浅议可编程控制器在洗煤工业的应用及故障分析处理.pdf

第4 期 煤 质 技 术 2 0 1 0年7 月 浅议可编程控 制器在洗煤工业的应用及故 障分析处理 吕 舜 中国神华集 团 神 东煤炭集团煤质 处，陕西 神木7 1 9 3 1 5 摘 要 简要介 绍 了可编程 控 制 器 P I C的 工作 原理 ，概 述 了 P L C在 洗煤 工 业 中的 应 用， 包括 系统配置、设计特点和系统设计等 ，同时探讨 了其应用常见故障的分析和处理 办法。 关 键词 可编程控 制 器 ；选 煤 ；应 用 ；故障处 理 中图分类 号 TD 5 2 8 ． 1 文 献标识 码 B 文章 编 号 1 0 0 7 7 6 7 7 2 0 1 0 0 4 0 0 6 6 0 3 Di s c u s s i o n o n t h e a pp l i c a t i o n o f pr o g r a mma b l e l o g i c c o nt r o l l e r a n d i t s f a u l t a n a l y s i s a n d t r e a t me nt i n c o a l p r e p a r a t i o n i n du s t r y L0 S h u n S h e n d o n g Co al Gr o u p C o a l Qu a l i t y De p a r t me n t ，S h e n hu a Gr o u p，s he n mu 71 9 31 5，Ch i n a Ab s t r a c t Th e p r i n c i p l e o f p r o g r a mma b l e l o g i c c o n t r o l l e r P L Cs u c h a s s y s t e m c o n f i g u r a t i o n，d e s i g n f e a t u r e a n d s y s t e m d e s i g n wer e i n t r o d u c e d a nd t h e a pp l i c at i o n o f PLC i n c o a l pr e pa r a t i on i n d us t r y wa s s umma r i z e d，an d t he an a l ys i s a n d t r e a t me nt o f i t s c o mmon f a u l t s i n a p pl i c a t i on we r e di s c us s e d． Ke y wo r d spr o gr a mma bl e l og i c c o nt r ol l e r；c o a l pr e pa r a t i on；a pp l i c a t i o n；f a u l t s t r e a t me nt O 前 言 洗煤作为煤炭生产 的一个重要环节 ，也是洗煤 工艺生产 自动化 比较容 易实现 的 一个环 节 。洗煤 厂 集 中控制是指对选煤系统中有联系的生产机械设备 按 照规定 的程序 在集 中控制 内进行 启动 、停 止或 事 故处 理控制 。将可 编程 控制 器 P L C 控 制系 统应 用于洗煤厂的自动控制系统中，运行可靠、灵活 ， 维护 量小 ，功能 全 面 ，系统 功 能 的扩 展 留有空 间 ， 有利于提高控制系统的 自动化程度 、提高 自动化信 息的综合利用能力 、提高控制设备的可靠性 ，便于 企业实现 质量化 管理 。 神华集团神东煤炭分公司洗选加工中心各个洗 煤厂按照安全、精简、优化、高效、高技术含量的原 则配置整个厂的 自动化系统。