林西礦選煤廠（南廠）集中控制及自動(dòng)化系統(tǒng)介紹及經(jīng)驗(yàn)

摘 要：本文介紹了林西礦選煤廠（南廠）技術(shù)改造集中控制及自動(dòng)化系統(tǒng)的成功應(yīng)用情況，對集控及自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備集中控制和重介工藝系統(tǒng)控制自動(dòng)化實(shí)施進(jìn)行了較詳細(xì)的闡述，同時(shí)對整個(gè)洗選系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制及自動(dòng)化進(jìn)行了介紹，并通過實(shí)際應(yīng)用提出了一些心得體會(huì)。

關(guān)鍵詞：集中控制；自動(dòng)化；經(jīng)驗(yàn)

1 概述

林西礦選煤廠始建于1939年，屬礦井型煉焦煤選煤廠，主要產(chǎn)品為12級(jí)煉焦精煤，先后經(jīng)歷了多次技術(shù)改造，近幾年經(jīng)歷了兩次較大規(guī)模技術(shù)改造，總設(shè)計(jì)能力達(dá)2.7 Mt/a。2010年5月，林西礦重新選址，修建了主廠房和原煤準(zhǔn)備車間，僅保留了原煤泥壓濾車間、45米濃縮池、手選車間，引入洗選工藝為不分級(jí)、不脫泥無壓給料三產(chǎn)品重介旋流器—煤泥噴射式浮選機(jī)分選，設(shè)計(jì)能力為1.8Mt/a，于2011年3月投產(chǎn)，新工藝、新設(shè)備、自動(dòng)化、集控等使選煤效益得到較快提升。此后，唐山開灤林西礦業(yè)有限公司立足于企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，繼續(xù)加大對選煤廠的投資，在原址再一次對原選煤廠（以下稱南廠）進(jìn)行技術(shù)改造，總體技術(shù)水平得到進(jìn)一步提升。南廠保留了原選煤廠產(chǎn)品拉運(yùn)及儲(chǔ)裝系統(tǒng)，磁選機(jī)、藥劑桶及泵等設(shè)備，新建了受煤槽、準(zhǔn)備車間、主廠房，主導(dǎo)工藝仍為不分級(jí)、不脫泥無壓給料三產(chǎn)品重介旋流器—煤泥浸沒噴射式浮選機(jī)分選，設(shè)計(jì)能力為0.9Mt/a，于2013年年底投入試生產(chǎn)，集控及自動(dòng)化水平進(jìn)一步提高，洗選效率再上新臺(tái)階，為公司提高經(jīng)濟(jì)效益開辟了新途徑。

2 林西礦選煤廠南廠集中控制及自動(dòng)化系統(tǒng)介紹

2.1 生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)

生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)采用PLC可編程控制器作為主控器件，由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)集中控制，可形成CPU熱備系統(tǒng)，能對全廠設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，由操作員在集控室內(nèi)直接控制設(shè)備的起停及過程控制參數(shù)的自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)。在上位機(jī)人機(jī)界面中直觀地顯示設(shè)備的起停狀態(tài)、故障狀態(tài)及數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集生成報(bào)表，便于操作員及時(shí)地掌握現(xiàn)場情況。以太網(wǎng)接口可與其他網(wǎng)絡(luò)連接，支持多種通訊網(wǎng)絡(luò)的組合。各生產(chǎn)環(huán)節(jié)自動(dòng)控制子系統(tǒng)及通信指揮調(diào)度子系統(tǒng)通過高速工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和自動(dòng)化平臺(tái)軟件整合，實(shí)現(xiàn)全廠的管控一體化。

集中控制系統(tǒng)功能包括完成全廠設(shè)備的啟、停、預(yù)警與控制；設(shè)備故障聯(lián)鎖停車、故障記錄、故障分析與統(tǒng)計(jì)及報(bào)警功能；煤泥水綜合平衡控制；各工藝參數(shù)（原煤及加工產(chǎn)品煤量，各桶、池液位、料位、流量、濃度，重介自動(dòng)化測控?cái)?shù)據(jù)）、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)（皮帶及錨鏈保護(hù)信號(hào)，設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、電量、電流、電壓等）的采集、監(jiān)控、計(jì)量和數(shù)據(jù)記錄、顯示、打印等。

2.2 重介工藝參數(shù)自動(dòng)測控系統(tǒng)

