張瑞穎

（霍州煤電集團云廈白龍洗煤廠，山西霍州 031400）

0 引言

隨著國家對煤礦資源的大量需求，越來越多的煤礦被開采出來，而開采出的煤層存在較多雜質(zhì)[1-2]，因此，不同類型的洗煤廠設備被應用到煤礦的分離工藝中，其中，白龍洗煤廠則為國內(nèi)典型的洗煤廠。由于洗煤廠環(huán)境相對惡劣，加上洗煤廠設備運行工況相對復雜，導致現(xiàn)有的洗煤廠控制系統(tǒng)無法較好地滿足使用需求，不斷加大對白龍洗煤廠控制系統(tǒng)綜合性能的改進研究，已成為保證洗煤廠較高作業(yè)效率及作業(yè)安全的重要改進方向。因此，以現(xiàn)有洗煤廠控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)，開展了控制系統(tǒng)的優(yōu)化改進和系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分設計分析，并對其現(xiàn)場使用情況進行了應用測試，得出改進后的控制系統(tǒng)具有更好的控制性能，更能滿足洗煤廠設備的使用需求。這對提高洗煤廠控制系統(tǒng)的控制效果及洗煤廠設備的運行安全具有重要作用[3-4]。

1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

洗煤廠主要是將原煤中的優(yōu)質(zhì)煤及劣質(zhì)煤進行分離，最終分離出中煤、精煤等產(chǎn)品，而洗煤廠中的設備種類相對較多，主要包括磁選機、破碎機、弧形篩、壓濾機等，所設計的控制系統(tǒng)需能實現(xiàn)這些設備的有效控制。目前，白龍洗煤廠現(xiàn)有的控制系統(tǒng)主要包括PLC主站、PLC從站、各類傳感器、人機顯示界面、執(zhí)行機構(gòu)、調(diào)度室等部分，其控制網(wǎng)絡主要采用星型網(wǎng)絡形式，通過CNA總線方式進行通訊連接。根據(jù)控制系統(tǒng)功能的不同，將該系統(tǒng)分為控制層和設備層，通過不同層的功能特點，實現(xiàn)對設備的監(jiān)控、控制、調(diào)節(jié)等功能。通過該控制系統(tǒng)，已較好地實現(xiàn)了對洗煤廠設備的有效控制，保證了各類設備的正常運行，同時也大大提高了設備運行效率及運行安全，但在一定程度上仍存在控制精度不足、反應不及時、控制范圍較窄等問題。加強對白龍洗煤廠控制系統(tǒng)的優(yōu)化研究，已成為當下研究的重點方向。

2 控制系統(tǒng)總體方案設計

2.1 功能設計

根據(jù)洗煤廠的作業(yè)特點，所設計的控制系統(tǒng)需具有如下功能特點[5-8]：

（1）目前，控制系統(tǒng)的控制種類相對較多，包括就地控制、禁止啟動及集中控制等方式，而每臺洗煤廠設備的啟動操作方式存在一定的不同，因此，為更加方便地對所有用電設備進行統(tǒng)一的控制，所設計的控制系統(tǒng)需滿足在調(diào)度室即可實現(xiàn)對所有設備的啟停控制，以此保證洗煤廠的正常生產(chǎn)作業(yè)；

（2）洗煤廠設備不同工況條件下所需的功率大小有所不同，而洗煤廠設備數(shù)量相對較多，因此，該控制系統(tǒng)需根據(jù)設備的不同作業(yè)需求實現(xiàn)對其作業(yè)功率及轉(zhuǎn)速的自動調(diào)整，以此來實現(xiàn)洗煤廠設備的節(jié)能運行；

（3）當設備長時間運行或超負荷運行過程中，加上作業(yè)環(huán)境的相對惡劣，導致洗煤廠設備在運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)各類故障問題，因此，該監(jiān)控系統(tǒng)需設計設備報警提示功能，針對設備出現(xiàn)的各類故障現(xiàn)象，能及時發(fā)出相應的報警提示；

（4）該系統(tǒng)的顯示界面需能對洗煤廠設備的各類運行參數(shù)進行實時顯示，并能繪制各類曲線數(shù)據(jù)，將所匯聚的數(shù)據(jù)信息進行數(shù)據(jù)保存，以便后期能對設備運行參數(shù)進行查詢及運行狀態(tài)分析。

