朱仙莊選煤廠壓濾智能控制的應(yīng)用

摘 要：朱仙莊廠壓濾智能化改造2018年施工，現(xiàn)已投入使用，集成壓濾一鍵式自動化生產(chǎn)、濃縮機底流與壓濾入料桶關(guān)聯(lián)自動排料、運輸設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)等。崗位人員可用移動手持終端代替壓濾機觸摸屏及現(xiàn)場控制箱操作?，F(xiàn)場覆蓋工業(yè)級無線網(wǎng)，在無線覆蓋的任何區(qū)域，崗位人員均可對設(shè)備進(jìn)行啟停操作，且皮帶、刮板保護(hù)齊全，配備聲光報警系統(tǒng)和視頻聯(lián)動系統(tǒng)。在設(shè)備出現(xiàn)故障時第一時間通知現(xiàn)場操作人員，設(shè)備實現(xiàn)閉鎖停車，保障設(shè)備安全避免事故擴(kuò)大化。此系統(tǒng)大幅度提高了工作效率，節(jié)省了人力。

關(guān)鍵詞：壓濾機；機械化智能化；工業(yè)無線網(wǎng)；無人值守

一、壓濾智能化改造的目的

選煤廠壓濾車間生產(chǎn)目前現(xiàn)場設(shè)備均為人工就地操作，需要人員時刻巡查，卸料過程中濾板粘料需要人工跟隨觀察并及時進(jìn)行人工清除，現(xiàn)場工作量大，工人勞動強度大，生產(chǎn)的順利進(jìn)行主要依靠工人，給生產(chǎn)及安全帶來較大風(fēng)險。通過壓濾自動化智能化升級，做到壓濾生產(chǎn)一鍵啟停，生產(chǎn)過程全自動，設(shè)備故障在線智能檢測；將大數(shù)據(jù)、云服務(wù)、人工智能、圖像識別等前沿技術(shù)與選煤廠跨界融合，打造萬物互聯(lián)、人機交互、上下一體的“兩化融合”， 為行業(yè)輸出經(jīng)驗和標(biāo)準(zhǔn)，建立智能化無人生產(chǎn)典范；為智慧選煤廠建設(shè)提供試點示范作用。

二、現(xiàn)場改造的項目

1壓濾車間控制系統(tǒng)改造

1.1 控制柜改造

壓濾車間增加1臺AB-PLC控制柜（AB1756系列分站），放置于壓濾車間操作室。與選煤廠密控系統(tǒng)合為一個系統(tǒng)，選煤廠密控系統(tǒng)CPU模塊能支持整個選煤廠設(shè)備控制。增加的AB分站實現(xiàn)對壓濾車間壓濾機及外圍設(shè)備、濃縮車間單機自動化加藥系統(tǒng)的信號采集及控制，對現(xiàn)場儀表、電機綜保參數(shù)進(jìn)行讀取。

1.1.1 生產(chǎn)設(shè)備控制改造

現(xiàn)場外圍設(shè)備及儀表采用硬接線方式接入AB分站，實現(xiàn)6臺壓濾機入料泵、6臺刮板機、1條皮帶、2臺濾液泵、1臺掃地泵及濃縮車間4臺底流泵、1臺掃地泵、2臺濃縮池耙子信號采集及自動控制，掃地泵采用電極水位檢測自動控制方式，配備控制箱。壓濾車間壓濾機入料泵出口閥門及濃縮車間底流泵出口閥門現(xiàn)都為手動閥門，改為電動閥門并配備閥門控制箱。通過硬接線方式接入控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)對現(xiàn)場受控閥門的自動化控制。

