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(hù)以及應(yīng)急控制等功能進(jìn)行優(yōu)化、對集中控制系統(tǒng)優(yōu)化改造后，選煤廠生產(chǎn)效率以及安全保障能力得到有效提升。

關(guān)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(chǎn)的原煤進(jìn)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(zhì)[1-3]。隨著選煤設(shè)備及工藝的不斷更新，選煤廠已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)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(shí)際生產(chǎn)情況對集中控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，在滿足選煤廠煤炭洗選需要的同時(shí)，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(chǎn)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(shè)計(jì)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(jī)脫水，細(xì)煤泥（粒徑0.2mm以下）用加壓過濾機(jī)脫水回收。選煤廠各個(gè)系統(tǒng)控制均采用SLC500系列單片機(jī)進(jìn)行控制，基本實(shí)現(xiàn)了各個(gè)環(huán)節(jié)自動(dòng)化生產(chǎn)。選煤廠集中控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)洗選系統(tǒng)設(shè)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(chǎn)量，提升產(chǎn)品品質(zhì)。萬噸倉控制系統(tǒng)可提升選煤廠原煤存儲、運(yùn)輸能力，并依據(jù)煤倉內(nèi)實(shí)際情況控制給煤機(jī)、帶式輸送機(jī)工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)煤倉儲煤量調(diào)節(jié)。隨著選煤廠洗選設(shè)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(dāng)前煤炭洗選設(shè)備的需求，需要對集中控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，以便提升控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備間的通信能力、故障定位能力，達(dá)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(dǎo)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(yīng)的上位機(jī)，不僅增加了現(xiàn)場控制難度，而且容易導(dǎo)致誤操作。由于現(xiàn)場控制的工控機(jī)均不同程度地存在使用時(shí)間長、反應(yīng)速度慢、可靠性差以及抗干擾能力不強(qiáng)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(luò)對選煤廠集中控制系統(tǒng)通信系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，并根據(jù)現(xiàn)場控制需要將通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分為上位機(jī)系統(tǒng)（信息層）、控制層以及PLC設(shè)備層等，具體現(xiàn)場改造后的集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該技術(shù)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(jìn)行整合。采用此改造方案具有改造成本低的優(yōu)點(diǎn)，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(shí)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(chǔ)上，通過升級現(xiàn)有的控制設(shè)備來實(shí)現(xiàn)集中控制系統(tǒng)優(yōu)化，升級的主要設(shè)備為PLC控制器內(nèi)部的CPU。具體改造內(nèi)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(shè)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(jié)構(gòu)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(jī)集中到集中控制系統(tǒng)上位機(jī)上，集中控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)選煤廠各個(gè)洗選系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)等的實(shí)時(shí)監(jiān)測、記錄以及控制。通過將各個(gè)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(gè)上位機(jī)誤操作和信息無法融合等問題。同時(shí)采用以太網(wǎng)通信技術(shù)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(gòu)建提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。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(diào)研發(fā)現(xiàn)，選煤廠重介系統(tǒng)存在過載保護(hù)功能不全問題，當(dāng)PLC故障時(shí)難以有效控制系統(tǒng)啟停。為此，重點(diǎn)對重介系統(tǒng)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。2.2.1過載保護(hù)優(yōu)化。選煤廠帶式輸送機(jī)具備跑偏、拉繩以及遺煤保護(hù)功能，同時(shí)上位機(jī)可顯示帶式輸送機(jī)運(yùn)行故障類型，但是現(xiàn)實(shí)應(yīng)用過程中，受繼電器故障影響，往往會導(dǎo)致系統(tǒng)停止運(yùn)行，但是上位機(jī)上卻未能及時(shí)報(bào)警并反映故障類型。因此，需要將繼電器真實(shí)動(dòng)作信號反映到上位機(jī)上，具體優(yōu)化改造方案為：在PLC控制器上增加專用開關(guān)量并確認(rèn)開關(guān)量地址信息；當(dāng)繼電器動(dòng)作后，與熱繼電器對應(yīng)的PLC開關(guān)閉合信號會傳輸給上位機(jī)操作系統(tǒng)，并通過PLC控制下位機(jī)，確保系統(tǒng)可平穩(wěn)停止運(yùn)行；考慮到選煤廠使用的繼電器設(shè)備老舊，為確保重介系統(tǒng)安全運(yùn)行，對繼電器二次配電接線方式進(jìn)行改造，提升二次保護(hù)能力。通過上述改造后，系統(tǒng)可真實(shí)獲取到停機(jī)信號，并將信號傳輸給控制系統(tǒng)上位機(jī)，為后續(xù)的故障排查以及修復(fù)提供指導(dǎo)，以利于提升選煤廠生產(chǎn)效率。2.2.2應(yīng)急控制系統(tǒng)優(yōu)化。作業(yè)人員可通過上位機(jī)控制重介系統(tǒng)運(yùn)行，但是當(dāng)上位機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行失效時(shí)，若采用短接方式控制重介系統(tǒng)運(yùn)行，則存在一定的安全隱患。為此，對重介系統(tǒng)短接控制進(jìn)行優(yōu)化，如圖3所示。由圖3可以看出，將21號/23號短接時(shí)后可配有KM、FR等保護(hù)裝置，確保重介系統(tǒng)在無PLC控制時(shí)仍可安全運(yùn)行。

3結(jié)語

隨著選煤廠煤炭洗選設(shè)備以及洗選工藝的不斷改進(jìn)，在一定程度上提升了選煤廠的生產(chǎn)效率。集中控制系統(tǒng)作為選煤廠自動(dòng)化控制的核心，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性以及運(yùn)行效率直接影響選煤廠的生產(chǎn)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(jìn)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(shè)提供基礎(chǔ)。對重介系統(tǒng)故障保護(hù)以及緊急控制進(jìn)行改造，提高了重介系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

作者:歐陽子文 單位:西山煤電馬蘭礦選煤廠