本文探討了某焦化廠煉焦配煤係統存在的問題和應用PLC進行改造設計的思路，以滿足自動化配煤技術要求。
在焦碳生產工藝過程中，需要將氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤四種煤按一定比例配成混合煤，然後送入焦爐進行高溫煉焦。配比的準確性以及配料係統的可靠性將直接影響焦碳產品的質量。因此，通過提高焦化配煤係統的可靠性、穩定性、準確性來提高焦碳的質量具有非常重要的社會效益和經濟效益。
目前，某焦化廠備煤車間擔負著公司燃煤接卸、煉焦和輸送的工作。原配煤設備共配置了14套，經過多年使用，已老化嚴重，該設備有如下缺陷:
係統調節精度差，影響煉焦配煤比的精度;主要附件電子秤可靠性差，且易損壞;
抗幹擾能力差;電子秤標定複雜，工作量大;調速性能差，設備運行可靠性差，現場維護工作量大;崗位工人的勞動強度大，環境差，無自動配料功能。
因此，必須對配煤係統進行改進:用核子秤進行計量，設置上位機進行配料自動控製，建立配料模型，統計打印，下位機采用PLC進行電機、皮帶順序控製、料流計量、圓盤速度的控製。圓盤給媒機采用變頻器驅動控製，確保係統配煤誤差<2%。
2 係統結構
在係統中我們將采用PLC可編程控製器加上核子秤配料係統，並在係統結構上采用主皮帶配料方式(一條龍配料方式)，這樣新的配料係統可不加小皮帶，使該項目投資及用戶日後的維護量達到最小、最少。該配煤係統可分為物料計量、微機操作、控製、變頻調速四大部分。
2.1 控製係統組成
PLC可編程控製器采用MODICON公司的產品，它的CPU模塊為CPU11303、電源模塊CPS11400、8通道模入模塊ACI03000、4通道模出模塊14ACO02000、開關量輸入模塊DDI35300、繼電器模塊DRA84000、高速計數模塊DRO84000，編程軟件采用MODSOFT軟件。上位機為IPC研華工控機(包括顯示器、打印機)，采用FIX組態軟件編程。電機的變頻器為G5A40111A。
2.2 上位機功能
上位機采用先進可靠的研華工控機作為管理機，配煤技術工藝流程動畫顯示美觀大方，友好的操作界麵簡單易學，其功能如下:
⑴ 各種配煤操作界麵、數據顯示及打印管理，用戶可方便的在上位機上進行各種數據的修改操作，運行數據的圖形顯示及打印各種報表;
⑵ 通過網卡與控製部分的配料模塊和開關量控製模塊相聯，能夠下載計量、控製、係統參數，以及核子皮帶秤命令、精度測試命令等，同時能夠上傳各模塊當前狀態和參數。
2.3 控製係統功能
控製部分是由開關量控製模塊和配料控製模塊組成，核子秤內部控製模塊之間的信號傳輸采用差分頻率信號傳輸技術，具有極強的抗幹擾能力和遠傳能力，從而保證了係統信道的可靠性和準確性，在反饋控製上采用新型的人工智能PID調節算法，無振蕩，無超調。各模塊功能如下:
⑴ 開關量輸入模塊
該模塊能實現係統總K8凯发登录入口、配比、水分的選擇，各種皮帶啟停信號的輸入和配料模塊啟停信號輸出，控製信號及大屏顯示接口，連鎖及配料控製和上位機的通訊，並留有備用選擇器。
⑵ 配料控製模塊
配料控製模塊能實現信號的采集、計算並與給定K8凯发登录入口比較將誤差量按照控製算法進行計算，轉換成4~20mA模擬量信號，發送給變頻調速器，調節電機轉速從而改變當前下料量，確保精度。
從控製方案實施可見:最新配料控製係統在上位機係統出現故障時，係統除打印報表功能無法實現外，其它控製部分均能正常工作，對整個配料係統無影響。由於在設計時將控製分散到控製模塊而將管理集中在工控上位機中，因此係統不僅保證了高可靠性的控製功能，而且又具有良好的用戶界麵和管理功能，在硬件設計中考慮了配料控製模塊的可維護性，用戶隻需要較少的微機及控製理論知識、維護經驗，就能及時方便地確保整個自動煉焦配煤係統連續可靠的運行。
2.4 報警功能
當係統各測量單元出現故障時，工藝流程主畫麵將以警示色提醒用戶，按下相關鍵後，可由CRT顯示故障代碼;當係統出現空倉或圓盤給料機堵料而無法下料時，工藝流程畫麵也以警示色提醒用戶，同時出現聲音報警，提醒用戶及時處理。
2.5 其他功能
能對變頻器進行自動/手動切換及機旁自動/手動選擇。
3 控製原理
3.1 給煤機配比控製
由於給煤量的大小取決於多種工藝參數和檢測結果，所以給煤任務來自於上位機的配比計算，計算機采用配比數學摸型，它是根據配煤總量和各種煤所占的比例，及所含有的水份等參數，結合配比專家知識和現場經驗，計算各種煤的K8凯发登录入口設定值，作為進行指導和校正的手段。這裏可輸入各種煤的成份，檢驗結果等信息，製定配煤方案，下達配煤命令。