1.1.2 單機自動化設(shè)備控制改造

現(xiàn)場壓濾機及濃縮車間單機自動化加藥系統(tǒng)為廠家單機自動化設(shè)備，采用控制總線方式接入AB分站。每臺壓濾機廠家都配備一臺電控柜，內(nèi)有S7-200PLC， 濃縮車間單機自動化加藥系統(tǒng)也配有S7-200PLC?，F(xiàn)在廠家電控柜中增加EM277通訊模塊，采用Profibus總線通訊方式。讀取設(shè)備的控制信號，對設(shè)備進(jìn)行控制。通過AB編程軟件整合壓濾車間所有設(shè)備的邏輯控制。

崗位人員可用平板電腦代替壓濾機觸摸屏及現(xiàn)場控制箱操作。崗位人員可手持平板電腦在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍內(nèi)對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，也可通過平板電腦對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。免去了必須跑到壓濾機電柜處及設(shè)備控制箱處操作?？商岣吖ぷ餍剩?jié)省人力。

控制系統(tǒng)改造實現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備連鎖閉鎖一鍵起車，完善了信號狀態(tài)的顯示，通過軟件編程對設(shè)備維護(hù)開停次數(shù)、運行時間進(jìn)行記錄，可查詢歷史記錄，實現(xiàn)對設(shè)備的管理功能。

為了更好實現(xiàn)安全生產(chǎn)的目標(biāo)，控制系統(tǒng)還設(shè)有語音智能報警系統(tǒng)。安裝語音報警系統(tǒng)軟件，操作室配備音響，現(xiàn)場增加廣播?，F(xiàn)場設(shè)備有報警時，操作室及現(xiàn)場會有語音提示。

1.2 現(xiàn)場儀表改造

1.2.1 液位計

壓濾車間增加1臺超聲波液位計及3臺高低液位計。超聲波液位計用于濾液池，現(xiàn)場有2臺濾液泵，現(xiàn)為人工就地操作，人員需對濾液池液位進(jìn)行巡查，當(dāng)達(dá)到一定液位時需要就地打開濾液泵進(jìn)行排水。增加液位計后設(shè)定高低液位，高液位開泵，低液位停泵，實現(xiàn)無人值守，自動啟停水泵。

3臺高低液位計用于攪拌桶液位檢測，現(xiàn)攪拌桶液位也需人員去肉眼觀察。增加液位計后，當(dāng)?shù)鸵何粫r壓濾機入料泵無法開啟，底流泵可選擇自動打開入料進(jìn)攪拌桶，高液位時底流泵無法開啟，入料泵可選擇自動打開入料進(jìn)壓濾機。實現(xiàn)攪拌桶自動入料停料，壓濾機自動進(jìn)料停料。

1.2.2 皮帶保護(hù)

壓濾車間6臺刮板機1665-1670增加拉繩、堵煤、斷鏈保護(hù)各一套，皮帶1651#延長后增加拉繩、跑偏、失速、堵煤保護(hù)一套。實現(xiàn)設(shè)備的安全生產(chǎn)，對現(xiàn)場人員起到安全保護(hù)。

1.2.3 綜保參數(shù)讀取

設(shè)備電氣回路改造增加電機綜合保護(hù)器，現(xiàn)場綜保采取Modbus總線通訊方式接入壓濾系統(tǒng)中，對設(shè)備電機的運行參數(shù)進(jìn)行讀取，如電流、電壓、缺相、堵轉(zhuǎn)等。

2 壓濾車間視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造

2.1 硬件改造內(nèi)容

為了更好對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，壓濾車間增加視頻智能隨動監(jiān)控系統(tǒng)1套。增加1臺32路硬盤錄像機，22臺攝像機及2臺球機，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控。

6臺壓濾機安裝12臺攝像機，其中6臺攝像機監(jiān)控壓濾機壓板狀態(tài)，另6臺攝像機監(jiān)控壓濾機水槽滴水管口，在壓濾機進(jìn)料生產(chǎn)時，滴水口出水量可判斷壓濾機是否順利進(jìn)料，進(jìn)料是否進(jìn)滿。濾液水池安裝1臺攝像機，皮帶機頭安裝1臺攝像機，6臺壓濾機入料泵安裝3臺攝像機，濃縮車間底流泵安裝2臺攝像機，濃縮池安裝2臺攝像機，1臺攝像機留為備用可根據(jù)現(xiàn)場情況安裝，壓濾車間一層安裝1臺球機，壓濾車間二層安裝1臺球機。

