DCS控制系統在洗煤廠的應用探討

閆玉森，潘海軍

(內蒙古利民煤焦有限責任公司， 內蒙古 鄂托克 016100)

洗煤廠客觀存在工作環境較差，工藝相對復雜、設備分散且自控程度低，現場工作繁瑣且安全生產需求高等問題，基于現實情況，基于Freelance 2016 SP1設計完成了DCS控制系統,通過工業以太網較全面地對全廠生產實現了監控及自動化控制，系統運行可靠性好，操作界面友好且便捷。

1 洗煤廠的自動控制需求

洗煤廠的工作主旨是在不同選煤工藝的基礎上，利用專業的一些機械操作設備，對于煤與矸石實現分離，去除新采煤中的雜質，洗選出不同種類的煤炭以滿足企業與個人用戶的用煤需求[1]。

內蒙古某洗煤廠采用重介工藝流程進行主選，實現精煤、中煤產品和純凈矸石一次性分選。對于一定粒級的煤泥再進行二次浮選，分兩段分別進行粗選和精選，以提升浮選尾礦灰分，并對精煤泥開展兩段脫水回收。洗煤生產工藝較為復雜，為提高生產效能，實現對浮選劑添加量、入浮煤漿等濃度和流量工藝參數進行準確測量，以實現及時、精準的生產工藝指導，設計并實現一套自動控制系統是非常有意義且重要的決策。

2 DCS控制系統

DCS(Distributed Control System)分散控制系統，系統通過微處理器為控制核心，可實現分散與集中的操作與控制，同時具備分布式與協同的新型控制系統。其設計思想突出了以分層多級、協同合作的方式實現多點分散控制與處理，同時達到集中的管理與操作，是以微處理器為控制核心，分布式控制功能、集控式操作、兼顧分而自治和綜合協調的設計原則的新一代儀表控制系統[2]。其控制結構如圖1所示。

圖1 DCS控制結構示意

DCS的基本設計框架采用控制分散、操作和管理集中的基本設計思想，多層分級遞階控制、自治且合作的結構形式，分散的控制可以發揮靈活性，而集中的管理與操作又可以實現統一部署、調度，提高了可操控行，另外，DCS最值得選擇的一點就是其可靠性，其高可靠性來自硬件與生產工藝、冗余技術及包含容錯、故障自檢和自動處理等技術的軟件設計。DCS新穎的控制思想、可靠的控制技術使得其受到冶金工藝、石化行業及電力系統等多業務廣泛的青睞，并獲得極其廣泛的應用。

3 DCS控制系統在洗煤廠的應用

10年前，內蒙古某洗煤廠為提升洗煤廠生產的自動化程度運行了一套PLC(Programmable Logic Controller)控制系統，早期設計不夠完善，投入運行多年，但自動化程度仍然不理想，現有的自動化系統只有設備啟停信號由PLC直接控制，因此，無法實時有效地對設備進行保護與監控，且很多監測儀表的數據顯示是進行了二次轉接，出現了數據不準備及延遲，導致誤動作且影響控制執行。另外，浮選及密控工藝的監測數據在通過工控機轉接入PLC控制系統顯示，傳輸的延遲且傳輸協議的配置引發了數據的不準確及滯后。且現有控制軟件無網絡診斷功能，當PLC系統出現站點丟失、I/O模塊損壞、I/O通道燒壞等硬件故障時，系統無報警提示功能，無法第一時間告知操作人員，電氣維護人員不能及時處理故障，影響生產運行。在生產自動化的強烈需求下，欲利用現有的ABB Freelance 800F分布式DCS控制系統實施技術改造。

3.1 DCS控制系統的界面設計

在對現場調研分析的基礎上，對于DCS控制的集中控制界面設計了中煤出廠系統界面、精煤出廠系統界面、浮選系統界面、重介A系統界面、重介B系統界面、原煤系統界面，設計邏輯中注重了聯鎖操作，每臺設備可解鎖與聯鎖，當某臺設備解鎖后，下一級設備出現故障時，本臺設備不聯鎖停車。聯鎖后下一及設備停止時，本臺設備聯鎖停車。同時，為增強可操作性及工藝指導性，集中控制系統畫面含有設備啟停操作畫面、生產工藝流程圖畫面、密控畫面、清水泵房監控畫面。

為改善清水泵房的工作強度，增加自動控制程度，設置了清水泵房自動控制界面，可遠程實現清水泵房內水泵啟動，同時，考慮到工作的可靠性以應對異常處理，同時支持就地啟動，清水泵房的控制可監控清水與疏矸水的水池液位、壓力、流量等參數，并對液位與水泵實現聯鎖控制，當發生缺水，水泵將自動停機，若出現高液位時進行報警提示。

清水泵房的自動控制實施有效地提升了管理自動化，減少了現場工作人員的需求，降低了生產成本。

現場生產中安全是重中之重，本次設計中對于備煤、主洗工段設置人工回鈴信號，當設備啟車時，每個回鈴全部回復后，方可啟動設備，防止設備檢修、人員檢查設備、設備存在故障隱患時直接啟車，導致造成人員傷害或設備損壞。

3.2 基于DCS的重介密控設計

重介密度自動控制的核心控制對象是重介桶，通過設計調節入料量及水量來達到懸浮液的密度值，從而實現控制懸浮液中煤泥含量的作用。當然在現實生產中，懸浮液密度變化的影響因素非常多，人為的經驗調節會影響穩定性，良好的自動控制會帶來密度的穩定性，繼而保障產品質量[3]。

以往的密度自動控制系統，在密度計測得的懸浮液密度信號傳入控制箱后，計算生成一個差值信號進一步送達執行機構，根據差值的大小，進行加水與加藥的操作。原有的PLC控制過程將密度計、壓力傳感器以及液位計等現場檢測設備采集的輸入信號利用可編程控制器內部 PID 功能模塊進行解析，比較獲取的過程變量與系統設定值，通過輸出信號來驅動加水調節閥、電動執行機構、變頻器，從而達到自動控制系統液位、密度調節的目的。

本次DCS控制技術改造對于檢測周期和加水位置進行了重點改進，之前的PLC檢測與反饋周期短，導致加水稀釋或減少稀釋量在真實效果未體現前，即事實上效果要比顯示的信號值滯后，從而造成不準確的反饋，比如，獲取的信號值大于設定值，加水后，在稀釋效果并未體現時，信號又被采集回來，假設依然大于設計值，繼續加水，可能會造成稀釋過度。針對這一情況，DCS密控在檢測周期上進行了調整，已改善調節值不能及時準確反饋的問題。

另外，是加水位置的調整，以往的密控當檢測值高于設定值，進行加水稀釋時，往往在物料入口處，但由于稀釋后，反應會出現延遲也會導致不準確，將加水位置設在物料出口處，現場實踐后，大大提升了自動加藥的準確性和穩定性。

4 結束語

ABB AC800F DCS控制系統具有網絡診斷功能，在其組態軟件Freelance中集成了診斷功能，重要設備使用I/O冗余模塊，保證設備安全、可靠的運行[4]。通過這次改造廢除了大部分的二次儀表，將儀表的數據信號直接接入DCS，從而提高了信號檢測精度，降低了設備維護成本及洗煤廠自動控制系統的故障率。DCS控制設計與實現縮減了設備起車時間，降低設備起停車故障率。通過故障診斷，縮短設備故障檢測時間和檢修工作，減少設備事故率。通過本次改造后，大幅降低現場崗位作業人員勞動強度，且進一步提升了洗選產品的精度與產品合格率。