锦界洗煤厂 自动化系统 中的控制 系统采用 美 国某公 司 的 1 7 7 6系 列 P L C及 “ R S V i e w 3 2 ”工控 软件 集控 室控制 画面 。 该文主要 介 绍 P L C在 洗 煤 厂 的应 用及 技 术 分 析 ，具体分 为以下 3点 1 介绍 P L C控制的工作原理 ； 2 介绍 P L C在该厂的应用情况和技术分析 ； 3 P L C控制应 用的常 见故 障和解决 方案 。 1 P L O控 制原 理 1 ． 1 简述 多年来 ，可编程 控制器 从其产 生到现 在 ，实现 66 了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强， 实现 了逻辑控 制到数 字控 制的进 步 ；其应用领 域从 4 , N大 ，实现 了单体 设备简单 控制到胜 任运动 控制 、 过 程控 制 及集 散 控 制 等 各 种 任 务 的 跨 越 。今 天 的 P L C在 处 理 模 拟 量 、数 字运 算 、人 机 接 口和 网 络 的各方面 能力都 已大 幅提 高 ，成 为工业控 制领域 的 主流控制设 备 ，在各行各业发挥着越来越 大的作 用。 1 ． 2 P L O的工 作原理 最初研制生产的 P L C主要用于代替传统 的由 继 电器 接触器 构成 的控 制装置 ，但其运 行方式 是不 相 同的。继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方 式 ，即如果继 电器 的线 圈通 电或 断 电 ，该继 电器所 有 的触 点 包 括其常 开或常 闭触 点 在 继 电器 控制 线路无论 哪个位置 上都会立即同时动作；P L C的 C P U 中央 处理器 则 采用顺 序逻 辑扫 描用 户程 序 的运 行方式 ，即如果一 个输 出线 圈或逻辑 线圈被 接 通或 断开 ，该线 圈的所 有触点 包括 其常开 或常 闭 触点 不会立 即动 作 ，必 须等 扫描到 该触点 时才会 动作 。 为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的 差 异 ，考 虑到继 电器 控制装 置各 类触点 的动作 时间 一 般 在 1 0 0 ms 以上 ，而 P L C扫描 用 户程 序 的 时间 一 般 均小 于 1 0 0 ms 。 因此 ，P L C采 用 了一 种 不 同 于一般微机的运 行方式 一扫描技术 。因此 在对于 I ／ O响应要求不高的场合 ，P L C与继电器控制装置 在 处理 结果 上没有什 么 区别 。 第4 期 煤 质 技 术 2 0 1 0 年 7 月 1 ． 3 扫描 技 术 当 P L C投 入 运 行 后 ，其 工作 过 程 一 般 分 为 3个阶 段 ，即输 入 采样 、用 户程 序 执 行和 输 出刷 新 3个阶 段 。完 成 上述 3个 阶 段 称 作 一 个 扫 描 周 期 。 在整 个运 行期 间 ，P L C的 C P U 以 一 定 的扫 描 速 度 重复 执行 上述 3个 阶段 。 1 输 入 采 样 阶 段 。在 输 入 采 样 阶 段 ，P L C 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据 ，并将 之 存入 I ／ O映像 区 中的相 应单 元 内 。输 入 采样结 束 后 ，转入用户程序执行和输出刷新阶段 。在此过程 中 ，即使 输 入状 态和 数据 发 生 变化 ，I ／ O映像 区 中 的相应单元的状态和数据也不会改变。因此 ，如果 输入是脉冲信号 ，则该脉冲信号的宽度必须大于一 个 扫描 周期 ，才 能保 证在 任何 情况 下 ，该输 入均 能 被 读入 。 2 用 户程 序 执 行 阶 段 。