2.2 軟件改造內(nèi)容

增加視頻隨動控制軟件1套，開發(fā)視頻隨動控制軟件，實現(xiàn)對壓濾車間設(shè)備狀態(tài)的視頻和數(shù)據(jù)的監(jiān)控，以及對視頻監(jiān)視器的控制功能，包含：各系統(tǒng)運行情況、異常項（設(shè)備故障、電力系統(tǒng)故障、煤質(zhì)數(shù)據(jù)異常等）。根據(jù)各系統(tǒng)的運行情況，監(jiān)視器隨動控制軟件可以自動切換顯示各系統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)場的實時視頻以及狀態(tài)數(shù)據(jù)。例如：當(dāng)系統(tǒng)啟動時，視頻隨動控制系統(tǒng)自動展示設(shè)備啟動過程，以及設(shè)備運行情況當(dāng)設(shè)備現(xiàn)場出現(xiàn)異常情況。例如設(shè)備保護(hù)故障、電力系統(tǒng)異常等，系統(tǒng)進(jìn)行語音提醒異常警報，并且視頻隨動軟件實現(xiàn)自動切換異常現(xiàn)場的視頻以及異常數(shù)據(jù)情況進(jìn)行放大顯示實現(xiàn)對車間關(guān)鍵點進(jìn)行設(shè)置，針對關(guān)鍵點進(jìn)行語音報警以及視頻自動隨動控制，包含相關(guān)數(shù)據(jù)信息以及視頻信息

3 設(shè)備管理和巡檢系統(tǒng)改造

現(xiàn)場主要設(shè)備制作貼上RFID標(biāo)簽，利用平板電腦的RFID掃描功能，在巡檢時掃描RFID標(biāo)簽，通過自主開發(fā)的信息軟件編輯設(shè)備信息，保存至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。服務(wù)器軟件將會將這些數(shù)據(jù)統(tǒng)一歸納整合。通過每天的巡檢操作更好的對設(shè)備進(jìn)行管理維護(hù)，提前預(yù)防設(shè)備故障，提高生產(chǎn)效率。

4壓濾車間覆蓋工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)

本次主要部署需求區(qū)域包括壓濾一層和二層；依據(jù)現(xiàn)場實際情況及無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋率計算，組建如下無線網(wǎng)絡(luò)配置，即初步在壓濾一層、二層各設(shè)置4臺無線AP；每臺AP均通過本層交換機接入集控主交換機。移動操作平板通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)隨時隨地接入WEB服務(wù)，完成移動客戶端實時數(shù)據(jù)訪問及控制操作。

5上位監(jiān)控及移動監(jiān)控系統(tǒng)

利用選煤廠現(xiàn)有密控上位監(jiān)控系統(tǒng)，增加WEB訪問軟件功能；增加1臺WEB服務(wù)器和1臺操作員站及WEB監(jiān)控服務(wù)軟件，實現(xiàn)壓濾系統(tǒng)的集中監(jiān)控及遠(yuǎn)程WEB服務(wù)發(fā)布功能。

GE Proficy？ HMI/SCADA–iFIX WebSpace可視化WEB客戶端軟件，幫助現(xiàn)場工人實現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備的全面控制和可視化，有效提高生產(chǎn)效益，減低工人勞動強度；iFIX WebSpace安裝在獨立的iFIX WEB服務(wù)器上，憑借服務(wù)器強大能力為所連接的客戶端提供高效服務(wù)。移動平板通過WEB訪問功能，實現(xiàn)壓濾上位監(jiān)控包括設(shè)備啟停控制、狀態(tài)監(jiān)視、實時＼歷史數(shù)據(jù)查看，報警確認(rèn)、參數(shù)修改等全面操作控制功能。

