洗煤廠集中控制系統融合研究與應用

耿新國 王 飛 趙國防

（汶上義橋煤礦有限責任公司，山東 濟寧 272500）

汶上義橋煤礦洗煤廠原煤篩分系統自動化控制是由華寧公司設計安裝，在使用過程中經常出現誤停機、誤報故障等問題。2017 年新上淺槽選矸設備系統自動化控制由北京華宇中選自控公司設計施工。新老系統聯合使用，操作復雜，系統維護相互扯皮并且技術壁壘嚴重，給生產環節造成不必要的影響和安全生產隱患。

義橋煤礦洗煤廠在充分研究原煤篩分車間電氣控制系統特點的基礎上，對動篩車間的兩個電氣控制系統以北京華宇中選自控自動化控制為基礎進行整體系統融合，實現集中控制操作系統簡單、可靠，且能使原系統作為備用，實現了在集控室集中統一控制各設備，全自動化運行的目標。

1 礦井概況

汶上義橋煤礦有限責任公司位于山東省濟寧市汶上縣義橋鎮境內，井田面積17.5 km2，主采3 層煤，平均煤厚4.2 m，地表為平原，沒有河流流經礦區。礦井于2003 年6 月開工建設，2006 年1 月投產，礦井設計生產能力45 萬t/a，核定生產能力80 萬t/a。礦井采用立井單水平開拓，井口標高+45 m，井底水平標高為-335 m，可采煤層為3 煤層，開采方法為長壁后退式采煤法，全部垮落法管理頂板，采煤工藝為綜采和綜放。礦井劃分為6 個采區和1 個后備采區。

2 主要技術指標

2.1 項目技術基礎情況

根據生產工藝過程分析控制要求及需要完成的動作（動作順序、動作條件、必須的保護和聯鎖等）、操作方式（手動、自動、單起、單停）、淺槽系統及動篩車間設備進行規劃融合后統稱為原煤系統。

依據洗煤廠主洗自動化控制系統平臺，通過自主設計、編程把原煤系統與主洗系統進行二次融合，在同一個屏幕進行切換融合，重新組成原煤系統（淺槽及動篩系統）監控畫面、主洗系統監控畫面兩套獨立操作監控系統，可實現主洗系統、原煤系統之間的畫面切換。

根據系統控制要求確定PLC I/O 接點，I/O 開關量、輸入、輸出接點量123 個，模擬量輸入、輸出接點36 個。

2.2 組態畫面功能設計

（1）可實現主洗系統、原煤系統之間的畫面切換。

（2）當運行主洗或原煤控制系統任一系統時，均可實現皮帶報警、報警查詢、密度控制之間的功能切換，同時可實現報警故障原因顯示、歷史故障記錄查詢、密度控制精度顯示等功能。

（3）當運行主洗或原煤控制系統任一系統時，均可實現集中控制、就地控制之間的功能切換，集中啟車功能按照逆煤流方向依次順序啟動，集中停車為順煤流方向依次順序停車。當遇到緊急情況下，一鍵停止系統中所有運行中的設備。

（4）可在監控畫面迅速鎖定設備故障點，并能即時顯示故障原因和故障范圍。

（5）根據預先設定密度值，能即時監控密度數值畫面，實時顯示變化幅度上下值。

（6）原煤系統、主洗系統均設有相同的集中、就地啟動和停車功能鍵操作模式。

（7）原煤系統、主洗系統均設置皮帶保護報警功能，畫面直觀顯示各類保護的報警原因。

（8）主洗系統設有各煤種計量功能，根據皮帶秤的瞬間稱重量變化，實現數據實時傳輸。

（9）集中控制狀態下，設備之間根據工藝流程及煤流運輸方向關系，啟動和停車時采用聯鎖模式，當某一臺設備出現急停時，上一級所有設備均可實現緊急停機。當檢修或其它原因需解除集中開啟停車時即可開啟解鎖功能。解鎖后，可實現設備單獨控制，互不影響。

（10）開啟設備前，系統啟動現場聲響警示并持續2 min，方便現場作業人員做好設備運行前準備，實現安全啟動。

3 項目任務執行情況

3.1 系統沿線鋪設

（1）為實現篩分皮帶與選煤廠煤流皮帶分別控制，在配電室集中放置兩臺集中控制器KTC101。一臺實現沫煤上倉皮帶、東、西配倉皮帶的集中控制，另一臺實現手選皮帶、破碎機、大塊煤皮帶、沫煤轉載皮帶、201 皮帶的集中控制。

