崔璐君

（山西潞安郭莊煤業(yè)有限責(zé)任公司選煤廠， 山西 長治 046100）

引言

現(xiàn)階段，選煤廠的選煤系統(tǒng)都是通過人工來操作控制的，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較低，而且不能做到對現(xiàn)場設(shè)備的統(tǒng)一有效管理，大大降低了選煤的效率[1]，潞安某選煤廠的處理能力是6.0 Mt/年，集中控制系統(tǒng)承擔(dān)原煤處理、重介質(zhì)分選、裝車等任務(wù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及環(huán)節(jié)較多，隨著工藝設(shè)備的改進(jìn)，單純依靠人工操作的控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需要，一些先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、傳感器等技術(shù)的發(fā)展，更是推動(dòng)選煤控制系統(tǒng)朝著智能化、集成化的方向發(fā)展。

1 改造前狀況

1）系統(tǒng)集成化程度低。選煤廠在前期布局時(shí)，由于缺少科學(xué)合理的判斷，洗煤過程中的原煤處理系統(tǒng)、重介質(zhì)分選系統(tǒng)、裝車系統(tǒng)等的每個(gè)作業(yè)都是單獨(dú)安裝，沒有充分考慮各個(gè)環(huán)節(jié)間的協(xié)調(diào)運(yùn)行，每個(gè)系統(tǒng)都有自己獨(dú)立的線路和控制開關(guān)，無法進(jìn)行統(tǒng)一管理，在其中一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題后，排查的工作量較大，時(shí)間較長，在排查時(shí)相關(guān)作業(yè)要停止工作，效率較低，容易造成較大的損失[2]。

2）系統(tǒng)維護(hù)成本高。隨著技術(shù)的不斷升級(jí)，綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本，一般企業(yè)會(huì)針對性地更換機(jī)器設(shè)備，或是進(jìn)行軟件升級(jí)，這樣就會(huì)出現(xiàn)多種規(guī)格的設(shè)備，造成系統(tǒng)的版本互不兼容等問題，現(xiàn)場越來越多的設(shè)備使得供電系統(tǒng)也變得很復(fù)雜，加大了故障檢測和設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控的負(fù)擔(dān)，在設(shè)備和線路出現(xiàn)老化故障時(shí)，增加了維修成本，影響經(jīng)濟(jì)效益。

2 改造方案

選煤廠的集中控制系統(tǒng)主要包括原煤預(yù)處理、重介質(zhì)分選、自動(dòng)裝車等部分，系統(tǒng)主要采用PLC和遠(yuǎn)程控制相結(jié)合的工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)，在進(jìn)行調(diào)度指揮時(shí)，將各種指令信號(hào)在以太網(wǎng)傳輸下，經(jīng)PLC 運(yùn)行后，通過圖形等形式傳輸?shù)郊厥抑校F(xiàn)場的工作人員通過集控室的圖形來監(jiān)控實(shí)際工藝流程中各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，集控室的工作人員根據(jù)傳輸過來的圖形進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，在出現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)采取控制措施。

2.1 原煤預(yù)處理系統(tǒng)

原煤預(yù)處理系統(tǒng)是對原煤進(jìn)行去雜質(zhì)處理，將原煤中的砂石、木塊等雜質(zhì)剔除，為下一步的選煤工藝提供質(zhì)量合格、性質(zhì)穩(wěn)定的原煤，確保精煤的質(zhì)量。在對原煤進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，選用的控制器是西門子PLC-4000 系列[3]，通過工業(yè)局域網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)對各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控；通過I/O 口控制，將PLC 主站和分站聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)對通訊系統(tǒng)的擴(kuò)展；通過上位機(jī)可以監(jiān)控設(shè)備的啟停和運(yùn)行狀態(tài)；選用的主電機(jī)是ABB的ACS800 系列變頻器，可以對多段速度進(jìn)行控制，系統(tǒng)采用IC 編程軟件，根據(jù)主電機(jī)的特性合理控制機(jī)器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行。

2.2 重介質(zhì)分選系統(tǒng)

重介質(zhì)分選系統(tǒng)的改造重點(diǎn)是對電氣部分進(jìn)行改造，通過對設(shè)備及配電裝置的改造，實(shí)現(xiàn)對重介質(zhì)分選等環(huán)節(jié)的自動(dòng)化控制。

為了提升重介質(zhì)分選系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)對多個(gè)設(shè)備的集中控制，給相關(guān)設(shè)備配置上位機(jī)、配電柜、操作箱、PLC 等硬件設(shè)施，同時(shí)根據(jù)控制要求，配備密度計(jì)、壓力機(jī)、黏度計(jì)等輔助儀器，為了避免出現(xiàn)設(shè)備壓煤現(xiàn)象，統(tǒng)一沿逆煤流的方向依次啟動(dòng)設(shè)備。重介質(zhì)分選系統(tǒng)主要是控制重介質(zhì)密度及介質(zhì)桶的液位，其核心技術(shù)是要控制好重介質(zhì)液體的濃度。集中控制系統(tǒng)采用PID 閉環(huán)控制，通過感應(yīng)重介質(zhì)的密度和介質(zhì)桶液位，使系統(tǒng)一直保持在最佳的工作狀態(tài)下，采用PLC 可編程控制器，通過采集現(xiàn)場傳感器信號(hào)，將采集的信號(hào)與PID 控制中的設(shè)定值進(jìn)行比較，得到對應(yīng)的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的自動(dòng)化控制，其PID 控制原理圖如圖1 所示。

圖1 PID 工作原理

采用以太網(wǎng)構(gòu)建系統(tǒng)的集中控制網(wǎng)絡(luò)，以PC上位機(jī)和PLC 下位機(jī)控制器組成的控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)控和顯示，通過信息化、智能化等手段，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的自動(dòng)化控制，整個(gè)集中控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.3 自動(dòng)裝車系統(tǒng)

自動(dòng)裝車系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)精煤的自動(dòng)化裝運(yùn)，確保精煤的裝載率，控制精煤的裝載量。根據(jù)控制要求，為裝車系統(tǒng)配置精煤煤倉液壓閘門、皮帶、稱重檢測、車號(hào)識(shí)別、監(jiān)控系統(tǒng)等[4]，實(shí)現(xiàn)對精煤的自動(dòng)裝車，自動(dòng)裝車系統(tǒng)包括信息管理層、調(diào)度監(jiān)控層和現(xiàn)場控制層三層網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，可以對自動(dòng)裝車系統(tǒng)進(jìn)行單機(jī)控制，也可以進(jìn)行集中控制，在單機(jī)控制時(shí)主要是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試，在集中控制時(shí)，主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對所有設(shè)備的集中統(tǒng)一控制，實(shí)現(xiàn)相互閉鎖功能，自動(dòng)裝車系統(tǒng)示意圖如圖3 所示。

圖3 自動(dòng)裝車系統(tǒng)

3 改造結(jié)果

通過對集中控制系統(tǒng)的改造升級(jí)，對改造前后系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和成本進(jìn)行分析，經(jīng)過比較得出，在對系統(tǒng)進(jìn)行改造后，設(shè)備的負(fù)載運(yùn)行時(shí)間提高約10 min/d，設(shè)備的故障排查時(shí)間節(jié)省約8 min/d，系統(tǒng)的整體輸出功率降低約4 000 kWh，如果按照0.56 元/kWh 的電費(fèi)來計(jì)算，在設(shè)備每天運(yùn)行20 h、一年運(yùn)行320 d 時(shí)，可節(jié)約電費(fèi)約1 433 萬元。