程廣魁

(屯蘭礦 選煤廠 準備車間，山西 古交 030200)

0 引言

選煤廠是對原煤進行再處理、加工的場所，可改善原煤的煤炭質(zhì)量，進而提升其銷售價格。近年來，隨著選煤工藝和選煤設備的不斷改進與更新，對選煤廠控制系統(tǒng)的自動化水平也提出了更高的要求。因此，急需對選煤廠控制系統(tǒng)進行改造，并且在改造的同時兼顧用時最短、改造成本低以及確保改造效果的原則[1]。本文將對選煤廠控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率、重介質(zhì)控制系統(tǒng)以及應急系統(tǒng)進行改造完善，從而保證選煤廠控制系統(tǒng)通訊方式的統(tǒng)一、提高快速定位系統(tǒng)故障的能力以及系統(tǒng)自身的靈活性。

1 選煤廠集中控制系統(tǒng)概述

該選煤廠原煤的洗選能力為90萬t/年，原煤處理能力為214 t/h，其所采用的選煤工藝為不脫泥全重介選煤。選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)主要由重介系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)以及萬噸倉系統(tǒng)組成。選煤廠對應各分生產(chǎn)系統(tǒng)采用SLC500系列PLC控制器進行控制。

其中，重介集中控制系統(tǒng)可對系統(tǒng)中涉及的設備進行啟停、事故連鎖控制等，主要包括重介密度控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、計量稱重系統(tǒng)以及通訊系統(tǒng)等；浮選通知系統(tǒng)可進一步提升選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)對精煤的回收率，從一定程度上提升選煤廠精煤產(chǎn)量，以保證最終產(chǎn)品質(zhì)量；萬噸倉控制系統(tǒng)可提升原煤的存儲能力，并根據(jù)煤倉中的實時情況對給煤機和皮帶機的運行狀態(tài)進行精準控制[2]。

目前，隨著選煤廠選煤工藝和選煤設備的改進與更新，傳統(tǒng)集中控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率已經(jīng)無法滿足當前選煤設備及自動化的需求，為此需對集中控制系統(tǒng)進行改造，旨在提升選煤廠上位機與生產(chǎn)工作面設備的通訊能力，并對現(xiàn)場中的故障進行精準、快速定位，既提高選煤廠的生產(chǎn)效率，同時又提升選煤廠集中控制系統(tǒng)的靈活性。

2 選煤廠集中控制系統(tǒng)的總體改造

導致當前選煤廠控制系統(tǒng)通訊能力差的原因是通信協(xié)議多樣，而且對于每個生產(chǎn)分系統(tǒng)均有其各自的上位機，既增加了作業(yè)人員的勞動強度，還導致了誤操作概率的提升。此外，當前各生產(chǎn)分系統(tǒng)所配置工控機過于老化，其對應響應速度慢，而且其可靠性和抗干擾能力較弱[3]。為此，本文結(jié)合選煤廠控制系統(tǒng)現(xiàn)狀特制定以下兩種改造方案。

2.1 改造方案一

圖1 基于DH+網(wǎng)絡實現(xiàn)選煤廠各生產(chǎn)分系統(tǒng)的集中控制

2.2 改造方案二

在充分吸取方案一的經(jīng)驗教訓基礎上，通過升級PLC控制器CPU的手段對選煤廠控制系統(tǒng)進行改造。具體實施路徑如下:

(1) 將原選煤廠控制系統(tǒng)中對應的主控分站中的CPU由L542升級為L551型。

(2) 將原選煤廠控制系統(tǒng)中浮選系統(tǒng)的CPU同樣由L542升級為L551型。

(3) 將原選煤廠中萬噸倉控制系統(tǒng)取出，并根據(jù)生產(chǎn)需求增加相應的適配器模塊(1747-ASB)和掃描模塊(1747-SN)。

通過方案二改造后的選煤廠集中控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于升級CPU實現(xiàn)對選煤廠集中控制系統(tǒng)的改造

如圖2所示，基于以太網(wǎng)通訊技術(shù)將重介質(zhì)系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)對應的上位機集中于一個上位機對系統(tǒng)運行狀態(tài)參數(shù)進行監(jiān)測、記錄和控制等，從而解決了多個上位機操作系統(tǒng)容易導致誤操作的問題。此外，基于以太網(wǎng)通訊技術(shù)還能夠大大提升數(shù)據(jù)的傳輸速率，由之前的10 Mb/s提升至100 Mb/s。

