存储、历史查询 ，并 可以生成多种样式报表。配煤生产数据报表管理系统具体 功能包含配煤生产实时数据采集、配煤生产数据查询和 预览、配煤生产数据报表生成、预留其他部门接 口、用户 管理 。 3 成 果评 价 称重控制器的配煤数据以数字量方式通过光纤上传到 主控 P L C，主控 P L C得到的配煤数据与称重控制器一致。 通过数字通信卡不仅上传称重控制器的瞬时流量，还上传 累计流量，为配煤报表管理系统提供配煤量数据。称重控 制器的瞬时流量 出现负值时 ，以数字量上传负值的瞬时流 量 ，并在监控画面上进行提示，通过提示信息可及时进行 处理 ，确保了称重控制器数据处理的准确性。 变频器使用专用通信适配器 R P B A一 0 1 通过光纤以数 字量通信，控制信号之问不受干扰，可准确的对变频器进 行控制 ，提高了配煤系统的准确性、可靠性、稳定性。上 传的故障字数据，为配煤系统的维修带来便利，提高了配 6 8 6 5 8 8 e 4 9 0 3 9 2 磐2 9 4 l 9 8 9 8 0 ， 八 ； 图4 给煤机从运行到稳定瞬时流量的变化情况 给煤机设定流量后，瞬时流量稳定。随机选取的一 台 给煤机 2 0 1 2年4月9日从运行到稳定瞬时流量的变化情况 如图4所示，给煤机设定流量为 4 0 0 t ／ h ，t ． 为给煤机从运 行到瞬时流量稳定的时间，约 1 1 ． 3 s ，图 4中曲线为给煤机 瞬时流量的动态曲线。数字化通信改造后给煤机运行稳定。 报表管理系统，统计了实时的配煤量和配煤比例，可 生成多种形式报表 ，使配煤数据的分析和管理更加方便。 根据统计 ，自动配煤系统改造后，配煤精度提高了 1 ％ 一 3 ％，配煤量提高了5 ％左右，监控配煤量与实际配煤量误 差缩 小到 3 ％ 以内。 4 结语 通过对原有配煤系统的自动化改造，提高了配煤质量 和配煤产量，降低了配煤系统故障发生率 ，新增了配煤数 据管理功能，对老系统的改造具有一定的参考价值。开发 的称重控制器数字通信卡，称重控制器协议转换网关可适 用于其他使用称重控制器的场合；所述的光纤通信，G P R S 通信为其在其他工业场合的使用提供了一种解决方案 ，具 有普遍意义。 参考文献 [ 1 ] 贾艳 阳 ，曹 亦俊．我 国配煤 技术 的现状 与发 展趋 势 [ J ] ． 煤炭技术 ，2 0 1 2 ，3 1 1 1 0～1 1 ． [ 2 ] 陆永海， 何增利．自动配煤系统在选煤厂的应用 [ J ] ．煤 炭工程 ，2 0 0 4， 5 l 8～l 9 ． [ 3 ] 聂其英．选煤厂配煤 自动化 [ J ] ．洁净煤技术，2 0 0 6 ，1 2 4 1 9～ 2 1 ． [ 4 ] 李晓东．计算机 自动化配 煤软件 的行业运 用 [ J ] ．数 字技 术与应用 ，2 0 1 1 ， 9 1 5 1 ． [ 5 ] 罗建国，武江平，芦翠平．配煤 自 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