（2）KTC101 控制器帶有雙沿線控制，實現多皮帶不同向的沿線分布控制。控制選煤廠沫煤上倉皮帶、東、西配倉皮帶的集中控制器，由CS1 沿線實現順序控制。控制手選皮帶、大塊煤皮帶、沫煤轉載皮帶、201 皮帶的集中控制采用雙沿線控制方式，CS1 沿線實現沫煤轉載皮帶、201 皮帶的順序集中控制，CS2 沿線實現手選皮帶、大塊煤皮帶的順序集中控制。

3.2 各沿線配置

（1）選煤廠精煤煤流皮帶控制主控采用CS1沿線。

（2）由配電室主控制器CS1 出口連接一根5 m 七芯通訊電纜至礦用隔爆兼本質安全型信號處理器，之后連接一根100 m 七芯通訊電纜（根據實際長度而定，可利用快速連接兩通延伸電纜長度）至沫煤上倉皮帶機尾，機尾安裝一臺KTK101-2（AI）組合擴音電話，實現機尾跑偏保護接入及語音喊話、急停閉鎖，之后利用100 m 七芯通訊電纜連接至皮帶機頭的KTK101-2（HA）。為接入機頭堆煤保護及實現對皮帶啟停控制，在機頭放置一臺KJS101-8智能輸入輸出下位機用于信號接入，與電話通過5 m 七芯通訊電纜連接。沫煤皮帶沿線設備配置完畢。

（3）利用100 m 七芯通訊電纜延伸至東、西配倉皮帶機頭，接入普通急停閉鎖擴音電話KTK101-2（HA）實現語音通話。由于兩條皮帶均為20 m 左右，因此將兩條皮帶保護、控制接入一個智能輸入輸出下位機KJS101-12。最后配置一臺終端KFD101，沿線配置完畢。

（4）篩分車間原煤煤流皮帶控制器采用雙沿線控制。

（5）由控制器CS2 沿線插座連接一根100 m七芯通訊電纜（根據實際長度而定，可利用快速連接兩通延伸電纜長度）至手選皮帶機尾，機尾安裝一臺KJS101-4 智能輸入輸出下位機用于皮帶保護、控制，給煤機控制、振動篩、除鐵器控制信號接入。之后利用15 m 通訊電纜延伸至KTK101-2（HA）組合擴音電話，手選皮帶配置完畢。

（6）由手選皮帶機頭電話經30 m 通訊電纜連接至大塊皮帶（200 m 左右）機尾KTK101-2（AI）電話，用于皮帶機尾保護及三岔漏斗破碎機控制接入。利用100 m 通訊電纜連接至另外一臺擴音電話KTK101-2（HA）后，再由100 m 通訊電纜連接至機頭KTK101-2（HA）擴音電話。同樣，為接入機頭保護、煤倉煤位傳感器，機頭放置一臺KJS101-8智能輸入輸出下位機用于信號接入，與電話間用5 m 通訊電纜連接。最后配置一臺KFD101 智能終端，CS2 沿線配置完畢。

（7）CS1 沿線由控制器利用100 m 通訊電纜連接至沫煤轉載皮帶機尾（20 m 左右），機尾安裝一臺KJS101-8 智能輸入輸出下位機用于皮帶保護、控制，除鐵器控制信號接入，之后利用15 m 通訊電纜延伸至KTK101-2（HA）組合擴音電話。利用30 m 通訊電纜延伸至201 皮帶（200 m 左右）機尾KTK101-2（AI）組合擴音電話，用于機尾皮帶保護接入。利用100 m 通訊電纜連接至另外一臺擴音電話KTK101-2（HA）后，再由100 m 通訊電纜連接至機頭KTK101-2（HA）擴音電話。同樣，為接入機頭保護，放置一臺KJS101-8 智能輸入輸出下位機用于信號接入，與電話間用5 m 通訊電纜連接。最后配置一臺KFD101 智能終端，CS1 沿線配置完畢。