在 用 户程 序 执 行 阶 段 ，P L C总是 按 由上 而 下 的 顺 序 依 次地 扫 描 用 户 程 序 梯形 图 。在 扫 描 每 一 条 梯 形 图时 ，又 总 是 先扫描 梯形 图左边 由各 触点 构 成的控 制 线路 ，并按 先左 后右 、先 上后 下对 由触 点 构成 的控制 线路 进 行 逻 辑 运算 ，然 后根 据逻 辑运 算 的结果 ，刷 新该 逻 辑 线 圈在系统 R A M 存储 区 中对 应 位 的状 态 ；或 者 刷 新该 输 出线 圈在 i ／ o映像 区 中对应位 的状态 ；或 者 确 定是 否要执 行 该梯 形 图所 规 定 的 特 殊 功 能指 令 。 即 ，在用 户程 序执 行 过程 中 ，只有 输入 点在 i ／ o映 像区内的状态和数据不会发生变化 ，而其他输出点 和 软设 备在 i ／ o映像 区或 系统 R A M 存储 区 内的 状 态 和数据 都 有可 能发 生变 化 ，而且 排在 上 面的梯 形 图 ，其 程序 执行 结果 会对 排在 下 面的凡 是 用到 的线 圈或数据的梯形图起作用；相反 ，排在下面的梯形 图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一 个 扫描 周期 才能 对排 在 其上 面的 程序 起作 用 。 3 输 出 刷 新 阶段 。 当扫 描 用 户 程序 结 束 后 ， P L C就进 入 输 出 刷 新 阶 段 。在 此 期 间 ，C P U 按 照 I ／ O映像 区 内对应 的状 态 和数 据 刷新 所 有 的 输 出 锁 存 电路 ，再 经输 出 电路 驱动 相应 的 外设 。 2 P L C在洗煤厂 的应用 2 ． 1 系统 配 置 系统 控 制 级 P L C 下 位 机 是 以 美 国 某 公 司 1 7 7 6系 列 P L C 为 系 统 控 制 核 心 ，采 用 C o n t r o l L o g i x 5 0 0 0编 程 软 件 完 成 P L C系 统 组 态 编 程 程 序结 构设 计 、地 址 定义 、梯 形 图编 写 程 序 调 试 。 监控 站 上 位 机 采 用 基 于 Wi n d o ws操 作 系 统 ， 选 用 “ R S V i e w 3 2 ”软 件 完 成 监 控 画 面 组 态 、变 量 定义 、设备运行状态 画面组态 、实时／ 历史曲线画 面组 态 、报 表组态 。 2 ． 2 设 计 特点 1 系统 采 用 P L C 与 继 电器 相 结 合 的 方 式 。 即利用 P L C抗 干 扰 能 力 强 、可 靠 性 高 的优 点 ，保 证流程中关键设备的正常运行，又适当减少投资总 额 ，达 到有 效地 保证 该 系统 的先进 性 ，同时又 配置 合理 、运行可靠 、系统实用 、价格合理。 2 系统 采用模 块 化设 计 ，器件 配置 规范 ，系 统 升级 方便 ，设备 功能 扩展 时 ，在原 有设 备的 基础 上增加新设备 ，不需废除原有设备。 2 ． 3 系统 设计 P L C与 电气 回路 的 接 口 ，通 过 输 入 输 出 部 分 I ／ O完成 。I ／ O模 块 集成 了 P L C的 I ／ O 电路 ，其 输入 暂存 器反 映输 入信 号状 态 ，输 出点 反映输 出 锁 存器状 态 。输 入模 块将 电信 号 变换 成数 字信号 进入 P L C系 统 ，而输 出模 块 则相反 。 输入 模 块用来 接 收和 采集 输入信 号 ，开 关量输 入模 块 用来 接 收 按 钮 、选 择 开 关 、数 字 拨 码开 关 、 限位 开关 、接近开 关 、光 电开 关 、压 力继 电器等 的 开 关量 输 入 信 号 ；模 拟 量 输 入模 块 用 来 接 收 电 位 器 、测速 器 发 电机和 各种 变送 器提 供 的连续 变化 的 模 拟量 电流 电压 信号 。 