選煤廠生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)的優(yōu)化

程廣魁

(屯蘭礦 選煤廠 準(zhǔn)備車間，山西 古交 030200)

0 引言

選煤廠是對(duì)原煤進(jìn)行再處理、加工的場所，可改善原煤的煤炭質(zhì)量，進(jìn)而提升其銷售價(jià)格。近年來，隨著選煤工藝和選煤設(shè)備的不斷改進(jìn)與更新，對(duì)選煤廠控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平也提出了更高的要求。因此，急需對(duì)選煤廠控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，并且在改造的同時(shí)兼顧用時(shí)最短、改造成本低以及確保改造效果的原則[1]。本文將對(duì)選煤廠控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率、重介質(zhì)控制系統(tǒng)以及應(yīng)急系統(tǒng)進(jìn)行改造完善，從而保證選煤廠控制系統(tǒng)通訊方式的統(tǒng)一、提高快速定位系統(tǒng)故障的能力以及系統(tǒng)自身的靈活性。

1 選煤廠集中控制系統(tǒng)概述

該選煤廠原煤的洗選能力為90萬t/年，原煤處理能力為214 t/h，其所采用的選煤工藝為不脫泥全重介選煤。選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)主要由重介系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)以及萬噸倉系統(tǒng)組成。選煤廠對(duì)應(yīng)各分生產(chǎn)系統(tǒng)采用SLC500系列PLC控制器進(jìn)行控制。

其中，重介集中控制系統(tǒng)可對(duì)系統(tǒng)中涉及的設(shè)備進(jìn)行啟停、事故連鎖控制等，主要包括重介密度控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)量稱重系統(tǒng)以及通訊系統(tǒng)等；浮選通知系統(tǒng)可進(jìn)一步提升選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)精煤的回收率，從一定程度上提升選煤廠精煤產(chǎn)量，以保證最終產(chǎn)品質(zhì)量；萬噸倉控制系統(tǒng)可提升原煤的存儲(chǔ)能力，并根據(jù)煤倉中的實(shí)時(shí)情況對(duì)給煤機(jī)和皮帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)控制[2]。

目前，隨著選煤廠選煤工藝和選煤設(shè)備的改進(jìn)與更新，傳統(tǒng)集中控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率已經(jīng)無法滿足當(dāng)前選煤設(shè)備及自動(dòng)化的需求，為此需對(duì)集中控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，旨在提升選煤廠上位機(jī)與生產(chǎn)工作面設(shè)備的通訊能力，并對(duì)現(xiàn)場中的故障進(jìn)行精準(zhǔn)、快速定位，既提高選煤廠的生產(chǎn)效率，同時(shí)又提升選煤廠集中控制系統(tǒng)的靈活性。

2 選煤廠集中控制系統(tǒng)的總體改造

導(dǎo)致當(dāng)前選煤廠控制系統(tǒng)通訊能力差的原因是通信協(xié)議多樣，而且對(duì)于每個(gè)生產(chǎn)分系統(tǒng)均有其各自的上位機(jī)，既增加了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還導(dǎo)致了誤操作概率的提升。此外，當(dāng)前各生產(chǎn)分系統(tǒng)所配置工控機(jī)過于老化，其對(duì)應(yīng)響應(yīng)速度慢，而且其可靠性和抗干擾能力較弱[3]。為此，本文結(jié)合選煤廠控制系統(tǒng)現(xiàn)狀特制定以下兩種改造方案。

2.1 改造方案一

圖1 基于DH+網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)選煤廠各生產(chǎn)分系統(tǒng)的集中控制

2.2 改造方案二

在充分吸取方案一的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)基礎(chǔ)上，通過升級(jí)PLC控制器CPU的手段對(duì)選煤廠控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。具體實(shí)施路徑如下:

(1) 將原選煤廠控制系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的主控分站中的CPU由L542升級(jí)為L551型。

(2) 將原選煤廠控制系統(tǒng)中浮選系統(tǒng)的CPU同樣由L542升級(jí)為L551型。

(3) 將原選煤廠中萬噸倉控制系統(tǒng)取出，并根據(jù)生產(chǎn)需求增加相應(yīng)的適配器模塊(1747-ASB)和掃描模塊(1747-SN)。

通過方案二改造后的選煤廠集中控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于升級(jí)CPU實(shí)現(xiàn)對(duì)選煤廠集中控制系統(tǒng)的改造

如圖2所示，基于以太網(wǎng)通訊技術(shù)將重介質(zhì)系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的上位機(jī)集中于一個(gè)上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測、記錄和控制等，從而解決了多個(gè)上位機(jī)操作系統(tǒng)容易導(dǎo)致誤操作的問題。此外，基于以太網(wǎng)通訊技術(shù)還能夠大大提升數(shù)據(jù)的傳輸速率，由之前的10 Mb/s提升至100 Mb/s。

3 選煤廠集中控制系統(tǒng)的優(yōu)化

上一節(jié)中著重完成了選煤廠集中控制系統(tǒng)的整體改造，但并未從細(xì)節(jié)具體對(duì)集中控制系統(tǒng)中各生產(chǎn)分系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。重介系統(tǒng)為選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵分系統(tǒng)，本節(jié)將注重對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化[4]。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，選煤廠重介系統(tǒng)主要存在如下問題：①系統(tǒng)過載保護(hù)功能欠缺；②當(dāng)系統(tǒng)PLC損壞時(shí)，很難保證對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行正常的啟?？刂?。

