選煤廠集中控制系統(tǒng)優(yōu)化改造淺析

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摘要：針對山西某選煤廠集中控制系統(tǒng)通信速率低、各系統(tǒng)通信協(xié)議不同等問題，采用工業(yè)以太網(wǎng)改造集中控制系統(tǒng)，改善了選煤廠控制系統(tǒng)效率并簡化操作流程。對選煤廠重介系統(tǒng)過載保護以及應急控制等功能進行優(yōu)化、對集中控制系統(tǒng)優(yōu)化改造后，選煤廠生產效率以及安全保障能力得到有效提升。

關鍵詞：選煤廠;集中控制;工業(yè)以太網(wǎng);重介系統(tǒng);PLC

引言

選煤廠主要用以對礦井生產的原煤進行加工、處理以及洗選，可去除原煤中的矸石、灰分等成分，改善原煤的品質[1-3]。隨著選煤設備及工藝的不斷更新，選煤廠已基本實現(xiàn)機械化控制，對集中控制系統(tǒng)提出了更高的要求[4-6]。因此，根據(jù)選煤廠的實際生產情況對集中控制系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，在滿足選煤廠煤炭洗選需要的同時，提高集中控制系統(tǒng)故障定位能力、通信效率以及控制系統(tǒng)的靈活性，為選煤廠高效生產創(chuàng)造良好條件。

1選煤廠洗選及集中控制系統(tǒng)概況

山西某選煤廠設計洗選能力為280萬t，洗選流程為：塊煤（粒徑25~200mm）用重介淺槽分選，末煤（粒徑1.5~25mm）用重介旋流器分選，粗煤泥（粒徑0.2~1.5mm）用粗煤泥離心機脫水，細煤泥（粒徑0.2mm以下）用加壓過濾機脫水回收。選煤廠各個系統(tǒng)控制均采用SLC500系列單片機進行控制，基本實現(xiàn)了各個環(huán)節(jié)自動化生產。選煤廠集中控制系統(tǒng)可實現(xiàn)洗選系統(tǒng)設備的啟停、聯(lián)鎖控制。選煤廠采用浮選通知系統(tǒng)，可提升選煤廠精煤產量，提升產品品質。萬噸倉控制系統(tǒng)可提升選煤廠原煤存儲、運輸能力，并依據(jù)煤倉內實際情況控制給煤機、帶式輸送機工作狀態(tài)，實現(xiàn)煤倉儲煤量調節(jié)。隨著選煤廠洗選設備以及工藝改造更新，傳統(tǒng)的集中控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸效率等方面已無法滿足當前煤炭洗選設備的需求，需要對集中控制系統(tǒng)進行升級改造，以便提升控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設備間的通信能力、故障定位能力，達到控制系統(tǒng)靈活性目的，提高煤炭洗選效果。

2集中控制系統(tǒng)優(yōu)化改造

2.1優(yōu)化改造方案

導致選煤廠集中控制系統(tǒng)通信能力不足的主要原因是系統(tǒng)通信協(xié)議多樣，且現(xiàn)場分控制系統(tǒng)有其各自對應的上位機，不僅增加了現(xiàn)場控制難度，而且容易導致誤操作。由于現(xiàn)場控制的工控機均不同程度地存在使用時間長、反應速度慢、可靠性差以及抗干擾能力不強等問題，因此，提出下述兩種優(yōu)化方案。2.1.1優(yōu)化改造方案一通過DH+網(wǎng)絡對選煤廠集中控制系統(tǒng)通信系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，并根據(jù)現(xiàn)場控制需要將通信網(wǎng)絡結構劃分為上位機系統(tǒng)（信息層）、控制層以及PLC設備層等，具體現(xiàn)場改造后的集中控制系統(tǒng)結構如圖1所示。該技術方案的改造原理是：在原集中控制系統(tǒng)中增加控制層，控制層可對原控制系統(tǒng)中的不同通信協(xié)議進行整合。采用此改造方案具有改造成本低的優(yōu)點，但是通信系統(tǒng)傳輸速率仍舊為10Mbit/s，存在效率低的問題，同時未能徹底解決原集中控制系統(tǒng)中存在的通信速度慢、系統(tǒng)可靠性差等問題。2.1.2優(yōu)化改造方案二優(yōu)化改造方案二是在方案一的基礎上，通過升級現(xiàn)有的控制設備來實現(xiàn)集中控制系統(tǒng)優(yōu)化，升級的主要設備為PLC控制器內部的CPU。具體改造內容包括如下：1）將選煤廠的集中控制系統(tǒng)主控分站、浮選系統(tǒng)以及重介旋流器分選等PLC控制設備中的CPU型號，由L542型升級改造為L551型。2）將萬噸倉控制系統(tǒng)從選煤廠集中控制系統(tǒng)中取出，并依據(jù)現(xiàn)場控制需要，在萬噸倉控制系統(tǒng)中增加1727-SN掃描模塊、1747-ASB配適器模塊。采用優(yōu)化改造方案后選煤廠集中控制系統(tǒng)結構如圖2所示。采用以太網(wǎng)通信系統(tǒng)將選煤廠浮選系統(tǒng)以及重介旋流器分選等系統(tǒng)上位機集中到集中控制系統(tǒng)上位機上，集中控制系統(tǒng)可實現(xiàn)選煤廠各個洗選系統(tǒng)設備運行狀態(tài)、參數(shù)等的實時監(jiān)測、記錄以及控制。通過將各個系統(tǒng)集中控制連接到集中控制系統(tǒng)后，可有效解決多個上位機誤操作和信息無法融合等問題。同時采用以太網(wǎng)通信技術可大幅提升集中控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸速率，由10Mbit/s提升至1000Mbit/s，可為后續(xù)選煤廠智能化構建提供堅實基礎。通過綜合分析，最終確定采用方案二作為選煤廠集中控制系統(tǒng)改造方案。