开 关量 输 出模 块 控 制 接 触 器 、电 磁 阀 、电 磁 铁 、指示灯 、数字显示装置和报警装置等输出；模 拟 量 输 出 模 块 控 制 调 节 阀 、变 频 器 等 执 行 装 置 。 P L C控制 系统 如 图 1所 示 。 输 输 输 输 执 输 输 输 输 入 入 入 入 行 出 出 出 调 缓 映 用 映 锁 驱 端 理 冲 像 户 像 存 动 端 电 器 存 程 仔 器 电 予 路 储 序 储 路 器 器 图 1 P I C 控 制 系 统 示 意 图 由图 1 可 看 出 ，P L C对设 备 的控制 以输 入模 块 从 现场 采集 回来 的信 号 为依据 ，内部程 序 通过 采集 回来 的信 号 判断 设备 的现 状 ，然 后通过 输 出模块 和 现 场控 制 电路共 同作 用 下对 设备进 行控 制 。调度 室 的操作其实并非直接对程 序进 行操作而 是通过对 “ R S V i e w 3 2 ”工控 软件 的操 作 ，再 通过 其 和程 序 中 67 第4 期 煤 质 技 术 2 0 1 0 年 7 月 对应点的联系启动 内部 自动程序进行对外部 电气控 制元件 的控 制 ，然 后达到 对所控 设备 的控制 。 2 ． 3 ． 1 控 制 方 式 该 控制 系统采用 计算 机操作 、操作 台集 中操作 和现场单机操作 3种控制方式 。 1 计算 机 操 作 方 式 分 为 “ 集 中 一手 动 ” 和 “ 集 中 一自动” 的方式 。“ 集 中 一手动 ”即 通过计算 机操 作单机 设备 的启停 ，不受 其它设 备和检 测器件 连 锁关系 的影响 。该方式 主要 用于设 备试运 行和检 修。“ 集中 一自动”即在计算机操作程序段的启动 和停止 ，还可以完成该程序段内工艺设备的自动启 动和停 止 ，以及 对各检 测点 的连锁 关系进 行 自动 逻 辑判断并 控制相 应设 备的连 锁运行 ，该方 式为正 常 生产时 的主要方 式 。 2 操作台集 中操作。在控制台操作面板上 ， 通过 按钮开 关操 作程序段 的启停 ，是 正常生 产时 的 主要方 式 。 3 现场单机操作。现场设备附近设有现场单 机手 动 操 作 的 启停 开 关 ，以供 单 机 调 试 、维 修 时 用 。在此 方式 下 ，设 备的操作 独立 于 P L C的控制 。 2 ． 3 ． 2报警信 号 当设 备发 生故 障或 者传感 器检测 点报警 时 ，发 出声光报警信号 。程序段根据报 警的设备和部位 ，做 出相应的停机处理。报警信号作用于显示装置 ，提 示报警 部位 。以该厂 2 0 1 胶 带机 为例 ，该厂 2 0 1胶 带机上 配有 各 种保 护 措施 ，有 拉 绳 、纵 撕 、烟 雾 、 打 滑 、欠速 、跑 偏保护 等 。当其 中任 意一种 保护被 动作 时 ，将 其信号 传 送 到 P L C I ／ O通道 的 输 入端 ， 通过 P L C内部的执行机 构将其反馈到程 序段上 ， 让其输出信号控制受控元件 ，从而将 2 0 1胶带机停 止，并将其报警信号作用于显示装置，提示报警部 位 。 2 ． 3 ． 3控 制 流 程 和 一般 原 则 控制 流程除 主程序 外 ，根据 具体 工艺流 程 ，将 其工 艺设备 的控制信 号 以及 各检 测点 的检 测信 号进 行逻辑组合 ，形成若干个基本流程程序 ，各基本程 序段按其工艺流程 ，首先选定料流路径 ，然后由后 路 设备逐 步 启 动 前 路 设 备 ，并 设 置 必 要 的连 锁 控 制 。 由于 该厂既要 给 电厂 供煤又 要实现 外运 ，因此 该厂的启停车方式比较繁琐 。 2 ． 3 ． 4控制 台和显 示装置 系统 的显示 装置所 采用 的是一 套带有 显示装置 的控制操作 台 ，监 控相应 的作业 过程 。