3.1 重介系統(tǒng)過載保護(hù)功能的優(yōu)化

對(duì)于選煤廠集中控制系統(tǒng)中的皮帶機(jī)而言，當(dāng)前系統(tǒng)可對(duì)其拉繩、跑偏以及溢煤等事故進(jìn)行保護(hù)，并對(duì)應(yīng)地在上位機(jī)上顯示故障類型和報(bào)警。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中還存在由于熱繼電器的動(dòng)作而導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)，但是并不能夠在上位機(jī)操作系統(tǒng)上真實(shí)反映并報(bào)警。需要注意的是，除了熱繼電器動(dòng)作外還存在很多可能導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)的情況，若處理不當(dāng)極易引發(fā)更大的事故。

因此，需將熱繼電器動(dòng)作的信號(hào)真實(shí)反映給上位機(jī)操作系統(tǒng)，即將相關(guān)信號(hào)通過PLC上傳至上位機(jī)，具體實(shí)施路徑如下：

(1) 在PLC上為其配置一個(gè)專門的開關(guān)量，并確認(rèn)其地址。

(2) 當(dāng)熱繼電器動(dòng)作時(shí)，與其對(duì)應(yīng)的PLC的常開點(diǎn)閉合將信號(hào)通過PLC上傳至上位機(jī)操作系統(tǒng)，同時(shí)通過PLC將控制信號(hào)傳遞至下位機(jī)程序，確保系統(tǒng)能夠平穩(wěn)地停機(jī)。

與此同時(shí)，鑒于原選煤廠重介系統(tǒng)所采用的繼電器相對(duì)陳舊，為保證系統(tǒng)生產(chǎn)的安全性對(duì)其二次配電的接線方式進(jìn)行改造，以提升其二次保護(hù)功能，從而實(shí)現(xiàn)綜合保護(hù)器的報(bào)警功能。

根據(jù)上述控制思路對(duì)PLC對(duì)應(yīng)下位機(jī)程序進(jìn)行修改，具體如圖3所示。

圖3 繼電器動(dòng)作相關(guān)下位機(jī)控制程序優(yōu)化

通過對(duì)重介系統(tǒng)進(jìn)行初步改造后，系統(tǒng)能夠?qū)⒂捎跓崂^電器動(dòng)作而導(dǎo)致的停機(jī)事故實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地反映給上位機(jī)，為后續(xù)系統(tǒng)停機(jī)故障的定位和查找奠定了基礎(chǔ)，從而提升了對(duì)設(shè)備故障的排除效率，減少了設(shè)備停機(jī)時(shí)間，提升選煤廠的生產(chǎn)效率。

3.2 重介應(yīng)急控制系統(tǒng)的優(yōu)化

對(duì)于重介系統(tǒng)而言，作業(yè)人員除可通過上位機(jī)操作系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行集中控制外，還可在上位機(jī)控制系統(tǒng)失效的情況下采用短接的方式控制設(shè)備運(yùn)行[5]。但是，當(dāng)采用21#和23#短接方式的控制系統(tǒng)及操作設(shè)備運(yùn)行時(shí)，由于接觸器線圈直接供電導(dǎo)致其存在較大的安全隱患。因此，需對(duì)重介系統(tǒng)短接控制進(jìn)行優(yōu)化，解決其保護(hù)系統(tǒng)不完善的問題。為此，對(duì)重介控制系統(tǒng)的就地控制箱作出如圖4所示的優(yōu)化。

如圖4所示，當(dāng)21#、23#短接運(yùn)行時(shí)，為其配置了FR、KM等保護(hù)裝置，確保重介在無PLC控制情況下的安全、可靠運(yùn)行。通過對(duì)重介控制系統(tǒng)做上述改造，可確保系統(tǒng)在PLC發(fā)生故障時(shí)仍可安全可靠、靈活地運(yùn)行，避免了由于PLC故障而造成全系統(tǒng)的停機(jī)，從而保證了選煤廠的生產(chǎn)時(shí)間。

圖4 重介應(yīng)急控制系統(tǒng)的優(yōu)化

4 總結(jié)

隨著選煤工藝及選煤設(shè)備的不斷改進(jìn)、更新，為保證選煤廠整體生產(chǎn)效率的提升還需確保其硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)相匹配。本文著重對(duì)選煤廠集中控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，具體總結(jié)如下：

(1) 針對(duì)選煤廠集中控制系統(tǒng)通訊能力較差的問題，基于以太網(wǎng)通訊對(duì)集中控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，改造后整個(gè)系統(tǒng)的通訊能力由10 Mb/s提升為100 Mb/s。

(2) 針對(duì)選煤廠重介系統(tǒng)過載保護(hù)功能欠缺和應(yīng)急控制系統(tǒng)安全系數(shù)低的問題，對(duì)上位機(jī)與下位機(jī)控制程序進(jìn)行優(yōu)化的同時(shí)，為應(yīng)急系統(tǒng)增加相應(yīng)保護(hù)裝置。經(jīng)改造后，減少了系統(tǒng)由于故障而造成的停機(jī)時(shí)間，并為提升故障定位效率奠定基礎(chǔ)。