電氣自動化和過程控制在松河選煤廠的應(yīng)用

【摘要】電氣自動化的運用是現(xiàn)代化建設(shè)最基本的設(shè)計理念，電氣自動化體系是呈現(xiàn)該理念的核心機制。本文分析了松河選煤廠中電氣自動化以及過程控制的應(yīng)用，充分的考慮到各個系統(tǒng)環(huán)節(jié)的有效結(jié)合，以提升松河選煤廠的整體質(zhì)量指標與最終效益。

【關(guān)鍵詞】電氣自動化;過程控制;松河選煤廠

前言

隨著電子訊息技術(shù)的不斷發(fā)展，各個行業(yè)對自動化控制的需求日益增大，對我國的電氣自動化技術(shù)推進也有著很大的幫助。現(xiàn)階段，電氣自動化技術(shù)已被廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。松河井田中的煤炭資源是我國最稀缺的主焦煤，也是冶金化工以及電力工業(yè)的重要能源之一。其在西部大開發(fā)與西電東送中有著主要的地位，但是以現(xiàn)階段貴州煤炭的開采技術(shù)以及選煤廠總體系統(tǒng)不能滿足于現(xiàn)代化的進程。為了保障產(chǎn)品的質(zhì)量和有效的回收資源，重介分選體系的重介懸浮液比重一定要相當穩(wěn)定，并對混合桶的液位進行嚴控。

一、企業(yè)概況

松河選煤廠是一座大型礦井選煤廠，工藝系統(tǒng)完善，有原煤準備、淺槽排矸、重介質(zhì)旋流器分選、浮選、壓濾、濃縮等一體化的生產(chǎn)體系。自動化以及過程控制應(yīng)用較多，比如全廠的設(shè)備集中控制、淺槽自動排矸與重介懸浮液密度自控、各類流量、密度、壓力、溫度、灰分的測量。集中控制系統(tǒng)是使用一整套的可編程序控制器為主機，對全廠的各臺設(shè)備進行按時序的自動開關(guān)、聯(lián)鎖以及監(jiān)控。淺槽排矸系統(tǒng)簡單、操作便捷以及處理能力大。為了能夠保障產(chǎn)品的質(zhì)量及有效的資源回收，重介分選系統(tǒng)的重介懸浮液比例務(wù)必穩(wěn)定，對混合桶的液位也必須強化控制。在粗煤泥分選系統(tǒng)，保障TBS分選機機的密度穩(wěn)定對提升精煤的回收率有很大的幫助。