其 面板上 设 68 有电源开关、方式选择开关 、控制作业程序段启动 的停止开关 、控制各闸 阀开启的关闭选择开关 等 ，其组合 可 以实现各 种操作 方式 的转换 ，以及各 程序段所控的设备启停及闸 阀门的遥控操作。 3 P L C应用 常见故障分析处理 P L C系统 最 容 易 发 生 故 障 的地 方 一般 在 电 源 系统和通讯网络系统。电源在连续工作 、散热中， 电压 和 电流的波 动冲 击不可避 免 ，外部环境 是造成 通讯外部设备故障的最大因素之一。系统总线的损 坏主要 由于 P L C多为插件结构 ，长期使 用插拔模 块 会造 成局部 印刷板 或底 板 、接 插件接 口等处 的总 线损坏 ，在空气 温度 和湿 度不断变 化 的影响下 ，总 线 的塑料 及 印刷 线路 的老化 、接触 点的 氧化等 都是 系统总线损耗的原因。所以在处理系统故障的时候 要考虑到空气 、尘埃及其他干扰等因素对设备的破 坏 。 目前 P L C的 主 存储 器 大 多 采 用 可擦 写 R 0 M ， 其使用 寿命 除了 主要与制 作工 艺相关 外 ，还 和底板 的供电、C P U模块工艺水平有关。而 P L C的中央 处理器 目前都采用高性能的处理芯片 ，故障率已经 大 大下 降 。对 于 P L C主 机 系 统 故 障 的预 防 及 处 理 主要是 提 高 集 中控 制 室 的管 理 水 平 ，加装 降温 措 施 ，定期 除尘 ，使 P L C的外 部 环 境 符 合 其 安装 运 行要求 ；同时在系统维修时 ，严格按照操作规程进 行操作 ，谨防人为对主机系统造成损害。 3 ． 1 第一类故 障 第一类故障点 也是故障最多的地点在继电 器、接触器 。如生产线 P L C控制 系统的 日常 维护 中，电气备件消耗量最大的为各类继 电器或空气开 关 。主要原因除产品质量本身外，就是现场环境比 较恶劣 ，接触器触点易黏连或氧化 ，然后发热变形 直至不能使用。所以减少此类故障应尽量选用高性 能继 电器 ，改 善 元 器 件 使 用环 境 ，减 少 更 换 的 频 率 ，以减少 其对 系统运 行的 影响 。 3 ． 2第二类 故 障 第二类故障点可能发生在开关、极限位置 、安 全保护和现场操作上的一些元件或设备上 ，其原因 可能 是 因为长期磨 损 ，也可 能是长 期不用 而锈蚀 老 化。如生产设备启停频繁，而且现场粉尘较大 ，所 以接近开关触点出现变形 、氧化 、粉尘堵塞等从而 导 致触 点接触 不好 或机构 动作不 灵敏 。对于该 类设 备 故障 的处理 主要 体现 在定 期维护 ，使设 备时 刻处 下转第 7 0页 第 4 期 煤 质 技 术 2 0 1 0 年 7 月 装置的药剂桶 ，在物料进入二段浓缩机前与搅拌合 格的聚丙烯酰胺一起加入 。经多次实验 ，找出最佳 的药剂比，从而使洗水浓度降到 9 g ／ L以下 ，实现 了清水洗煤。 2 在 原有 2台尾煤压 滤机 的基础 上 ，又 新安 装 2台 ，保证 尾煤 的处理能 力达 到生产 要求 。并在 压滤机管 理上制 定计件 工资 制度 ，调动工 人压板 的 积极性 ，从而达 到降 低洗水 浓度 的效 果 。 3 查 找跑介 原 因 ，对进 厂 的磁 铁矿 粉从技 术 参数和指标上找原因 ，购进质量好的磁铁矿粉 ，在 生 产工艺上 查介耗 ，杜绝 重介 车间跑 介 。同时加 强 磁 铁粉储 存的生产 管理 。 一 段浓缩 机经常 出现压 耙子 的生产 事故 ，分析 其原 因是 一段 浓 缩机 使 用年 限 长 1 9 7 5年 投 入 使 用 ，其辊轮 轨 道 老化 摩 擦 力不 够 ，经 改造 ，将 辊 轮传动改为齿条传动 ，改造后杜绝了压耙子的生产 事故 。 