重介工藝參數(shù)自動(dòng)測控系統(tǒng)完成介質(zhì)的平衡與質(zhì)量（密度、粘度）調(diào)控，確保重介系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行，并且向集中控制系統(tǒng)傳輸壓力、密度、磁性物含量、煤泥含量等工藝參數(shù)。系統(tǒng)對重介主要工藝參數(shù)密度、分流量、加水加介量、磁性物含量、合格介質(zhì)桶液位、煤泥含量、旋流器入口壓力等進(jìn)行自動(dòng)檢測與控制。工業(yè)控制用計(jì)算機(jī)利用組態(tài)編程軟件，將所有工藝參數(shù)動(dòng)態(tài)顯示在屏幕和控制面板上，操控人員只需根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整相應(yīng)給定值，系統(tǒng)即可自動(dòng)調(diào)節(jié)，且具有自動(dòng)、手動(dòng)自由切換功能。該系統(tǒng)所涉及的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)如密度調(diào)節(jié)、煤泥含量調(diào)節(jié)等均為模塊化結(jié)構(gòu)。

2.3 工業(yè)電視系統(tǒng)

全廠設(shè)一套獨(dú)立的工業(yè)電視系統(tǒng)，廠內(nèi)有24個(gè)監(jiān)視點(diǎn)，該系統(tǒng)具有錄像、查詢、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享功能，為指揮生產(chǎn)、分析生產(chǎn)過程提供有利工具。工業(yè)電視系統(tǒng)由攝像、傳輸、顯示及控制四個(gè)主要部分組成。工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)24臺(tái)彩色一體攝像機(jī)，視頻信號(hào)分別傳輸?shù)郊锌刂剖遥@示在24臺(tái)液晶電視上，并進(jìn)入硬盤錄像機(jī)（數(shù)字式存儲(chǔ)視頻服務(wù)器）。集控室通過工業(yè)計(jì)算機(jī)控制攝像機(jī)、云臺(tái)，通過硬盤錄像機(jī)監(jiān)視廠內(nèi)的重要工藝設(shè)備的運(yùn)行，通過液晶電視機(jī)分別對24個(gè)重要監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視，也可通過計(jì)算機(jī)或大屏幕瀏覽。硬盤錄像機(jī)具備標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)保存和處理能力，錄像時(shí)間長、可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)覽、回放等功能。工業(yè)電視系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)一起構(gòu)成一套完整的、可覆蓋全廠主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)和生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)的監(jiān)控管理與電視網(wǎng)絡(luò)，反映主要生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，適當(dāng)減少巡檢人員，從而確保選煤廠安全、高效生產(chǎn)。

2.4 調(diào)度指揮通訊系統(tǒng)

調(diào)度指揮通訊系統(tǒng)為一臺(tái)80門調(diào)度交換機(jī)和30門抗噪音電話及面向全廠的播音系統(tǒng)，完成調(diào)度（集控）與崗位、崗位之間的通迅聯(lián)系，使調(diào)度（集控）指令及時(shí)準(zhǔn)確下達(dá)到崗位，各崗位的生產(chǎn)信息及時(shí)準(zhǔn)確反映到調(diào)度（集控）指揮。另外，配備對講機(jī)20部，保證指揮通訊方便靈活。廣播系統(tǒng)設(shè)擴(kuò)音裝置和前置放大器，2個(gè)話筒，連接廣播線網(wǎng)，在集控室發(fā)出廣播指令，可單獨(dú)選擇播音，分區(qū)域發(fā)布廣播，適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)調(diào)度管理。

2.5 信息管理系統(tǒng)

信息管理系統(tǒng)是整個(gè)選煤廠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，主要由服務(wù)器、客戶端、信息管理交換機(jī)、路由器、綜合布線等組成，包括選煤廠局域網(wǎng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)服務(wù)器系統(tǒng)、選煤廠生產(chǎn)技術(shù)管理系統(tǒng)、綜合布線、計(jì)算機(jī)終端設(shè)備和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等部分。該系統(tǒng)運(yùn)用科學(xué)的方法，對人、財(cái)、物、產(chǎn)、供、銷等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理有效的計(jì)劃、組織、控制和調(diào)整，從而提高選煤廠管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。

