4-PLC在矿石系统线中的应用优势.doc

1、国家职业资格全国统一鉴定 电工技师电工技师论文论文 （国家职业资格二级） 论文题目：PLC 在矿石系统线中的应用优势 姓 名： 身份证号： 准考证号： 所在省市： 江 苏 省 连 云 港 市 所在单位： PLCPLC 在矿石线中的应用优势在矿石线中的应用优势 XXX 有限公司 摘要摘要： 新陆桥（连云港）码头有限公司矿石输送线于 2004 年 6 月正式 投入使用，其生产过程全部由 PLC 及监控计算机进行集中控制，比起 采用常规的继电接触器等低压电器所组成的逻辑控制装置来说， 极大 地提高了劳动生产率和自动化程度，减少了电器维修和保养量，也为 各种改造工作提供了方便，并节约了大量的改造资金。

2、 关键词关键词：PLC、矿石线、应用 目录目录 摘要： . 2 第一章 皮带机系统的特点 . 4 第二章 用继电接触器进行集中控制的缺点 . 5 第三章 用 PLC 进行集中控制的优点 . 6 第四章 新陆桥矿石线 . 7 第五章 灵活运用 PLC 降低能耗提高效益 . 10 第六章 卸船增加六号流程 . 13 结束语：. 14 第一章第一章 皮带机系统的特点皮带机系统的特点 皮带运输机（简称皮带机）由于运送速度快（每分钟 120 米到 150 米） 、适应货种多（散装或袋装） 、制造成本低、维修较容易、生 产效率高，能对散装货物进行连续运输，因此应用广泛。皮带机一般 不单机进行作业，而是多台

3、收尾相接形成运输线，并且与其它机械配 合作业，组成比较复杂的运输系统。这一独特的工作特点，决定了其 电气控制的特点： 1、 可以顺流程控制、逆流程控制并具有相应的保护措施。 2、 一般采用在中央控制室集中控制。 3、 有条件时，尽量采用电子计算机进行自动控制。 第二章第二章 用继电接触器进行集中控制的缺点用继电接触器进行集中控制的缺点 对于皮带机的集中控制，以前由于条件所限常采用继电器、接触 器和按钮开关等常规低压电器构成逻辑控制装置实施手动控制。 由于 它简单易懂、使用方便、价格低廉，在一定范围内能满足控制要求， 因而在工业控制领域中得到广泛应用， 并在港口电气控制方式中占主 导地位。但是因

4、为这些低压电器的固有特点，造成其组成的逻辑电路 缺点很多，主要有： 1、 低压电器均为机械动作，长期工作容易造成磨损、疲劳、 损坏。 2、 其触点的开合会形成电弧造成熔焊，产生误动作。 3、 动作影响慢。 4、 工作时噪声大、热量高、消耗大量电能。 5、 触点有限，有时为了适应触点的有限只有采用很复杂的逻 辑控制。 6、 系统线路安装好以后，哪怕只有简单的动作，也需要花费 大量的时间、人力和物力去改制、安装和调试。 如此种种缺点说明了以继电接触器等低压电器组成的集中控制 系统已不能满足生产的需要，必须采用更高级的方法去代替它，以 PLC 为核心的计算机集中控制系统就是一个很好的替代方案。 第三

5、章第三章 用用 PLC 进行集中控制的优点进行集中控制的优点 可编程序控制器（即 PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专 为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内 部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指 令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生 产过程。其主要特点如下： 1、 可靠性高，抗干扰能力强。 2、 通用性强、容易扩充功能。 3、 指令系统简单，编程简便易学，且易于掌握。 4、 结构紧凑，体积小，重量轻，功耗低。 5、 维修工作量少，现场连接方便。 多年来，PLC 从其生产到现在，实现了从接线逻辑到存储逻辑的 飞跃；其功能

