儲(chǔ)煤倉遠(yuǎn)程智能化控制技術(shù)研究

殷鑫鑫

（霍州煤電集團(tuán)呂臨能化有限公司選煤廠， 山西 呂梁 033200）

引言

煤炭快速裝車系統(tǒng)包括儲(chǔ)煤倉、輸煤系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)以及液壓系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。早在20 世界50年代，美國KSS 公司對用于選煤廠的裝車系統(tǒng)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，利用短短20 年的時(shí)間將100 多套裝車系統(tǒng)應(yīng)用于美國大型選煤廠，使用效果較好。最早研究自動(dòng)化裝車系統(tǒng)的是美國芝加哥Owen E.Brumbaugh.Jr 和英國諾斯布魯學(xué)院Paul Levin、Alston L.Reed，并應(yīng)用與選煤廠裝車站[1-2]。國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)對裝車站監(jiān)控系統(tǒng)和控制技術(shù)進(jìn)行研究，總結(jié)了裝車系統(tǒng)中稱重子系統(tǒng)、液壓子系統(tǒng)、車輛定位子系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)，并將模糊控制、智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)用于裝車控制系統(tǒng)，最后指出了裝車站監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢?；糁菝弘娂瘓F(tuán)呂臨選煤廠處于工業(yè)廣場中游位置，肩負(fù)著“承上啟下”的關(guān)鍵作用。礦井生產(chǎn)的原煤需要及時(shí)儲(chǔ)存，不能影響礦井生產(chǎn)，洗選加工的產(chǎn)品需要分類儲(chǔ)存，精準(zhǔn)外運(yùn)；擁有一套高效的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)是整個(gè)環(huán)節(jié)順暢運(yùn)行的關(guān)鍵[3-4]。目前的自動(dòng)化系統(tǒng)僅能夠監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)，如閘板開啟、關(guān)閉，移動(dòng)小車啟停狀態(tài)，部分翻板和閘板處于就地手動(dòng)狀態(tài)，沒能實(shí)現(xiàn)集中控制，當(dāng)前操作流程為集控調(diào)度員在需要調(diào)整入料倉時(shí)通過對講機(jī)或電話通知現(xiàn)場崗位工，崗位工通過手動(dòng)操作設(shè)備進(jìn)行配倉。因入料倉一般都有多個(gè)入料口，為保證入料均勻，調(diào)度人員和崗位工溝通次數(shù)多，工作效率較低，崗位工則需要頻繁操作多個(gè)設(shè)備，多條線路切換，勞動(dòng)強(qiáng)度大，另外夜間生產(chǎn)，人員疲勞加重，容易出現(xiàn)失誤。

1 儲(chǔ)煤倉遠(yuǎn)程智能化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

呂臨選煤廠原煤儲(chǔ)煤系統(tǒng)工況復(fù)雜，粉塵、噪聲大，為了確保系統(tǒng)的可靠性和可用性，選擇基于PLC的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1 所示。系統(tǒng)采用兩臺研華工控機(jī)作為主機(jī)，一臺為控制機(jī)，另一臺為監(jiān)視機(jī)。采用超聲波倉位計(jì)測量倉位，數(shù)據(jù)采集及控制量輸出使用第一分站的輸入AI 模塊和輸出AO 模塊，煤的流量由電機(jī)的速度控制，轉(zhuǎn)速越快，流量越大。倉位傳感器實(shí)時(shí)檢測儲(chǔ)煤倉內(nèi)煤料的位置，由分站上傳至PLC 控制器處理。經(jīng)PLC 控制器A/D 處理后，同時(shí)送現(xiàn)場和調(diào)度室，在調(diào)度室的冗余工控機(jī)上可實(shí)時(shí)顯示倉位的動(dòng)態(tài)圖形和數(shù)值，也可以現(xiàn)場顯示倉位數(shù)值。倉位的原始數(shù)據(jù)能以歷史數(shù)據(jù)和歷史曲線的形式供查詢和打印。為實(shí)時(shí)監(jiān)測儲(chǔ)煤倉的狀態(tài)，安裝有激光測距儀、防爆攝像機(jī)以及報(bào)警裝置。

圖1 儲(chǔ)煤倉遠(yuǎn)程智能化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

儲(chǔ)煤倉遠(yuǎn)程智能化控制系統(tǒng)的核心硬件主要包括PLC 控制器、超聲波倉位計(jì)、激光測距儀、防爆攝像機(jī)等。PLC 控制器選用西門子300 系列PLC，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理以及網(wǎng)絡(luò)通信功能。超聲波倉位計(jì)選用德國生產(chǎn)的VEGASON50-1，該倉位計(jì)可將儲(chǔ)煤倉倉位信號轉(zhuǎn)換為4～20 mA 的電流信號傳送給控制分站[5-6]。其他的關(guān)鍵硬件選型見表1 所示。