3.2 自動調節過程   
它是通過取消小皮帶，並在集料皮帶下直接安裝核子秤，可實時取得各種給煤K8凯发登录入口反饋值的電壓信號(0~30mV)，經變送器放大，並轉換為4~20mA的電流信號，送至可編程控製器的A/D轉換接口，經采樣後，與上位機設定的各種配煤給定值進行比較，然後進行調節運算，其控製量經D/A轉換接口送至變頻調速器，以此來改變變頻器的輸出值，從而改變圓盤給煤機的轉速，調整給煤量，使之與設定值相等，完成自動配煤過程，下煤量設定值的大小決定了圓盤轉速，圓盤轉速與下煤量成正比。
3.3 控製規則
(1) 若控製誤差的絕對值太大，則增加輸出量，加強控製作用，實現快速跟蹤調節;
(2) 若控製誤差及其變化率均在允許範圍內，則輸出量不變，維持原控製作用;
(3) 若控製誤差與其變化率的符號相反(如控製誤差為正，而其值卻在減少)，且誤差變化率相對於誤差較小，則要加強控製作用;
(4) 若控製誤差與其變化率的符號相反，且誤差變化率相對較大，則加入“微分控製”;
(5) 若控製誤差與其變化率符號相反，且二者絕對值相近時，維持原有控製;
(6) 若控製誤差與其變化率符號相同，誤差增大趨勢，則采用“比例、積分、微分”控製，增強控製作用。
4 係統實現的功能
4.1 PLC實現的功能
實現各配煤機的啟動和停止;電機、皮帶的順序控製;配煤K8凯发登录入口的瞬時、累計K8凯发登录入口的計量;圓盤給料機速度的自動控製,實現配料自動控製。
4.2 上位機功能
它能與PLC之間實現數據、信號傳輸通訊;每個圓盤下煤量設置;每台秤的稱量值顯示;配煤稱量係統畫麵監視;圓盤運行情況監視;故障顯示及報警;可作為PLC的編程器使用;根據配料模型實現配比自動計算功能;曆史趨勢顯示,可查看任意時間段的生產數據曲線,分析生產情況;生產報表;從動態數據庫中提取數據,生成各種報表,進行打印。
5 核子秤計量部分
根據焦化廠備煤車間現有的配煤計量設備PDS-7微機電子皮帶秤已使用十多年，存在著設備老化，可靠性差等若幹問題，直接影響著配煤比的精度。因此，這裏應采用目前國際上比較流行的核子皮帶秤，核子皮帶秤與傳統的電子皮帶秤相比具有許多優點，其中最主要的是不受皮帶磨損、張力、振動、跑偏、衝擊等因素影響，能長期穩定可靠地工作，最值得一提的是它可在高溫、多塵、強電磁幹擾、強腐蝕等惡劣環境下可靠運行。
5.1 核子皮帶秤工作原理簡介
核子皮帶秤的工作原理，放射源在上方穩定地放射出g射線，在支架構成的平麵內呈扇形照射至輸送機上，輸送機上的物料吸收一部分g射線，其餘的射線照射至g射線探測器上，因射源發出的g射線為一常數，因此探測器探測出的g射線的多少，可反映出輸送機上物料的多少，由此再根據相關的計算公式便可計算出某一時刻輸送機輸送物料的K8凯发登录入口。
此方案的特點是核子秤的測量信號沒有經過運算處理直接送入PLC係統，PLC係統需將核子秤的測量信號0~5V，或者是頻率信號加以轉換，然後進行相應的運算處理，才能得出秤重值，它的主要優點是省掉了二次稱重儀表，降低了費用。
5.2配煤技術要求及防護要求
(1) 秤體采用不鏽鋼體，秤體的安裝對皮帶傳輸裝置的運轉水平不生產任何影響，不改變其結構;
(2) 每台核子秤的每次配煤精度優於1%;
(3) 本係統一機帶14台核子秤的硬件配置方式，必須滿足多物料、多品種配煤工藝，提供料選、配比等人機對話，自動切換等功能。具有統計配煤量、報表、打印、校準、故障診斷等功能;
(4) 工控機必須設有專用接地極且接地電阻<4W。
6結束語
本係統實現了14台圓盤配煤機的啟停、聯鎖保護、稱量及調節的自動控製，實現配煤生產自動化。控製方式采用自動和手動操作兩重方式，在自動方式下，各配煤回路的設定及控製，配煤的在線更改等都由計算機自動完成;在手動方式下，根據核子秤測量的值手動調節圓盤轉速，進行配煤控製、人工啟停設備，在這兩種方式下，都設有主要設備緊急停運按鈕。通過改變變頻器輸入信號方式，可方便地進行手動/自動切換，切換衝擊小，生產進行順利。
該配料係統在實際生產中取得良好的經濟和社會效益，能夠滿足各項經濟技術指標，滿足配料控製精度要求，具有廣闊的應用前景。

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