6、从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用 领域从小到大，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 PLC 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。 由于 PLC 的优越特点如此之多， 采用 PLC 组成的集中控制系统已 得到越来越广泛的应用。我国从 1984 年起就开始研究 PLC 在港口散 货装卸生产线上的应用， 目前我国新建的散货装用码头连续运输机械 控制系统已全部采用 PLC 进行生产过程的控制。新陆桥（连云港）码 头有限公司的矿石运输系统线

7、就是采用 PLC 进行集中控制。 第四章第四章 新陆桥矿石线新陆桥矿石线 新陆桥 （连云港） 码头有限公司矿石线输送系统包括一个中控室、 四个变电所（中心变、1#变、2#变、3#变） 、两台斗轮堆取料机、两 台装卸船机、一台卸船机、十九条皮带运输机、一台装车机及其他辅 助工艺设备。其中的皮带机系统规模庞大、涵盖范围广，分属四个变 电所控制，是较典型的采用了 PLC 进行集中控制方案。下面就将该系 统做一简单介绍： i. 硬件部分 本系统为方便相互之间的信息传递，所有 PLC 采用 MODICON QUANTUM 系列 PLC，它是施耐德电气公司推出的世界上第一个通用 自动化平台，是具有强大处理

8、能力的大型控制系统，可以满足大部分 离散和过程控制的经济和灵活的硬件控制平台。QUANTUM 系统同时 提供了 IEC （国际电工委员会） 要求的全部 5 种编程方式： 梯形图 （LD） 、 功能块图 （FBD） 、 顺序功能图 （SFC） 、 指令表 （IL） 、 结构化文本 （ST） ， 同时具备了强大的过程控制功能和离散控制功能。 QUANTUM 系统属于模块式结构，提供了大量的模块可供选择， 而且所有模块可带电拔插提高了使用安全性。 本皮带系统便采用了其 中的 10 种共 47 块，即：电源模块 140 CPS11420、CPU 模块 140 CPU43412A、 以太网通讯模块140

9、 NOE77110、 热备模块140 CHS11000、 远程 I/O 通讯模块 140 CRP93100、RIO 通讯模块 140 CRA93100、数字 量输入模块（32 点）140 DDI35300、数字量输出模块（32 点）140 DDO35300、数字量输出模块（16 点）140 DRA84000、模拟量输入模 块 140 ACI03000。其具体分布情况为：在矿石线中控室设置一套双机 热备 PLC 控制器和一套远程 RIO 通讯模块。在变电所（中心变、1# 变、2#变、3#变）各设置一套 PLC 主机，消防水喷水加压泵房被设置 一套 PLC 分布式远程站，变电所、泵房被主机或远程站

10、均用作为远程 控制器。 ii. 各部分功能 1、 主控 PLC 系统 主控 PLC 系统为控制系统的核心，主控 PLC 系统的作用主要有： 在矿石输送系统中实现流程控制逻辑功能；接收 HMI（上位监控 计算机）下达的操作指令；设备操作指令的下达（发往控制该设备 的 PLC 站） ；实现由 PLC 远程站控制设备的单机控制逻辑；与相 关的PLC站通信， 实现由PLC远程站控制设备的上下游连锁控制逻辑； 接收各 PLC 站发送的设备信息，提供给 HMI 系统；与另一套主 控 PLC 系统通信实现共享设备控制权划分。 2、 PLC 远程站 包括 PLC 本地站，PLC 远程站和 PLC 分布远程站等

11、实现与设备的 信息交换。这些信息是：输入，包括控制台输入、现场设备的信号 （皮带机的合闸信号、沿线保护装置信号、控制点与控制电源信号、 转向设备的位置信号、运行及故障信号、大机的连锁输入等） ；输 出：皮带机、转向设备的控制输出、大机的连锁输出等。 3、 PLC 站 所控设备的单机控制逻辑；通过与相关 PLC 站（或主控 PLC 系统）的通信，实现与所控设备的上下游设备的连锁；所控设备的 信息采集与控制；与所有关联大机的连锁和通信，采集大机的有关 信息；将采集的所有信息传送至主控 PLC 系统。 iii. 通讯方式 双机热设备 PLC 控制器与监控工作站之间距离较短， 使用同轴电 缆通过以太网