表1 儲(chǔ)煤倉遠(yuǎn)程智能化控制系統(tǒng)關(guān)鍵硬件主要技術(shù)參數(shù)

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)煤倉遠(yuǎn)程智能化配倉功能，必須滿足移動(dòng)皮帶的自動(dòng)定位及控制、兩個(gè)可逆皮帶之間液壓閘板的自動(dòng)控制。通過在移動(dòng)皮帶上安裝高精度激光測距儀對移動(dòng)皮帶進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，通過程序計(jì)算自動(dòng)感知移動(dòng)皮帶機(jī)頭所在倉位。增設(shè)接近開關(guān)，對移動(dòng)皮帶在單一倉內(nèi)行走布料的極限位置進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)激光測距儀和接近開關(guān)雙控模式，準(zhǔn)確定位機(jī)頭落煤點(diǎn)，保證設(shè)備運(yùn)行安全可靠。通過防爆攝像機(jī)實(shí)時(shí)觀測確定配倉移動(dòng)小車的工作位置，通過手機(jī)APP 申請發(fā)送指令至PLC 控制器，根據(jù)煤種選擇自動(dòng)配幾號倉或者手動(dòng)選擇幾號倉進(jìn)行配倉，經(jīng)PLC 內(nèi)部邏輯運(yùn)算輸出，控制配倉移動(dòng)小車配電柜，驅(qū)動(dòng)小車左行或右行至指定位置，然后啟動(dòng)輸送帶正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

當(dāng)配倉移動(dòng)小車需要中途換倉，輸送帶需要換向時(shí)，首先控制小車前端給煤設(shè)備停止加煤，待輸送帶沒有負(fù)荷后，選擇好要換的倉號，PLC 控制器邏輯控制自動(dòng)解除輸送帶與上級設(shè)備閉鎖關(guān)系，10 s 時(shí)間內(nèi)使得輸送帶無擾切換轉(zhuǎn)向，同時(shí)小車移動(dòng)到指定位置，控制小車前端給煤設(shè)備加煤。移動(dòng)小車在運(yùn)動(dòng)過程中，位置信號實(shí)時(shí)反饋給PLC 系統(tǒng)，根據(jù)需要的倉位（例如1 號原煤倉），PLC 系統(tǒng)自動(dòng)控制移動(dòng)小車進(jìn)行12 m 距離的循環(huán)掃描式配倉，循環(huán)時(shí)間由操作人員具體設(shè)定，在1 號原煤倉兩個(gè)極限位之間循環(huán)往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，使配倉更均勻，根據(jù)料位計(jì)的反饋信號確定是否需要切換配倉的位置，當(dāng)配倉信號給定后，上級煤溜對應(yīng)液壓閘板順序自動(dòng)打開，通過控制相應(yīng)液壓閘板自動(dòng)切換煤流，從而實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)配倉，如圖2 所示。

4 系統(tǒng)的應(yīng)用效果

圖2 儲(chǔ)煤倉遠(yuǎn)程智能化控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程

設(shè)計(jì)完成的儲(chǔ)煤倉遠(yuǎn)程智能化控制系統(tǒng)在呂臨選煤廠投入使用，可節(jié)省配倉人工10 人，工人工資為每月5 500 元。全年可節(jié)支為5 500×10×12=66萬元。

原儲(chǔ)煤倉配煤時(shí)間由原來的1 h 變?yōu)?5 min，每天可多調(diào)運(yùn)原煤45 min，每小時(shí)調(diào)運(yùn)量為1 000 t，6 個(gè)月增加調(diào)運(yùn)量13.5 萬t（180×0.75×1 000），精煤產(chǎn)率按計(jì)劃45.59%，計(jì)算，半年多生產(chǎn)精煤6 萬t，精煤850 元/t，增加銷售收入5 100 萬元，減去噸精煤成本650 元/t，新增利潤1 200 萬元。大大降低了倒倉時(shí)間，原煤倒倉時(shí)間由人工倒倉1 h 減少為15 min。產(chǎn)品配倉時(shí)間由30 min 減少為15 min，大大提高了儲(chǔ)煤倉的工作效率。

5 結(jié)語

該儲(chǔ)煤倉遠(yuǎn)程智能化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，解決了呂臨選煤廠入倉原煤品種多，入倉條件復(fù)雜，入倉時(shí)間緊迫，原煤入倉倒換頻繁的問題，解決了入倉錯(cuò)誤造成的經(jīng)濟(jì)損失，實(shí)現(xiàn)了智能化配倉，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到減員增效的目的。