馬頭洗選廠集控系統升級改造實踐

張紹先

(冀中能源峰峰集團 馬頭洗選廠，河北 邯鄲 056045)

馬頭洗選廠隸屬于冀中能源峰峰集團有限公司，是冀中能源集團的主力選煤廠，也是我國“一五”期間由蘇聯援建的156項重點工程之一。目前，其實際洗選能力在5 Mt/a以上，原煤采用不脫泥方式入選，主選工藝為全重介分選、直接浮選的聯合工藝；入選原煤主要來自峰峰集團所屬的梧桐莊礦、羊渠河礦、新三礦等，主導產品為十級冶煉精煤，用戶主要包括武鋼、邯鋼、安鋼等。

多年來，馬頭洗選廠堅持以創新管理和科技進步為動力，以信息自動化建設與應用為中心，不斷改善生產方式，構建了選煤生產集中控制、重介質密度自動測控、浮選參數自動測控、調車作業集中控制、視頻監控、配電自動化等大型信息自動化系統。如今馬頭洗選廠正向裝備現代化、辦公信息化、管理精細化、發展科學化、生產智能化方向發展，力爭將其建成京津冀最大、全國一流的現代化選煤廠。

1 生產現狀

馬頭洗選廠原集控系統于2006年改造成功并投入運行，隨著使用時間的推移，其在運行過程中出現了較多問題，且自動化控制功能和信息化功能不夠完善，這不僅不利于生產管理，還不利于各項經濟技術指標較好實現，已不能適應日益完善的生產工藝要求。主要原因如下：

(1)隨著設備的更新換代，部分備件已退出市場，設備配件的采購與更換得不到保障；隨著生產工藝的不斷變化，部分舊設備被替換，部分新設備投入應用，原集控系統的控制要求隨之改變，不能適應生產工藝的要求。

(2)原集控系統的抗干擾性較差，在生產運行過程中，設備無規律“偷停”的情況時有發生，無法保證穩定生產和安全生產[1]。

(3)原集控系統自成一家，并未融合在一起，導致生產與管理效率低下；其冗余性、可擴展性較差，導致生產系統的運行可靠性、功能多樣化受到限制。為了實現協同式作業，需要對原集控系統進行整體性重構[2]。

(4)隨著管理水平的提升，生產管理的精細化要求越來越高，自動化水平需要進一步提升。這就需要提高生產過程的控制能力，實現對壓力、料位、液位等數據的監控與報警，達到選煤生產的全過程可視和可控管理。

綜上所述，馬頭洗選廠需要借助集控系統升級改造，實現基于生產集控的綜合自動化系統的設計與應用，助力各項經濟技術指標的提升，并實現減人增效的目標。

2 改造內容

此次生產集控系統升級改造共涉及圓環鏈、篩機、帶式輸送機等16大項生產設備，具體改造內容包括設備控制方式的再造、各類信號狀態的采集顯示與集中管理等，并對崗位應答系統、電鈴預警系統及其他控制功能進一步完善，實現多系統的相融相合。

(1)根據生產工藝要求，編寫功能豐富、簡潔明了的PLC程序，替換原PLC站柜，并搭配先進的硬件設施，提高集控系統的冗余性和可擴展性。針對抗干擾性差、穩定性差的問題，將原生產設備的運行信號由采集接觸器常閉觸點改為常開觸點，并增加隔離繼電器，同時將原控制和信號電壓全部由DC24V改為AC220V。另外，將原PLC站間的單路電信號傳輸改為以光纖為媒介的環網連接[3]，以保證和實現生產的安全性、高效性、連續性。

(2)將原遠程/就地轉換旋鈕移至上位機上，實現權限的上移、集中管理與操作；優化崗位應答系統、電鈴預警系統，并將遠程/就地轉換按鈕替換成急停按鈕，以提高操作速度，并保證安全生產與檢修[4]。

(3)通過二次控制線路更改，并與PLC程序搭配，實現一鍵式流程化啟停車，以提高設備啟停速度與生產自動化水平[5]。每臺參控設備對應兩個PLC輸入點，一個作為設備的運行信號點，一個作為設備急停按鈕的狀態信號點；其對應兩個PLC輸出點，一個作為遠程/就地轉換點，一個作為設備的遠程自動啟停點。通過上位機組態畫面的遠程/就地、軟解鎖/軟閉鎖、硬解鎖/硬閉鎖等操作，結合邏輯嚴謹、各功能相互關聯的PLC程序，實現一鍵式流程化啟停車，這有利于提高生產效率。