12、进行数据通讯。 各大机 PLC 系统与地面 PLC 系统通过调制解调器 MODBUS 方式 连接，以点对多点的主从方式（地面 PLC 为主）实现信息交换。 由于距离较长，各主机、远程站之间数据的通讯采用 MODBUS PLUS 网络，用自愈光纤环网连接，该网络具有冗余的特性，环网中 通讯节点采用双向光收发器，当环网某段网络中断，双向收发器通过 内置的特殊算法，将数据通讯切换到环网的另一条通道上，该网络形 式有效地提高了控制室 PLC 与远程站 PLC 之间通讯的可靠性。 该控制系统还可以与客户端网络相连接， 控制系统可为客户端提 供采集数据，这样客户端就能够通过控制系统提供的数据进行分析、 统

13、计以及制作报表，为管理和监控提供参考，从而更加有助于管理和 控制。 iv. 流程操作 该控制系统赋予矿石流程的选择、启动、重新启动和停止功能， 流程的操作选择采取屏幕菜单直接选择的方式， 其主要控制方式为全 自动操作方式。全自动操作方式是指在 HMI 上发出流程操作指令， HMI 和 PLC 系统自动完成流程的全部控制动作， 实现生产所需的作业 流程的控制。由于设计比较合理、完善、整个矿石线的控制仅需一个 人即可操作，大大的节约了人力，提高了劳动生产率。 当设备发生故障时，信号被 PLC 系统保持起来，并在 HMI 上报 警提示操作人员查看。故障修复后，需在 HMI 进行故障复位，故障 设备才

14、可以恢复正常显示然后才可重新投入流程运行。 v. 采用 PLC 控制电气维修改造带来方便 由于采用了 PLC 的控制， 矿石线的电气维修改造工作也变都能简 单了不少。现仅列举一例：矿石线后方堆场的堆场照明有六杆升降灯 塔来提供，由于我们矿石队电工班负责维护。原来的灯塔设计采用时 间控制， 但是由于四季日照时间不同、 恶劣天气以及本身质量等原因， 经常会造成停送灯不及时，一直不能满足生产的要求，还经常被生产 单位批评。后经研究决定改为由中控室集中控制。 若按照常规方案，要求从 3#变（灯塔的电源在 3#变）至中控室 敷设一根 3000 多米的多芯电缆，不仅工程浩大，而且代价很高，工 期也长，即使

15、改造成功，以后的维护保养工作量也将非常大，显然这 种方案不是一个好的选择。 实际实施的方案采用 PLC 参与控制，在 3#变内加装了一个控制 箱，将其控制线接到 3#变 PLC 远程站的输入输出模块上，在中控室 监控计算机上加了四个虚拟的按钮，最后用编程器（便携式电脑）将 修改好的灯塔照明控制程序上传至 PLC 内，整个改造工程即宣告完 成。 此改造方案比起常规方案来， 仅从电缆使用上就节约资金数万元， 工期缩短好几天，工作量也大大减轻了，停送堆场照明仅需中控室操 作人员轻点鼠标即可，也提高了停送照明的准确性和及时性。该改造 方案经使用后令生产单位非常满意，也得到了技术部门的肯定和赞 赏。 第

16、五章第五章 灵活运用灵活运用 PLC 降低能耗提高效益降低能耗提高效益 2012 年随着市场的竞争越来越激烈，公司必须降低能耗来实现 提高效益的目标，初定计划为将 2012 年 1-5 月份皮带机运输线平均 能耗为 9630KWH/WT 降到年平均能耗为 9400KWH/WT。 根据数据分析和实际情况相结合的具体分析，采取以下几个措 施以达到节能降耗的目的（提高效益的目标） 实施一：安装流量显示装置 措施 1、在卸船机司机室安装流量表。 措施 2、在 BC1A 皮带机上安装皮带秤。 实施二：给料机档位调节 措施 1、在卸船机司机室安装多组合转换开关，将三个档位改为 六个档位 措施 2、修改给料