3 林西礦選煤廠南廠生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)的實(shí)施

3.1 集中控制系統(tǒng)描述

通過林西礦選煤廠南廠集控系統(tǒng)改造工程，建立起南廠集控網(wǎng)絡(luò)控制、檢測、調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)處理等完善的控制管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制中心對全廠設(shè)備、儀器儀表、保護(hù)裝置的集中控制和監(jiān)測以及工藝過程數(shù)據(jù)采集和處理，按照選煤工藝要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。選煤廠集控系統(tǒng)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)設(shè)置在集控室，完成全部集控及信息管理功能。集控系統(tǒng)對選煤工藝過程的狀態(tài)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、報(bào)警及統(tǒng)計(jì)，為選煤過程中出現(xiàn)的異常情況提供準(zhǔn)確的判斷，及時(shí)排除故障。通過信息管理軟件，完成工藝過程的數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、打印，以及生產(chǎn)過程的網(wǎng)絡(luò)傳輸。采用現(xiàn)場總線系統(tǒng)，建成智能化配電系統(tǒng)，使生產(chǎn)過程控制自動(dòng)化、數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)化、進(jìn)程處理規(guī)范化。集中控制組態(tài)軟件采用德國西門子公司的STEP7，操作系統(tǒng)為windows 2000 Professional+SP3，程序編程環(huán)境分別為Step 7 V6.0和WinCC V7.0。全廠集中控制系統(tǒng)包括PLC主站，以太網(wǎng)與上位機(jī)及各配電柜間進(jìn)行通訊，形成全廠集中控制網(wǎng)絡(luò)。

3.2 林西礦選煤廠南廠生產(chǎn)集控系統(tǒng)的組成

3.2.1 集控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

全廠自動(dòng)化檢測控制一體化網(wǎng)絡(luò)由3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。全廠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的上層為信息層，由選煤廠計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)組成。中間層為控制層，由全廠生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)和工藝參數(shù)閉環(huán)控制系統(tǒng)組成，中間層監(jiān)控計(jì)算機(jī)構(gòu)成控制層和信息層連接的紐帶：監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過百兆以太網(wǎng)，上連接全廠信息管理系統(tǒng)，成為信息管理網(wǎng)絡(luò)的工作站，下聯(lián)各PLC主站與MCC的DP分站、密度自動(dòng)控制系統(tǒng)及其他輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的DP站。下層為設(shè)備層，設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)采用西門子的PROFIBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)PLC主站與其下各配電室內(nèi)的配電柜DP分站之間的通訊，每個(gè)DP分站分別安裝在配電室的MCC柜中，由配電柜內(nèi)部的智能測控裝置（配備觸摸屏，安裝于柜面）完成全部設(shè)備的控制、回路參數(shù)監(jiān)測和處理、漏電檢測，電力計(jì)量，故障報(bào)警，邏輯閉鎖等功能。

3.2.2 集控系統(tǒng)設(shè)備組成

監(jiān)控上位機(jī)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)2套；PLC系統(tǒng)分為2個(gè)子系統(tǒng)，1# PLC站和2#PLC站，各采用一個(gè)CPU 315-2DP，配制相應(yīng)IO模塊。廠內(nèi)的計(jì)量用電子皮帶秤通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，采用485網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)通訊。

集控系統(tǒng)設(shè)備主要包括：操作臺(tái)、PLC控制柜、控制箱、電子皮帶秤、各種皮帶保護(hù)、錨鏈斷鏈錯(cuò)牙保護(hù)器、油位計(jì)、液位開關(guān)、油流量計(jì)、集控報(bào)警、濃度計(jì)、就地單機(jī)設(shè)備、遠(yuǎn)程控制設(shè)備（如葉輪給煤機(jī)、破碎機(jī)等）、變頻器等。

3.2.3 主要設(shè)備集控分類情況

除起重設(shè)備、冷干機(jī)等個(gè)別設(shè)備采用就地操作外，其他設(shè)備均納入集中控制獲取運(yùn)行情況信號(hào)。

單控設(shè)備：納入集中控制，可實(shí)現(xiàn)除順序啟停車外其他任何集控功能，主要設(shè)備有軸流排風(fēng)機(jī)、收集泵、磁尾泵、介質(zhì)制備泵、壓濾系統(tǒng)設(shè)備、濃縮機(jī)底流泵等。例如，根據(jù)桶液位對配有變頻器的泵實(shí)現(xiàn)獨(dú)立閉環(huán)控制，減少跑冒的發(fā)生，提高整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

監(jiān)控設(shè)備：集控電腦只顯示設(shè)備運(yùn)行情況信號(hào)，其他操作在現(xiàn)場完成，如除塵器、臥式沉降離心脫水機(jī)、壓風(fēng)機(jī)、陰離子制備裝置等。以上設(shè)備雖然可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控，自身也實(shí)現(xiàn)了PLC自動(dòng)控制，但需現(xiàn)場操作人員定時(shí)觀察運(yùn)行參數(shù)變化，有時(shí)還需根據(jù)運(yùn)行情況調(diào)整預(yù)設(shè)參數(shù)值，遠(yuǎn)控反而會(huì)增加事故率，因此，以就地控制為主。

集控設(shè)備：除單控設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備以外的其他設(shè)備均列為集控設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)集中控制的所有功能。