三、無人值守智能化研究方向

通過前期的改造，朱仙莊壓濾目前大大降低了職工的勞動強度，但離智能化還有一定的距離，為達(dá)到一鍵控制，無人值守的目的未來將對壓濾系統(tǒng)進(jìn)行以下方面的科學(xué)研究：

1、研究掌握移動平板監(jiān)控軟件系統(tǒng)和手機端遠(yuǎn)程瀏覽的控制原理及方法。

2、研究掌握通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)工業(yè)云端存儲及計算分析及推送相關(guān)產(chǎn)量、質(zhì)量和故障數(shù)據(jù)分析報告的控制原理及方法。

3、研究掌握設(shè)備故障自動調(diào)取、故障設(shè)備實時監(jiān)控畫面的控制原理及方法。

4、研究掌握設(shè)備在線監(jiān)測和人工巡檢建立設(shè)備健康管理數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)測報警的控制原理及方法。

5、研究掌握壓濾卸料過程濾板粘料實時圖像采集、基于人工智能技術(shù)的濾板粘料識別與定位、機器人自動跟隨和清除的檢測控制原理及方法。

6、研究底流入料濃度監(jiān)測和壓濾生產(chǎn)閉環(huán)控制原理及方法。

通過以上科研項目的公關(guān)，最終達(dá)到建立遠(yuǎn)程監(jiān)督的無人車間。

四、小結(jié)

選煤廠壓濾系統(tǒng)是將洗選煤過程中產(chǎn)生的煤泥料漿進(jìn)行壓榨濾液， 實現(xiàn)煤泥廠內(nèi)回收、洗水閉路循環(huán)的重要工藝；煤泥壓濾系統(tǒng)自動可靠持續(xù)運轉(zhuǎn)是實現(xiàn)選煤廠壓濾生產(chǎn)環(huán)境友好、安全高效的重要保障。目前影響實現(xiàn)壓濾生產(chǎn)智能化控制主要難點在于壓濾機為廠家單機自動化設(shè)備，原只對壓濾機及外圍設(shè)備取運行信號，無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動化控制?，F(xiàn)場設(shè)備都為人工就地操作，需要人員時刻巡查，勞動強度大，卸料過程中濾板粘料需要人工跟隨觀察及時人工清除。通過壓濾系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備加入遠(yuǎn)程無線移動集中控制及手機端遠(yuǎn)程瀏覽、完善現(xiàn)場傳感檢測和保護(hù)、現(xiàn)場增加視頻智能隨動監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備管理巡檢系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上借助于目前最先進(jìn)的人工智能與視頻內(nèi)容智能化分析與識別，并與高效的機械手系統(tǒng)聯(lián)動控制實現(xiàn)卸料粘料自動檢測和清除，實現(xiàn)壓濾生產(chǎn)控制一鍵操作，無人值守，遠(yuǎn)程監(jiān)督的無人車間生產(chǎn)模式；能大幅降低工人的勞動強度，有效改善工作環(huán)境，同時大大減低安全風(fēng)險。智能無人化壓濾生產(chǎn)車間應(yīng)用市場前景廣闊，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益巨大，在同行業(yè)中具有巨大的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭佐寧，高赟，薛忠新等.張家峁選煤廠智能化建設(shè)架構(gòu)設(shè)計研究[J].煤炭工程，2018，50（2）：37-39.

[2]王碧清，高赟，苗彥平等.選煤廠智能化管理系統(tǒng)研究[J].技術(shù)與創(chuàng)新管理，2018（2）.

[3]王普舟，選煤廠自動化發(fā)展趨勢與建議[J].選煤技術(shù)，2000（6）：45-47

作者簡介：

李樹品：（1986-），男，安徽碭山縣人，電氣工程師，從事選煤電氣自動化方向。