2.2 總體方案設計

以現(xiàn)有的洗煤廠控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，開展了對控制系統(tǒng)的改進設計。改進后的洗煤廠控制系統(tǒng)主要由干洗PLC站、篩分PLC站、各類傳感器、變頻器柜、場就地箱、工業(yè)交換機、人機顯示系統(tǒng)、打印機及外界局域網(wǎng)等部分組成，具體結(jié)構(gòu)組成示意圖如圖1所示。其中，傳感器包括了電流傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器等，并將采集的數(shù)據(jù)信息通過采集系統(tǒng)及CAN總線，傳遞至PLC控制站中；控制PLC控制站是整個控制系統(tǒng)的核心部分，主要負責接收采集系統(tǒng)傳輸來的各類數(shù)據(jù)信號，并通過設置的控制程序及相關(guān)算法，對信號進行分析處理，之后將分析處理后的信號發(fā)送至執(zhí)行層及顯示界面中；監(jiān)控主機則通過設計的上機位軟件程序向PLC發(fā)出相應的控制命令，以此完成對設備控制命令的控制操作；現(xiàn)場就地箱則主要為洗煤廠設備提供啟停、預警及信號指示燈功能；配電柜則主要負責為設備提供運行用電。通過該控制系統(tǒng)，可更加全面地完成對洗煤廠設備運行狀態(tài)的監(jiān)控和動作控制，控制精度更高、系統(tǒng)響應速度更快，對保證白龍洗煤廠中設備的工作效率及作業(yè)安全具有更高的控制效果。

圖1 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)布局圖

3 關(guān)鍵系統(tǒng)設計

3.1 變頻器選型匹配

由于洗煤廠設備的電壓頻率與外界的輸入電壓存在一定的差異性，無法滿足設備的使用需求。因此，在洗煤廠整個控制系統(tǒng)中，配備了變頻器設備，通過在變頻器上進行頻率參數(shù)的設置，可將外界輸入的工頻交流電轉(zhuǎn)化為洗煤廠設備所需的變頻交流電，以此實現(xiàn)對洗煤廠設備電機轉(zhuǎn)速的有效控制。因此，經(jīng)過匹配選型，選擇了西門子公司生產(chǎn)的MM440變頻器，其工作電壓為380 VAC、工作輸出電流為1 800 A、輸出功率可達75 kW。該設備具有控制精度高、輸出轉(zhuǎn)速大等特點，且能與多種通訊接口進行快速對接，具有較好的節(jié)能效果。變頻器的安裝，有效避免了較大的啟動電流對電網(wǎng)的沖擊作用，保證了整個控制系統(tǒng)的正常運行。

3.2 傳感器選型匹配

該控制系統(tǒng)設計了皮帶秤、速度傳感器、倉位計等設備，分別實現(xiàn)對物料的快速稱重、設備運行速度及物料存儲高度等操作，是整套系統(tǒng)前端實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速采集的重要設備。根據(jù)洗煤廠中設備的性能特點及使用環(huán)境，皮帶秤采用了ICS-20型號，其工作電壓為220 VAC、稱重范圍可達1～4 500 t/h、采集精度為±0.12%。速度傳感器主要安裝在輸送機的輪子附近，選用了VB-Z9500型霍爾傳感器，其工作電壓為5～32 V、輸出波形為方波、頻響范圍為0～10 kHz、防護等級為IP65、輸出方式為PNP輸出，能較好地滿足設備運行速度的信號檢測。另外，倉位計利用自身系統(tǒng)發(fā)出的超聲波信號，完成對物料高度的測量，其工作電壓為24 VDC、輸出信號為2～24 mA、測量高度可達15 m，基本滿足了洗煤廠物料高度的測量。由此，完成了對控制系統(tǒng)傳感器的匹配選型。

4 現(xiàn)場運行情況

結(jié)合上述分析，基本完成了白龍洗煤廠控制系統(tǒng)的升級完善。為進一步驗證改進后的控制系統(tǒng)，將其進行了為期4個月的現(xiàn)場應用測試，其顯示界面如圖2所示。測試結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)運行正常、功能更加齊全、系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，能較好地實現(xiàn)對洗煤廠設備運行狀態(tài)的信號檢測及動作控制，針對設備運行過程中出現(xiàn)的各類故障問題，該系統(tǒng)能及時發(fā)出相應的報警提示，并通過顯示界面進行故障問題、故障發(fā)生位置等信息的實時顯示，同時，將設備的運行參數(shù)通過主控機進行快速保存，較好地滿足白龍洗煤廠設備的控制需求。該煤礦現(xiàn)場負責人也對改進后的控制系統(tǒng)作出了高度評價及認可，建議對該系統(tǒng)進行推廣及應用。

圖2 控制系統(tǒng)顯示界面

5 結(jié)束語

針對白龍洗煤廠控制系統(tǒng)的綜合性能已無法較好地滿足當下洗煤廠的使用需求，將當下更加先進的設備應用到該控制系統(tǒng)，開展控制系統(tǒng)的改進優(yōu)化已成為當下提高洗煤廠控制系統(tǒng)綜合性能的關(guān)鍵方向。因此，分析了現(xiàn)有洗煤廠控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，開展了控制系統(tǒng)的優(yōu)化改進研究和對關(guān)鍵系統(tǒng)進行了設計分析，并對該系統(tǒng)在洗煤廠中的應用情況進行了實時應用測試。結(jié)果表明，改進后的控制系統(tǒng)具有更高的控制精度和采集速度、功能更加齊全，能更好地滿足白龍洗煤廠設備控制系統(tǒng)的使用需求。這對提高洗煤廠控制系統(tǒng)的控制效果及洗煤廠設備的運行安全具有重要作用。