4 重介工藝系統(tǒng)控制自動(dòng)化的現(xiàn)場實(shí)施

4.1 重介懸浮液密度的實(shí)時(shí)測量與控制

重介懸浮液的密度是重介選煤工藝的首要參數(shù)，密度的變化率（穩(wěn)定性）、可控精度、測量準(zhǔn)確度等對選煤產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、系統(tǒng)穩(wěn)定性、洗選效率、介質(zhì)消耗等都具有決定性作用，因此，對重介懸浮液密度的控制要求很高，這里采用了壓差密度計(jì)，密度控制精度為±0.005g/cm3，并配磁性物含量計(jì)、電控加水閥對密度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量與控制。重介懸浮液密度控制閉環(huán)原理圖為：

4.2 重介懸浮液煤泥含量的測控

重介懸浮液煤泥含量是重介選煤工藝的重要參數(shù)，重介懸浮液中的煤泥對懸浮液起到穩(wěn)定作用，可以改變懸浮液的粘度，對懸浮液密度也有一定影響，煤泥含量控制在合理范圍，既有利于提高重介分選效率，又可避免煤泥閉路循環(huán)產(chǎn)生過粉碎現(xiàn)象，還可以提高煤泥水處理工藝的效率。懸浮液煤泥含量采用分流精煤弧形篩下合格介質(zhì)的方法，設(shè)置分流箱控制分流量，通過控制分流量調(diào)節(jié)煤泥含量的大小。煤泥含量依據(jù)在線測量的磁性物含量、密度值經(jīng)過計(jì)算得出。

重介懸浮液煤泥含量控制閉環(huán)原理圖為：

4.3 重介旋流器入料口壓力檢測與報(bào)警

重介旋流器分選工藝要求入料口壓力在一定范圍內(nèi)，否則將影響旋流器分選精度。本次技改對旋流器入料壓力實(shí)施在線監(jiān)測，由壓力變送器將壓力信號(hào)傳送給重介工藝系統(tǒng)PLC， PLC與操作人員設(shè)定的壓力范圍進(jìn)行對比，從而輸出超限聲光報(bào)警信號(hào)，便于適時(shí)檢查、調(diào)整。

4.4 介質(zhì)桶液位的監(jiān)測與報(bào)警

重介工藝系統(tǒng)各桶的液位對整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有較大影響，其中合格介質(zhì)桶液位影響最大，保持合適的液位可保證停車不冒料，還可使壓力、密度穩(wěn)定性提高，杜絕桶被抽空、打干等現(xiàn)象。重介系統(tǒng)各桶的液位在線檢測裝置為：合格介質(zhì)桶采用超聲波液位計(jì)，其他各桶采用壓力液位計(jì)。當(dāng)液位超出操作人員設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒操作人員及時(shí)采取相應(yīng)措施。

4.5 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示與記錄重介工藝數(shù)據(jù)信息

重介工藝系統(tǒng)控制自動(dòng)化具有對各工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的顯示、采集、監(jiān)視、記錄的功能。具體包括磁性物含量、煤泥含量、旋流器入口壓力給定值及測量值、介質(zhì)桶液位給定值及上下限報(bào)警、給定密度和測量密度、工藝參數(shù)實(shí)時(shí)趨勢曲線、歷史趨勢曲線、打印報(bào)表、報(bào)警信息、重介系統(tǒng)動(dòng)態(tài)工藝流程圖等功能。另外，密控系統(tǒng)作為集控系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，其相關(guān)數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)通訊傳入集控上位機(jī)中。

5 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)探討

總體來看，技改后的集控及自動(dòng)化系統(tǒng)操作簡單，控制靈活，通訊速度快，生產(chǎn)效率高。納入集中控制的設(shè)備，分組或車間實(shí)現(xiàn)組內(nèi)、組間邏輯閉鎖，單元化集中控制，人機(jī)交流簡便，操作界面友好。系統(tǒng)已在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)按流程逆煤流啟車、順煤流停車控制，具備一鍵啟車功能。尤其配電柜內(nèi)配有先進(jìn)的智能測控裝置，柜面安裝觸摸屏，可方便進(jìn)行監(jiān)控參數(shù)的操作和設(shè)置，整個(gè)設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)采用現(xiàn)場總線系統(tǒng)，聯(lián)網(wǎng)、布線便捷。故障報(bào)警直接來自對應(yīng)設(shè)備的操作界面，故障記錄直觀明確，大大提高檢修工作效率。密度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，控制精度高，大幅度降低了密度操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

作者簡介：

郭立志，男，1977年8月出生，河北遷西人，2001年畢業(yè)于太原理工大學(xué)礦物加工工程專業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)任唐山開灤林西礦業(yè)有限公司承德選煤分公司副經(jīng)理，主要從事煤炭洗選加工的生產(chǎn)、經(jīng)營、技術(shù)管理工作。