選煤廠集中控制系統的設計與改造

崔璐君

（山西潞安郭莊煤業有限責任公司選煤廠， 山西 長治 046100）

引言

現階段，選煤廠的選煤系統都是通過人工來操作控制的，系統的自動化程度較低，而且不能做到對現場設備的統一有效管理，大大降低了選煤的效率[1]，潞安某選煤廠的處理能力是6.0 Mt/年，集中控制系統承擔原煤處理、重介質分選、裝車等任務，系統結構復雜、涉及環節較多，隨著工藝設備的改進，單純依靠人工操作的控制系統已經不能滿足生產的需要，一些先進的計算機、傳感器等技術的發展，更是推動選煤控制系統朝著智能化、集成化的方向發展。

1 改造前狀況

1）系統集成化程度低。選煤廠在前期布局時，由于缺少科學合理的判斷，洗煤過程中的原煤處理系統、重介質分選系統、裝車系統等的每個作業都是單獨安裝，沒有充分考慮各個環節間的協調運行，每個系統都有自己獨立的線路和控制開關，無法進行統一管理，在其中一個環節出現問題后，排查的工作量較大，時間較長，在排查時相關作業要停止工作，效率較低，容易造成較大的損失[2]。

2）系統維護成本高。隨著技術的不斷升級，綜合考慮經濟成本，一般企業會針對性地更換機器設備，或是進行軟件升級，這樣就會出現多種規格的設備，造成系統的版本互不兼容等問題，現場越來越多的設備使得供電系統也變得很復雜，加大了故障檢測和設備運行監控的負擔，在設備和線路出現老化故障時，增加了維修成本，影響經濟效益。

2 改造方案

選煤廠的集中控制系統主要包括原煤預處理、重介質分選、自動裝車等部分，系統主要采用PLC和遠程控制相結合的工業局域網絡，在進行調度指揮時，將各種指令信號在以太網傳輸下，經PLC 運行后，通過圖形等形式傳輸到集控室中，現場的工作人員通過集控室的圖形來監控實際工藝流程中各設備的運行狀態，集控室的工作人員根據傳輸過來的圖形進行遠程控制，在出現問題時及時采取控制措施。

2.1 原煤預處理系統

原煤預處理系統是對原煤進行去雜質處理，將原煤中的砂石、木塊等雜質剔除，為下一步的選煤工藝提供質量合格、性質穩定的原煤，確保精煤的質量。在對原煤進行預處理時，選用的控制器是西門子PLC-4000 系列[3]，通過工業局域網來實現對各個生產設備的監控；通過I/O 口控制，將PLC 主站和分站聯系起來，實現對通訊系統的擴展；通過上位機可以監控設備的啟停和運行狀態；選用的主電機是ABB的ACS800 系列變頻器，可以對多段速度進行控制，系統采用IC 編程軟件，根據主電機的特性合理控制機器設備，實現設備的自動化運行。

2.2 重介質分選系統

重介質分選系統的改造重點是對電氣部分進行改造，通過對設備及配電裝置的改造，實現對重介質分選等環節的自動化控制。

為了提升重介質分選系統的自動化程度，實現對多個設備的集中控制，給相關設備配置上位機、配電柜、操作箱、PLC 等硬件設施，同時根據控制要求，配備密度計、壓力機、黏度計等輔助儀器，為了避免出現設備壓煤現象，統一沿逆煤流的方向依次啟動設備。重介質分選系統主要是控制重介質密度及介質桶的液位，其核心技術是要控制好重介質液體的濃度。集中控制系統采用PID 閉環控制，通過感應重介質的密度和介質桶液位，使系統一直保持在最佳的工作狀態下，采用PLC 可編程控制器，通過采集現場傳感器信號，將采集的信號與PID 控制中的設定值進行比較，得到對應的信號，實現對設備的自動化控制，其PID 控制原理圖如圖1 所示。

圖1 PID 工作原理

采用以太網構建系統的集中控制網絡，以PC上位機和PLC 下位機控制器組成的控制系統，能夠實現對設備工作狀態的監控和顯示，通過信息化、智能化等手段，實現對設備的自動化控制，整個集中控制系統的網絡拓撲結構如圖2 所示。

圖2 控制系統網絡拓撲圖

2.3 自動裝車系統

自動裝車系統可實現精煤的自動化裝運，確保精煤的裝載率，控制精煤的裝載量。根據控制要求，為裝車系統配置精煤煤倉液壓閘門、皮帶、稱重檢測、車號識別、監控系統等[4]，實現對精煤的自動裝車，自動裝車系統包括信息管理層、調度監控層和現場控制層三層網絡，根據實際生產的需要，可以對自動裝車系統進行單機控制，也可以進行集中控制，在單機控制時主要是進行系統設備調試，在集中控制時，主要實現系統對所有設備的集中統一控制，實現相互閉鎖功能，自動裝車系統示意圖如圖3 所示。

圖3 自動裝車系統

3 改造結果

通過對集中控制系統的改造升級，對改造前后系統的經濟效益和成本進行分析，經過比較得出，在對系統進行改造后，設備的負載運行時間提高約10 min/d，設備的故障排查時間節省約8 min/d，系統的整體輸出功率降低約4 000 kWh，如果按照0.56 元/kWh 的電費來計算，在設備每天運行20 h、一年運行320 d 時，可節約電費約1 433 萬元。