2.2重介分選控制系統(tǒng)優(yōu)化

重介系統(tǒng)是選煤廠系統(tǒng)的重要組成部分，現(xiàn)場調研發(fā)現(xiàn)，選煤廠重介系統(tǒng)存在過載保護功能不全問題，當PLC故障時難以有效控制系統(tǒng)啟停。為此，重點對重介系統(tǒng)控制系統(tǒng)進行優(yōu)化。2.2.1過載保護優(yōu)化。選煤廠帶式輸送機具備跑偏、拉繩以及遺煤保護功能，同時上位機可顯示帶式輸送機運行故障類型，但是現(xiàn)實應用過程中，受繼電器故障影響，往往會導致系統(tǒng)停止運行，但是上位機上卻未能及時報警并反映故障類型。因此，需要將繼電器真實動作信號反映到上位機上，具體優(yōu)化改造方案為：在PLC控制器上增加專用開關量并確認開關量地址信息；當繼電器動作后，與熱繼電器對應的PLC開關閉合信號會傳輸給上位機操作系統(tǒng)，并通過PLC控制下位機，確保系統(tǒng)可平穩(wěn)停止運行；考慮到選煤廠使用的繼電器設備老舊，為確保重介系統(tǒng)安全運行，對繼電器二次配電接線方式進行改造，提升二次保護能力。通過上述改造后，系統(tǒng)可真實獲取到停機信號，并將信號傳輸給控制系統(tǒng)上位機，為后續(xù)的故障排查以及修復提供指導，以利于提升選煤廠生產效率。2.2.2應急控制系統(tǒng)優(yōu)化。作業(yè)人員可通過上位機控制重介系統(tǒng)運行，但是當上位機控制系統(tǒng)運行失效時，若采用短接方式控制重介系統(tǒng)運行，則存在一定的安全隱患。為此，對重介系統(tǒng)短接控制進行優(yōu)化，如圖3所示。由圖3可以看出，將21號/23號短接時后可配有KM、FR等保護裝置，確保重介系統(tǒng)在無PLC控制時仍可安全運行。

3結語

隨著選煤廠煤炭洗選設備以及洗選工藝的不斷改進，在一定程度上提升了選煤廠的生產效率。集中控制系統(tǒng)作為選煤廠自動化控制的核心，系統(tǒng)運行的可靠性以及運行效率直接影響選煤廠的生產效益和安全保障能力。文中針對山西某選煤廠集中控制系統(tǒng)存在的通信速率差、重介系統(tǒng)可靠性不足等問題，采用工業(yè)以太網(wǎng)對控制系統(tǒng)進行改造，將系統(tǒng)傳輸速率由10Mbit/s提升至1000Mbit/s，為后續(xù)選煤廠智能化建設提供基礎。對重介系統(tǒng)故障保護以及緊急控制進行改造，提高了重介系統(tǒng)運行可靠性。

作者:歐陽子文 單位:西山煤電馬蘭礦選煤廠