(4)上位機組態畫面的不同樣式對應設備的不同狀態，其能夠清楚地反映設備的運行、停止、遠程、就地、解鎖、閉鎖等狀態[6]。為了快速查找故障設備和故障原因，構建了生產報警記錄系統，用于查詢生產過程中的各種操作記錄、設備運行時長等，以大幅縮短故障處理時間。

(5)優化集控系統功能，采集液位、料位、壓力、皮帶秤等主要技術數據，實現實時監測、報警、記錄及集中管理，并自動生成實時趨勢曲線[7]，達到選煤生產的全過程可控與可視，以提高生產的數據化和信息化水平。

(6)基于生產集控的綜合自動化系統，將孤立的分布式視頻監控、調度電話通訊等與生產集控系統融合，其集生產控制自動化、生產數據信息化、管理全方位化為一體[8]。這些系統全部集中在新集控室，從而形成綜合性的生產指揮中心。

基于生產集控的綜合自動化系統結構框圖如圖1所示。

3 主要創新點

(1)精細化劃分系統。重新劃分設備所屬系統，并將系統細分為灌倉系統、原煤系統、單號系統、雙號系統、濃縮系統、產品運輸系統等[9]，既能按照生產工藝要求依次分步執行，又能根據選擇開啟某個系統或多個系統，有利于合理組織生產。此外，根據工藝情況、設備啟停時間，合理設置設備的啟停時間間隔，防止啟車時電流沖擊過大及停車時“跑煤”等情況的發生。

(2)生產安全性提高。在PLC程序內增加軟解鎖/軟閉鎖功能，與現場硬解鎖/硬閉鎖形成雙重保險。在閉鎖狀態下，關聯設備可以互相制約，能夠防止“跑、冒、滴、漏”現象的發生和生產事故擴大化；在解鎖狀態下，通過PLC程序能夠實現遠程/就地無擾切換。生產過程中單臺或多臺設備停車或出現故障時，通過解鎖與就地轉換功能，在不影響整體生產的情況下，檢修人員可通過現場急停按鈕，斷開遠程和就地操作模式，以保證檢修的安全性；在設備故障恢復后，切換成遠程操作模式。這能夠大幅提高生產與設備控制的靈活性，避免不必要的生產停車，并降低事故的影響范圍[10]。

圖1 基于生產集控的綜合自動化系統結構框圖

(3)監控系統功能豐富。針對生產需求專門設計了一套大屏幕窄逢拼接系統，另外配備了12臺42寸液晶監視器，形成一套高清晰度、高智能化、功能完善、技術先進的綜合信息顯示管理控制系統，這是一個交互式的靈活系統[11]，能夠實現各類信息屏上顯示。監控系統融入了百余個分布式崗位視頻監控點，實現了在新集控室遠程直觀地監視整個廠區各個重要生產環節，使現場情況更加清晰明了，實現了部分崗位無人值守，能夠促進減人增效的實施。生產調度通訊系統實現了多方通話、強插、強通、會議、一鍵接打、錄用等功能，功能更加豐富。

4 經濟效益

(1)在集控系統升級改造后，生產系統的自動化、信息化管理水平大幅提高，實現了一鍵式流程化啟停車，生產效率大幅提升，工人勞動強度降低，崗位所需工人數量減少，實現了減人增效的目的。全廠配備有300臺設備，原來每人看守4臺設備，目前每人看守8臺設備，崗位工人減少37人，每年節約的人工成本約為150萬元。

(2)在集控系統升級改造后，不但實現了安全生產，而且保證了生產的連續性，每月因生產事故影響正常選煤的時間減少約5 h。生產設備的開停效率大幅提高，每月的開停車時間減少20 h，相同時間內的開車時間增加約15 h，設備空載時間減少約25 h。按照處理能力750 t/h計算，每月的原煤入選量增加11 250 t；按照精煤產率55%，銷售價格1 000元/t計算，每月因原煤入選量增加產生的經濟效益為618萬余元。按照設備功率5 500 kW計算，每月因生產系統少運行節約的電能為137 500 kW·h；按照電費單價0.62元/(kW·h)計算，每月節約電費8.50萬余元。加上節約的油耗、介耗、設備損耗等約3萬余元，預計每年的節支增收總額為7 600萬余元。

5 結語

基于生產集控的綜合自動化系統的設計與應用，使馬頭洗選廠成為一個數字化、透明化工廠，不但實現了集控系統與生產工藝的完美融合，達到了生產過程的高度可控與可視，而且提升了自動化、信息化管理水平，達到了節能、高效、減人的目的，有助于各項技術經濟指標的順利完成。這對內起到了實實在在的促進安全生產、提升管理、創造效益等作用，對外起到了行業示范效應。

參考文獻:

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[11] 劉 淑.多通道大屏幕圖像無縫拼接技術研究[D].北京：北京交通大學，2011：39-40.