17、机程序，缩小速度差。 瞬时流量对比表 项目 改造前瞬时流量值（T/H） 改造后瞬时流量值(T/H) 最大值 1500 950 最小值 500 750 改造前，瞬时流量在 500-1500T/H,通过改造瞬时流量达到 750-950T/H,皮带机运输线流量大小控制更为精确，从而减少皮带机 运输线的低流量及流量不稳定情况 实施三、根据改造要求编写新的皮带机运输线控制程序。 将编写好的程序通过数据线下载到皮带机运输线的 PLC 中， 进行 调试。 措施措施 2 2、修改给料机程序，缩小速度差。、修改给料机程序，缩小速度差。 效果：以上效果：以上 2 2 项措施由靳军、梁成兵于项措施由靳军、梁成兵于

18、6 6 月月 2020 日日完成完成. .将将 三个档位改为六个档位三个档位改为六个档位。改造前，瞬时流量在改造前，瞬时流量在 500500- -1500T/H,1500T/H,通通 过改造瞬时流量达到过改造瞬时流量达到 750750- -950T/H,950T/H,皮带机运输线流量大小控制皮带机运输线流量大小控制 更为精确，从而减少皮带机运输线的低流量及流量不稳更为精确，从而减少皮带机运输线的低流量及流量不稳定情况定情况 措施措施 2、将编写好的程序通过数据线下载到皮带机运将编写好的程序通过数据线下载到皮带机运 输线的输线的 PLCPLC 中，进行调试。中，进行调试。 通过测试新程序该程序缩

19、短空皮带运行时间 81%，能满足改造要 求，并确保皮带机运输线正常运行。 改造后空皮带运行时间对比表 原皮带机运输线空皮 带运行时间(S) 现皮带机运输线空皮 带运行时间(S) 缩短空皮带运行时 间（s） 节省空皮带运行时间 百分比 1265 240 1025 81% 以以 7 7 月份为例皮带机运输线节约的经济效益。月份为例皮带机运输线节约的经济效益。 改造前（2012 年 15 月） 9600 改造后（2012 年 7 月） 9300 相比（节、超+） -300 3 台 卸 船机 BC1A 皮 带机 BC2C 皮 带机 BC3B 皮 带机 BC4C 皮 带机 BC5皮 带机 BC6皮 带机

20、 BC7A 皮 带机 BC7B 皮 带机 BC9皮 带机 BC8皮 带机 2# 斗 轮 机 1# 斗 轮 机 9600KWH/WT9300KWH/WT=300KWH/WT 节省费用=节约的能耗 *操作吨*电费 节省费用=300KWH/WT*120.2WT*0.985 元=3.552(万元) 第六章第六章 卸船增加六号流程卸船增加六号流程 6#流程：1#卸船机-BC1B-BC1K BC1B 使用原来的控制程序 BC1K 使用原 BC2B 控制程序 1#卸船机使用原 BC3A 控制程序。 2017 年六月六号流程正式运行，流量进一步提升，能耗大大降 低，效益明显提高 以 2018 年 7 月爱丽丝卸船为例：爱丽丝共卸 170184 吨，其 中 123824 吨， 2#卸船流程增加了 6#流程，46360 吨只用了 2# 流程，平均流量相差 444 吨，能耗每吨相差 0.1 度电，123824 吨就节能 12382.4 度电。 结束语：结束语： 实践证明， 采用 PLC 自动控制系统对港口现有机械进行改造和更 新，提高港口电气自动化水平，充分发挥港口的装卸能力，是一种有 效的方法，由于 PLC 技术在港口自动控制系统中的应用，大大提高了 劳动生产率，获得显著的社会效益和经济效益。我港目前已在大型机 械上普遍使用了 PLC 技术， 相信它会在以后的码头生产中发挥出更大 的作用。