3 選煤廠集中控制系統(tǒng)的優(yōu)化

上一節(jié)中著重完成了選煤廠集中控制系統(tǒng)的整體改造，但并未從細節(jié)具體對集中控制系統(tǒng)中各生產(chǎn)分系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。重介系統(tǒng)為選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵分系統(tǒng)，本節(jié)將注重對其進行優(yōu)化[4]。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，選煤廠重介系統(tǒng)主要存在如下問題：①系統(tǒng)過載保護功能欠缺；②當系統(tǒng)PLC損壞時，很難保證對系統(tǒng)進行正常的啟?？刂?。

3.1 重介系統(tǒng)過載保護功能的優(yōu)化

對于選煤廠集中控制系統(tǒng)中的皮帶機而言，當前系統(tǒng)可對其拉繩、跑偏以及溢煤等事故進行保護，并對應地在上位機上顯示故障類型和報警。但是，在實際生產(chǎn)中還存在由于熱繼電器的動作而導致系統(tǒng)停機，但是并不能夠在上位機操作系統(tǒng)上真實反映并報警。需要注意的是，除了熱繼電器動作外還存在很多可能導致系統(tǒng)停機的情況，若處理不當極易引發(fā)更大的事故。

因此，需將熱繼電器動作的信號真實反映給上位機操作系統(tǒng)，即將相關(guān)信號通過PLC上傳至上位機，具體實施路徑如下：

(1) 在PLC上為其配置一個專門的開關(guān)量，并確認其地址。

(2) 當熱繼電器動作時，與其對應的PLC的常開點閉合將信號通過PLC上傳至上位機操作系統(tǒng)，同時通過PLC將控制信號傳遞至下位機程序，確保系統(tǒng)能夠平穩(wěn)地停機。

與此同時，鑒于原選煤廠重介系統(tǒng)所采用的繼電器相對陳舊，為保證系統(tǒng)生產(chǎn)的安全性對其二次配電的接線方式進行改造，以提升其二次保護功能，從而實現(xiàn)綜合保護器的報警功能。

根據(jù)上述控制思路對PLC對應下位機程序進行修改，具體如圖3所示。

圖3 繼電器動作相關(guān)下位機控制程序優(yōu)化

通過對重介系統(tǒng)進行初步改造后，系統(tǒng)能夠?qū)⒂捎跓崂^電器動作而導致的停機事故實時、準確地反映給上位機，為后續(xù)系統(tǒng)停機故障的定位和查找奠定了基礎，從而提升了對設備故障的排除效率，減少了設備停機時間，提升選煤廠的生產(chǎn)效率。

3.2 重介應急控制系統(tǒng)的優(yōu)化

對于重介系統(tǒng)而言，作業(yè)人員除可通過上位機操作系統(tǒng)對其進行集中控制外，還可在上位機控制系統(tǒng)失效的情況下采用短接的方式控制設備運行[5]。但是，當采用21#和23#短接方式的控制系統(tǒng)及操作設備運行時，由于接觸器線圈直接供電導致其存在較大的安全隱患。因此，需對重介系統(tǒng)短接控制進行優(yōu)化，解決其保護系統(tǒng)不完善的問題。為此，對重介控制系統(tǒng)的就地控制箱作出如圖4所示的優(yōu)化。

如圖4所示，當21#、23#短接運行時，為其配置了FR、KM等保護裝置，確保重介在無PLC控制情況下的安全、可靠運行。通過對重介控制系統(tǒng)做上述改造，可確保系統(tǒng)在PLC發(fā)生故障時仍可安全可靠、靈活地運行，避免了由于PLC故障而造成全系統(tǒng)的停機，從而保證了選煤廠的生產(chǎn)時間。

圖4 重介應急控制系統(tǒng)的優(yōu)化

4 總結(jié)

隨著選煤工藝及選煤設備的不斷改進、更新，為保證選煤廠整體生產(chǎn)效率的提升還需確保其硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)相匹配。本文著重對選煤廠集中控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，具體總結(jié)如下：

(1) 針對選煤廠集中控制系統(tǒng)通訊能力較差的問題，基于以太網(wǎng)通訊對集中控制系統(tǒng)進行升級改造，改造后整個系統(tǒng)的通訊能力由10 Mb/s提升為100 Mb/s。

(2) 針對選煤廠重介系統(tǒng)過載保護功能欠缺和應急控制系統(tǒng)安全系數(shù)低的問題，對上位機與下位機控制程序進行優(yōu)化的同時，為應急系統(tǒng)增加相應保護裝置。經(jīng)改造后，減少了系統(tǒng)由于故障而造成的停機時間，并為提升故障定位效率奠定基礎。