選煤廠集中控制系統優化改造

歐陽子文

（西山煤電馬蘭礦選煤廠， 山西 古交 030200）

引言

選煤廠主要用以對礦井生產的原煤進行加工、處理以及洗選，可去除原煤中的矸石、灰分等成分，改善原煤的品質[1-3]。隨著選煤設備及工藝的不斷更新，選煤廠已基本實現機械化控制，對集中控制系統提出了更高的要求[4-6]。因此，根據選煤廠的實際生產情況對集中控制系統進行優化改造，在滿足選煤廠煤炭洗選需要的同時，提高集中控制系統故障定位能力、通信效率以及控制系統的靈活性，為選煤廠高效生產創造良好條件。

1 選煤廠洗選及集中控制系統概況

山西某選煤廠設計洗選能力為280 萬t，洗選流程為：塊煤（粒徑25～200 mm）用重介淺槽分選，末煤（粒徑1.5～25 mm）用重介旋流器分選，粗煤泥（粒徑0.2～1.5 mm）用粗煤泥離心機脫水，細煤泥（粒徑0.2 mm 以下）用加壓過濾機脫水回收。選煤廠各個系統控制均采用SLC500 系列單片機進行控制，基本實現了各個環節自動化生產。

選煤廠集中控制系統可實現洗選系統設備的啟停、聯鎖控制。選煤廠采用浮選通知系統，可提升選煤廠精煤產量，提升產品品質。萬噸倉控制系統可提升選煤廠原煤存儲、運輸能力，并依據煤倉內實際情況控制給煤機、帶式輸送機工作狀態，實現煤倉儲煤量調節。

隨著選煤廠洗選設備以及工藝改造更新，傳統的集中控制系統在數據傳輸速率、傳輸效率等方面已無法滿足當前煤炭洗選設備的需求，需要對集中控制系統進行升級改造，以便提升控制系統與現場設備間的通信能力、故障定位能力，達到控制系統靈活性目的，提高煤炭洗選效果。

2 集中控制系統優化改造

2.1 優化改造方案

導致選煤廠集中控制系統通信能力不足的主要原因是系統通信協議多樣，且現場分控制系統有其各自對應的上位機，不僅增加了現場控制難度，而且容易導致誤操作。由于現場控制的工控機均不同程度地存在使用時間長、反應速度慢、可靠性差以及抗干擾能力不強等問題，因此，提出下述兩種優化方案。

2.1.1 優化改造方案一

通過DH+網絡對選煤廠集中控制系統通信系統進行統一管理，并根據現場控制需要將通信網絡結構劃分為上位機系統（信息層）、控制層以及PLC設備層等，具體現場改造后的集中控制系統結構如圖1 所示。

圖1 DH+網絡改造后集控系統結構

該技術方案的改造原理是：在原集中控制系統中增加控制層，控制層可對原控制系統中的不同通信協議進行整合。采用此改造方案具有改造成本低的優點，但是通信系統傳輸速率仍舊為10 Mbit/s，存在效率低的問題，同時未能徹底解決原集中控制系統中存在的通信速度慢、系統可靠性差等問題。

2.1.2 優化改造方案二

優化改造方案二是在方案一的基礎上，通過升級現有的控制設備來實現集中控制系統優化，升級的主要設備為PLC 控制器內部的CPU。具體改造內容包括如下：

1）將選煤廠的集中控制系統主控分站、浮選系統以及重介旋流器分選等PLC 控制設備中的CPU型號，由L542 型升級改造為L551 型。

2）將萬噸倉控制系統從選煤廠集中控制系統中取出，并依據現場控制需要，在萬噸倉控制系統中增加1727-SN 掃描模塊、1747-ASB 配適器模塊。采用優化改造方案后選煤廠集中控制系統結構如圖2所示。

圖2 工業以太網改造后集控系統結構

采用以太網通信系統將選煤廠浮選系統以及重介旋流器分選等系統上位機集中到集中控制系統上位機上，集中控制系統可實現選煤廠各個洗選系統設備運行狀態、參數等的實時監測、記錄以及控制。通過將各個系統集中控制連接到集中控制系統后，可有效解決多個上位機誤操作和信息無法融合等問題。同時采用以太網通信技術可大幅提升集中控制系統中數據的傳輸速率，由10 Mbit/s 提升至1 000 Mbit/s，可為后續選煤廠智能化構建提供堅實基礎。通過綜合分析，最終確定采用方案二作為選煤廠集中控制系統改造方案。

2.2 重介分選控制系統優化

重介系統是選煤廠系統的重要組成部分，現場調研發現，選煤廠重介系統存在過載保護功能不全問題，當PLC 故障時難以有效控制系統啟停。為此，重點對重介系統控制系統進行優化。

2.2.1 過載保護優化

選煤廠帶式輸送機具備跑偏、拉繩以及遺煤保護功能，同時上位機可顯示帶式輸送機運行故障類型，但是現實應用過程中，受繼電器故障影響，往往會導致系統停止運行，但是上位機上卻未能及時報警并反映故障類型。因此，需要將繼電器真實動作信號反映到上位機上，具體優化改造方案為：在PLC控制器上增加專用開關量并確認開關量地址信息；當繼電器動作后，與熱繼電器對應的PLC 開關閉合信號會傳輸給上位機操作系統，并通過PLC 控制下位機，確保系統可平穩停止運行；考慮到選煤廠使用的繼電器設備老舊，為確保重介系統安全運行，對繼電器二次配電接線方式進行改造，提升二次保護能力。

通過上述改造后，系統可真實獲取到停機信號，并將信號傳輸給控制系統上位機，為后續的故障排查以及修復提供指導，以利于提升選煤廠生產效率。

2.2.2 應急控制系統優化

作業人員可通過上位機控制重介系統運行，但是當上位機控制系統運行失效時，若采用短接方式控制重介系統運行，則存在一定的安全隱患。為此，對重介系統短接控制進行優化，如圖3 所示。

由圖3 可以看出，將21 號/23 號短接時后可配有KM、FR 等保護裝置，確保重介系統在無PLC 控制時仍可安全運行。

圖3 重介系統短接控制優化

3 結語

隨著選煤廠煤炭洗選設備以及洗選工藝的不斷改進，在一定程度上提升了選煤廠的生產效率。集中控制系統作為選煤廠自動化控制的核心，系統運行的可靠性以及運行效率直接影響選煤廠的生產效益和安全保障能力。文中針對山西某選煤廠集中控制系統存在的通信速率差、重介系統可靠性不足等問題，采用工業以太網對控制系統進行改造，將系統傳輸速率由10 Mbit/s 提升至1 000 Mbit/s，為后續選煤廠智能化建設提供基礎。對重介系統故障保護以及緊急控制進行改造，提高了重介系統運行可靠性。