現(xiàn)代自動化控制在沙曲選煤廠的應(yīng)用

魏國彬

摘要：目前，我國選煤工業(yè)迎來了一個創(chuàng)新發(fā)展建設(shè)的高潮，主要以建設(shè)優(yōu)質(zhì)高效現(xiàn)代化的選煤廠為特點(diǎn)。文章介紹了一座集先進(jìn)工藝、先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備于一體，智能化程度高，管理科學(xué)，低成本運(yùn)營，優(yōu)質(zhì)高效的現(xiàn)代化選煤廠的應(yīng)用案例，在選煤行業(yè)里可借鑒推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代自動化控制；選煤廠；選煤工業(yè)；自動控制系統(tǒng)；選煤設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD948 文章編號：1009-2374（2016）20-0156-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.077

1 概述

進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國的選煤工業(yè)迎來了一個創(chuàng)新發(fā)展建設(shè)的高潮，主要以建設(shè)優(yōu)質(zhì)高效現(xiàn)代化的選煤廠為特點(diǎn)。選煤廠設(shè)計涵蓋的內(nèi)容龐雜、涉及專業(yè)面廣，一座選煤廠新建或技改水平高低、成功與否，一方面取決于工藝設(shè)計是否先進(jìn)合理，另一方面還要取決于集控自動化水平的高低和生產(chǎn)效率的高低。只有合理的設(shè)計思路和先進(jìn)的自動化集控系統(tǒng)，才能獲取最佳經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在選煤設(shè)備選型上，設(shè)備臺數(shù)逐步減少，以大型化、規(guī)模化、自動化為主，有效地減少了工程造價及降低了運(yùn)行成本。高度自動化、高度集中控制、減員提效是現(xiàn)代化選煤廠的主要目標(biāo)之一。實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的PLC和遠(yuǎn)程站作為全廠的控制核心，完成全廠模擬量、數(shù)字量的檢測順序控制和回路控制，生產(chǎn)崗位實(shí)現(xiàn)無人值守已是今后發(fā)展方向。

2 沙曲選煤廠自動控制系統(tǒng)概述

沙曲選煤廠是一座于2015年8月改擴(kuò)建投產(chǎn)年處理能力為800萬噸大型現(xiàn)代化選煤廠。沙曲選煤廠自動化控制系統(tǒng)是引進(jìn)美國Rockwell Automation（即羅克韋爾自動化公司，以下簡稱為羅克韋爾）生產(chǎn)的高端產(chǎn)品AB-ControlLogix系列PLC，其主控制器采用羅克韋爾最新的1756-L73控制器進(jìn)行生產(chǎn)現(xiàn)場控制及數(shù)據(jù)采集。AB-ControlLogix產(chǎn)品系列是羅克韋爾繼傳統(tǒng)的可編程控制器PLC2、PLC5/SLC500之后推出的第三代工業(yè)控制產(chǎn)品，從硬件配置、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、到通訊方式都有大的改善，數(shù)據(jù)和控制傳送概念也有了提升。它是高度模塊化結(jié)構(gòu)、可靈活地進(jìn)行任意組合和擴(kuò)充的高性能控制平臺；通過背板總線強(qiáng)大的網(wǎng)關(guān)功能完成設(shè)備層、控制層和信息層三個開放式的通訊平臺之間的自由轉(zhuǎn)換。控制主機(jī)通過以太網(wǎng)與集控室監(jiān)控系統(tǒng)相互交換信息。在集控室內(nèi)通過工業(yè)計算機(jī)完成對選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)的控制。其梯形圖軟件采用羅克韋爾公司的ControlLogix5000編程軟件，功能強(qiáng)大，可擴(kuò)展性強(qiáng)。監(jiān)控軟件平臺為GE軟件家族中的iFIX 5.5，iFIX是一套世界領(lǐng)先的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，過程可視化及過程監(jiān)控功能的高性能的工業(yè)自動化軟件解決方案。iFIX可以幫助您精確地監(jiān)控生產(chǎn)過程，并優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備和企業(yè)資源管理。它能夠?qū)ιa(chǎn)事件快速反應(yīng)，降低設(shè)備事故發(fā)生，減少原材料消耗，提高生產(chǎn)率，從而加快產(chǎn)品市場競爭能力，提高經(jīng)濟(jì)效益，易于集成和擴(kuò)展。由于制圖工具直觀簡便，iFIX用戶可以快速上手，可以簡單快捷地創(chuàng)建高性能的生產(chǎn)過程窗口。iFIX具有靈活的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及可擴(kuò)展性，iFIX不但可以滿足現(xiàn)有生產(chǎn)需要，還可以在隨時方便地擴(kuò)展系統(tǒng)規(guī)模。

2.1 沙曲選煤廠自動控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)采用分布式控制系統(tǒng)，由控制主站、I/O現(xiàn)場分站、操作臺、上位監(jiān)控機(jī)組成。上位機(jī)和主站之間通過TCP/IP通訊的方式連接，其控制主站設(shè)在集控室設(shè)備間內(nèi)，各車間配電室設(shè)有I/O分站，整個系統(tǒng)通過光纖環(huán)網(wǎng)相連，形成分布式控制系統(tǒng)。