3.3 控制接線

根據現場設備實際情況，設備啟停控制信號均由原來集控PLC 給出，啟動控制繼電器控制電壓24 V，信號類型為開關量，閉合啟動，斷開停止。由于原來集控系統不用了，華寧的集控開關量控制信號直接匯接到原來集控PLC 繼電器控制點上。現場配有隔離箱，為電動球閥提供工作電源。

3.4 皮帶保護接線

以大塊皮帶配置為例，簡述皮帶保護位置及信號接線方法。機頭信號：機頭跑偏、堆煤、煙霧、速度、溫度保護，皮帶啟停等控制信號；機尾信號：機尾跑偏。

3.5 語音配置

為實現調度室與篩分沿線零距離語音通話，在調度室放置一臺IP 桌面對講器及一臺多媒體調度主機。利用對講器將語音信號轉換為網絡信號，經調度主機處理，將網絡音頻信號傳輸至撥號IP 地址設備進行呼叫。由此可見，被呼叫設備需具有唯一IP地址且可以將網絡音頻信號轉換為模擬量音頻信號并與主控語音耦合的能力，華寧自主研發生產礦用本質安全型信號轉換器就具備此功能，可以和皮帶主控制器通過電纜快插式連接，無需復雜接線，具有標準網絡接口。將轉換器串接入雙沿線控制器的CS1/CS2 沿線，通過網線連接入附近交換機，交流220V 供電。

3.6 視頻系統

在動篩車間各皮帶落煤點及煤流監測點處安置網絡攝像頭，用于煤流狀態的實時監測。網絡攝像頭帶有標準網口，就近方式接入附近網絡交換機，若傳輸距離較遠則增加光纖收發器實現遠距離傳輸。轉換模塊還需要12 V 電源供電，因此將攝像儀、光纖收發器、兵裝電源組合封裝。同樣，接收方也采用光纖收發器將視頻信息傳輸至網絡交換機，由于攝像頭共計14 臺，所以光纖收發器共計需要28臺。為方便安裝管理，將光纖收發器、兵裝電源集中安置到配電室安裝柜內，將網絡交換機也放入安裝柜內部進行防護。

3.7 集控系統

為實現篩分車間控制系統自動化、智能化，需要在集控室能夠進行遠程啟停控制、狀態監控，采用工控組態軟件實現篩分車間設備集中控制監控，利用組態畫面以圖形、文字、動畫等形式顯示各個設備狀態。在集控室配備一臺PC 機、工控機，工控機與調度交換機采用網線連接；篩分配電室兩臺主控通過網線連接至篩分交換機，交換機間采用光纖連接。

4 主要創新點

（1）依據洗煤廠主洗自動化控制系統平臺，通過自主設計、編程把原煤系統與主洗系統進行二次融合，利用穩定的中選自控控制系統已有的接點富余量進行拓展控制和融合，優化了系統單元，擇選優勢系統，相互補充。其中對軟件的系統改變大，硬件系統改變小，總體投資較小，目前國內尚無同類型洗煤廠進行融合控制研究與應用。

（2）選煤控制系統與原煤控制系統融合后，原煤系統的設備控制可在選煤控制系統與原煤控制系統融合后，原煤自動化控制系統實現了獨立的雙線控制系統，原自動化控制系統作為原煤備用控制系統，保障了地面原煤自動化控制系統運行的可靠性，確保了全礦煤流系統運行的可靠性，有效減少了生產影響。

5 經濟效益

此項目完全由本單位自行設計安裝融合調試，一次性節約外委設計安裝費用100 余萬元，平均年可減少因控制系統故障引發的生產影響30 h 以上，實現了一備一用的安全運行模式，進一步提高了生產過程控制的穩定性、安全性，提高了系統運行效率，對洗煤廠改造工程及新老系統融合的深入研究和應用在行業內具有較好的推廣應用前景。

6 結語

本項目是根據義橋煤礦洗煤廠現場實際需求進行的淺槽系統、動篩原煤控制系統與主洗集中控制系統三方融合研究，以主洗自動化控制系統平臺為依托，優化了系統控制單元，實現了原煤系統與主洗系統在同一操作畫面下自由切換控制，亦可單獨控制，互不干擾，經單機、聯機試運轉運行安全可靠，操作方便。經過生產運行的實踐證明，該系統融合研究創新性強、投資小、實用性強，直接經濟效益、環境效益和社會效益和諧統一，具有推廣應用價值。