4 针对一楼 扫地 泵处理 能力不 足 问题 ，研 究 决 定在一楼 新安装 1台扫 地泵 ，泵 出料直接 给到二 段浓 缩机 ，解 决生 产突发 性跑 水 。并在 一段 和二段 浓缩 机底流 泵处新 增设 2台扫地 泵 ，用于 回收泵冷 却水 、扫地水和 管路 漏水 ，杜绝跑 、 冒、滴 、漏水 外排 。 5 在选煤生产中，难免遇到因煤泥水系统出 现问题而使局部洗水不平衡 ，造成补加清水量增加 或煤泥水盲 目外排，给洗水闭路循环造成干扰。因 此配备事故深沉池对保持洗水平衡非常必要。东山 选煤 厂在厂 外新建 两个 事故深 沉池 ，作为浓 缩机检 修时 的放水 或 因操 作 失 误 等对 产 生 的 外溢 水 回收 ， 当系统 用水不 足时 ，亦可 作为 系统补水 。 6 针对生产系统运行情况分析发现，发生循 环 水 “ 涨 肚” 的主要 原 因是 泵 的 冷 却水 、轴 封 水 、 刷地水及生活用水进入系统。改造所有管路，除配 制聚丙烯酰胺用清水外，其它一律使用循环水。 4 结 语 东 山选 煤厂通过 以上加强 生产管理 的措施 和技 术改造 ，既实现了洗水闭路循环，又为全年可增加 2万 t 的煤泥 回收 ，年 可 增加 效 益 3 0 0万元 ，减少 了环境污染 ，实现 了增产增 收 ，为选煤 厂带来 了可 观 的经济 效益和 社会 效益 。 作者 简介 张颖妹 1 9 6 8 ，女 ，黑龙江鸡 西人 ，高级 工程 师。现任黑龙江龙煤集团股份有限公司鸡西分公 司东山煤矿洗煤厂 总 工程师兼技术厂长。 收稿 日期 2 O 1 O 一 0 5 1 8 上接 第 6 8页 于完好状 态 。对 于限位开 关 尤其是 重型设 备上的 限 位开 关除 了定期检 修外 ，还要 在设 汁的过程 中加入 多重的保护 措施 。 3 ． 3 第三 类故障 第三类故障点可能发生在 P L C系统 中的子设 备，如接线盒 、线端子、螺栓螺母等处。此类故障 产 生的原 因除 了设备本 身的制 作工 艺原 因外还和 安 装工 艺有 关 ，如 有人认 为 电线 和螺钉 连接处 是压得 越 紧越好 ，但在 二 次维 修 时很 容 易导 致 拆 卸 困难 ， 用力拆卸时容易造成连接件及其附近部件的损害。 长期的打火 、锈蚀等也是造成故障的原因。根据工 程经验 ，此类 故障一般 很难 发现 和维修 。所 以在 设 备的安装 和 维 修 中 一 定要 按 照 安装 要 求 的工 艺进 行 ，不 留设备隐 患 。 3 ． 4第 四类故 障 第四类故障点可能发生在系统的程序上。由于 该厂 以前仅仅 是给 电厂供煤 ，现在 水洗 系统的 加入 给 设 备的启停 车顺序 和系统之 间 的切换 带来了很 大 70 的困难 。比如 该厂 水洗系统 在生 产过程 中，设备保 护 没有发 生任何 动作 ，但是 该厂 的上仓胶 带就 自动 停车了，但是却并没有闭锁上面的设备 ，从而造成 了事故。还有在该厂全系统启车的情况下要退出水 洗系统时，在停水洗的过程中筛分的系统也就 自动 停车了。因此 ，在做程序过程中要将系统的各种情 况考虑 清楚 ，不 留隐患 。 过程 控制 系统本 身是 一个完整 的系统 ，单 独地 对 某一部 分 的 优 化 有 时 并 不 能 提 高 系 统 的 整 体性 能 。如 过分 追求 元器件 的精 度而不 考虑实 际的需要 以及和 相 关 设 备 精 度 的 匹 配 ，将 徒 然 增 加 系统 成 本 。需 要注 意的是 采用复 杂 的控 制方式 和设 备实现 原本可以用简单装置实现的控制 ，违背了经济、简 单 、实用 的原则 ，并 可能会 增加 故障率 。 作者简介 吕 舜 1 9 6 9 一 ，男 ，内 蒙鄂尔多 斯人 ，工程师 ， 主要从事煤炭生产的质 量控制及管理工作 ，现 为中国神华集团神东 煤炭集团煤质处 处长 。 收 稿 日期 2 O l O 一 0 5 1 8