2.2 沙曲選煤廠集控系統(tǒng)的工藝流程及監(jiān)控部分

集控系統(tǒng)監(jiān)控軟件選用美國GE公司的工控軟件IFIX5.5，采用層次化、模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)方便直觀。通過集控系統(tǒng)完成全廠工藝設(shè)備的監(jiān)控，實(shí)時顯示所采集的工藝過程參數(shù)（如貯存?zhèn)}的料位和主要液位、入選原煤的密度、煤量、流量等）以及工藝設(shè)備的工作狀態(tài)。通過監(jiān)控到的以上數(shù)據(jù)信息，指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)備的開停并及時調(diào)整生產(chǎn)工藝流程；在集控室設(shè)3臺監(jiān)控計算機(jī)，監(jiān)控計算機(jī)將分系統(tǒng)完成對全廠集控設(shè)備的啟、停、報警，全廠煤位、水位、皮帶運(yùn)量、流量、密度、壓力的監(jiān)視和控制。

2.2.1 圖形顯示功能。圖形顯示功能是一個實(shí)時工藝流程實(shí)物動畫實(shí)時監(jiān)控功能。通過觀察顯示器畫面上系統(tǒng)對設(shè)備狀態(tài)的描述來監(jiān)視生產(chǎn)過程的運(yùn)行狀況；設(shè)備的各種運(yùn)行狀態(tài)采用設(shè)備圖標(biāo)的不同顏色來表示。紅色表示設(shè)備處于帶電狀態(tài)；白色表示設(shè)備處于集控停止?fàn)顟B(tài)；綠色表示設(shè)備處于集控運(yùn)行狀態(tài)；黑、黃色或者紅色交替閃爍表示設(shè)備處于報警狀態(tài)；系統(tǒng)可集中既可以顯示全廠工藝流程系統(tǒng)圖，也可以分系統(tǒng)顯示各獨(dú)立的工藝流程。

不論在任何顯示方式下，一旦設(shè)備發(fā)生故障，計算機(jī)以聲光報警方式自動調(diào)出故障設(shè)備發(fā)生故障的類型、時間及設(shè)備編號等。

2.2.2 數(shù)據(jù)顯示功能。數(shù)據(jù)顯示功能主要是采集設(shè)備各種運(yùn)行參數(shù)以各種方式顯示數(shù)據(jù)：如電機(jī)電流、水位、煤量、流量、密度等。

水位——以實(shí)物圖樣式動態(tài)顯示精煤桶、中矸桶、合格介質(zhì)桶等液位的連續(xù)變化，以水池（桶）的固有容積自動換算出水池儲水量。

煤量顯示——按工藝流程顯示原煤煤量、精煤煤量和其他產(chǎn)品煤的煤量，以實(shí)時數(shù)據(jù)方式顯示瞬時值及累加值。

流量顯示——以在線數(shù)據(jù)實(shí)時顯示清水耗量。

全廠設(shè)備以三種方式運(yùn)行：單機(jī)就地控制、單機(jī)集中控制及順序控制。當(dāng)設(shè)備需要檢修時，可轉(zhuǎn)為單機(jī)就地控制方式；當(dāng)使用單機(jī)集中控制方式時，設(shè)備由操作員在計算機(jī)上進(jìn)行手動單機(jī)啟停；當(dāng)采用順序控制方式時，所有設(shè)備由計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一安排，按照設(shè)備的工藝流程順序啟車或停車及聯(lián)鎖邏輯進(jìn)行自動控制。整個系統(tǒng)提供設(shè)備的聯(lián)鎖保護(hù)，也可隨時解鎖。

2.2.3 自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成。整個集中控制采集了大量的開關(guān)量與模擬量，自動控制整個洗煤系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行，并有完善的報警系統(tǒng)，完善的檢測系統(tǒng)及控制單元，具體如下：

第一，開關(guān)量信號：包括所有設(shè)備的運(yùn)行信號、帶電信號、就地啟車急停信號、閥門的開關(guān)到位信號、皮帶的跑偏拉繩信號、溜槽堵煤信號等。

第二，模擬量信號：包括桶位信號、閥門的開度信號、流量信號、管路的壓力信號、皮帶的速度信號等。大量采用了進(jìn)口的變頻器、自動閥及壓力變送器，用于連續(xù)測量桶內(nèi)及旋流器入口的壓力并將實(shí)時數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)用于顯示及參與PID調(diào)節(jié)，輸出信號到變頻器或自動閥門，通過變頻器，控制泵的速度，以保證管道壓力的穩(wěn)定。或者通過控制閥門的開度，以保證桶位的穩(wěn)定。

第三，在線測灰儀：采用清華大學(xué)工程物理系研制的ZZ-89系列在線測灰儀，輸入PLC4～20mA信號，瞬時測量煤流的灰分值，并將信號送至上位機(jī)實(shí)時動態(tài)顯示精煤的瞬時灰分來指導(dǎo)生產(chǎn)。

第四，煤倉料位計：選用德國VEGA系列雷達(dá)式料位計，用于連續(xù)測量倉內(nèi)的料位并將實(shí)時數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)用于顯示及參與控制。

第五，核密度計：采用北京華科公司的HC-1000型核密度計，其輸出4～20mA信號，輸入PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，動態(tài)實(shí)時顯示主、再洗介質(zhì)密度。根據(jù)密度大小，通過PLC軟件的PID調(diào)節(jié)，控制補(bǔ)水與分流。以保證其密度的穩(wěn)定。

第六，工業(yè)電視系統(tǒng)：在全廠范圍內(nèi)的所有關(guān)鍵崗位，共布置有118個高清動態(tài)彩色攝像頭，部分?jǐn)z像頭具有轉(zhuǎn)動和調(diào)焦功能，在集中控制室內(nèi)集中監(jiān)控，并由40塊55英寸LED液晶超窄邊屏切換顯示，且具有圖像存儲功能，用于監(jiān)控全廠的生產(chǎn)和安全。

第七，瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)：面對我廠嚴(yán)峻的高瓦斯形勢，我廠采用了天地（常州）自動化股份有限公司生產(chǎn)的KJ95N瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)。在原煤車間、主洗車間和精煤車間，布置有多個瓦斯檢測探頭，實(shí)時的采集瓦斯?jié)舛龋_(dá)到瓦斯治理的完全自動化及高效可靠性。

第八，設(shè)備運(yùn)行電流監(jiān)控：集中控制上位機(jī)能夠?qū)崟r采集帶綜合保護(hù)器設(shè)備的運(yùn)行電流，實(shí)時監(jiān)控各設(shè)備的運(yùn)行情況，遇到異常情況，及時報警，及時檢修，保證設(shè)備的完好性，保證設(shè)備高效運(yùn)行。

第九，照明系統(tǒng)：全廠照明根據(jù)地理位置共分成5片，通過PLC系統(tǒng)，由上位機(jī)終端進(jìn)行集中控制，當(dāng)集中控制有故障時，可達(dá)到就地位置，就地控制。

我們沙曲選煤廠目前是全國選煤行業(yè)自動化程度最高、設(shè)備最先進(jìn)的現(xiàn)代化選煤廠之一，在2004年我廠已跨入全國選煤行業(yè)50強(qiáng)，隨著擴(kuò)建工程竣工投產(chǎn)，憑借獨(dú)特的資源優(yōu)勢和現(xiàn)代化的工藝流程，我廠將以科技創(chuàng)新為動力，管理創(chuàng)新為根本，躋身全國十佳選煤廠行列，達(dá)到世界選煤行業(yè)一流企業(yè)水平。

3 經(jīng)濟(jì)效益

第一，改造前的跳汰選煤，回收率平均為61%。改造后的重介選煤，回收率平均為73%，可創(chuàng)利800萬噸×（73%-61%）×600元/噸=5.76億元。總投資7.3億元，正常兩年內(nèi)可回收所有成本。

第二，大大提高全廠設(shè)備的自動化水平和可靠性，使系統(tǒng)的集中控制、監(jiān)測及信息化管理，更加方便。提高了工作效率，降低了勞動強(qiáng)度、減少了勞動力。

第三，加大了對設(shè)備完好性的自動監(jiān)測，使設(shè)備完好率在98%以上。

第四，主要創(chuàng)新點(diǎn)：（1）引進(jìn)美國羅克韋爾生產(chǎn)的高端產(chǎn)品AB-ControlLogix系列PLC，其主控制器采用羅克韋爾公司最新的1756-L73控制器，進(jìn)行生產(chǎn)現(xiàn)場控制及數(shù)據(jù)采集。采用羅克韋爾的ControlLogix5000梯形圖編程軟件及GE軟件家族中的iFIX 5.5監(jiān)控平臺軟件；（2）選用高質(zhì)量的進(jìn)口檢測元件，如液位傳感器等；（3）選用先進(jìn)高效的單機(jī)自動化設(shè)備。

沙曲選煤廠改擴(kuò)建項(xiàng)目設(shè)計要著眼于高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)、投資省、見效快的基礎(chǔ)上，采用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備，把選煤廠建成工藝完善合理設(shè)備先進(jìn)可靠、管理科學(xué)簡便、運(yùn)營成本低、自動化程度高的現(xiàn)代化高產(chǎn)、高效選煤廠，力求達(dá)到國內(nèi)一流、世界先進(jìn)。

4 結(jié)語

我們沙曲選煤廠應(yīng)用現(xiàn)代化自動控制系統(tǒng)后，大大提高了全廠設(shè)備的自動化水平和可靠性，使系統(tǒng)的集中控制、監(jiān)測及信息化管理，更加直觀，更加方便，提高了工作的效率。使沙曲選煤廠成為一座集國內(nèi)外先進(jìn)工藝、先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備于一體，智能化程度高，管理科學(xué)，低成本運(yùn)營，優(yōu)質(zhì)高效的現(xiàn)代化選煤廠，在全國選煤行業(yè)中可大力推廣應(yīng)用。