二、生產(chǎn)系統(tǒng)的全方位集中控制

設(shè)計本著設(shè)備可靠性高、技術(shù)先進的原則進行配置。確定集控系統(tǒng)PLC采用美國羅克韋爾公司生產(chǎn)的AB ControlLogix系列PLC，主控制器選用1756-L63 CPU模塊。在主廠房低壓配電室內(nèi)設(shè)置PLC控制主站，內(nèi)裝PLC可編程序控制器主機及相應(yīng)系列的通訊模塊。在產(chǎn)品倉、原煤倉變配電室設(shè)立PLC控制分站。為增加控制系統(tǒng)的可靠性，PLC控制分站與PLC控制主站之間采用冗余ControlNet工業(yè)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)進行通訊鏈接，各控制站之間的通訊介質(zhì)為同軸電纜。通過上述鏈接為整個工藝系統(tǒng)設(shè)備的控制構(gòu)成一套完整的系統(tǒng)。上位機與PLC之間的數(shù)據(jù)鏈接采用Ethernet網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，以實現(xiàn)全廠設(shè)備的集中監(jiān)視、控制和管理。上位機互為冗余熱備，上位監(jiān)控計算機可將生產(chǎn)系統(tǒng)中的工藝參數(shù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備運行狀況等生產(chǎn)信息進行加工處理和篩選，將重要信息送到計算機管理網(wǎng)絡(luò)上，以實現(xiàn)生產(chǎn)信息全廠共享。從而實現(xiàn)全廠生產(chǎn)系統(tǒng)統(tǒng)一的生產(chǎn)調(diào)度、指揮與集中管理?？刂品绞椒譃橛虚]鎖的集中程序控制方式（含集中自動程序控制及集中帶閉鎖單機手動控制）和無閉鎖的單機就地控制方式，轉(zhuǎn)換方式為上位監(jiān)視畫面選擇。其中集中程序控制方式用于正常生產(chǎn)，就地控制用于維修和調(diào)試運行。當采用集中自動程序控制方式時，所有設(shè)備由計算機監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一安排，按照一定的啟動或停車順序及聯(lián)鎖邏輯進行自動控制;當使用集中帶閉鎖單機手動控制模式時，設(shè)備由操作員在操作員站上進行手動啟停;當設(shè)備需要維護、檢修時，可轉(zhuǎn)為單機就地控制模式。以順序控制、單機集中控制模式進行控制時，控制系統(tǒng)提供設(shè)備的聯(lián)鎖保護。三種控制方式可在上位機上實現(xiàn)自由轉(zhuǎn)換。通過對采集的工藝參數(shù)進行處理，自動形成工藝參數(shù)的工況歷史曲線，與控制指標所做出的報警線相比較，如遇“超限”則實時報警，及時調(diào)控有關(guān)參數(shù)。該系統(tǒng)還可以準確診斷現(xiàn)場設(shè)備及保護開關(guān)的故障地點，故障種類，故障發(fā)生時間，了解故障排除情況，故障種類包括監(jiān)測電機線圈溫度、軸承溫度、現(xiàn)場停車按鈕按下、離心機油壓、膠帶機拉繩急停、失速、跑偏、打滑、撕裂、煙霧、溜槽堵塞等各種故障。利用上位機的顯示器模擬系統(tǒng)的工藝流程，顯示系統(tǒng)中每臺設(shè)備的工作狀態(tài)及運行參數(shù)、啟動次數(shù)等。通過對主要生產(chǎn)過程參數(shù)（如各桶（倉）料位、密度值、皮帶秤瞬時運量、累計運量、主要自控閥門開度、主要設(shè)備運行電流及電機溫度等）進行實時的在線檢測，以多種方式（如數(shù)字顯示、趨勢圖、柱狀圖等）顯示出來，使調(diào)度指揮人員隨時掌握現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)及系統(tǒng)各類相關(guān)參數(shù)的變化情況。

三、過程控制系統(tǒng)

1.重介質(zhì)洗選過程自動測控

重介選煤的關(guān)鍵要求就是，懸浮液在分選機中的密度一定要保證穩(wěn)定，且計算機的控制應(yīng)利用安全可靠的傳感器即刻連續(xù)的把工藝流程中的相關(guān)密度以及設(shè)定值進行一定的比對，再送入執(zhí)行機制中進行相關(guān)的調(diào)節(jié)，這樣比人工測量密度再進行相應(yīng)的增加更要精確、及時且先進，能很好的保障產(chǎn)品煤質(zhì)量及提高整體洗選效率。采用先進適用的檢測和控制技術(shù)，實現(xiàn)重介質(zhì)洗選處理工藝中重介質(zhì)懸浮液密度的自動跟蹤控制，降低重介質(zhì)添加原料的損耗及生產(chǎn)成本，改善崗位工的勞動環(huán)境。其過程自動測控系統(tǒng)主要實現(xiàn)懸浮液密度、重介洗選入料混合桶液位、稀介質(zhì)桶液位的在線檢測及控制。該廠的重介質(zhì)懸浮液密度控制系統(tǒng)與集控系統(tǒng)合2為1，不設(shè)單獨密度控制室，與其它傳統(tǒng)的集控、密控各自獨立的系統(tǒng)相比精簡了環(huán)節(jié)，減少操作人員，降低了生產(chǎn)成本。重介質(zhì)洗選過程由程序自動控制，操作人員僅需輸入給定密度即可。在重介質(zhì)洗選過程中，重介質(zhì)懸浮液的密度是直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要工藝參數(shù)，因此在重介質(zhì)密度的控制回路中，我們選擇重介質(zhì)懸浮液密度為被控變量。為了提高測量精度，取其一定時間間隔內(nèi)的平均測量結(jié)果作為測量值。考慮到控制回路具有一定的時滯和隨機非線性特征，采用PID控制算法，根據(jù)重介質(zhì)懸浮液密度的當前測量值以及工藝給定值，計算生成重介質(zhì)懸浮液密度控制的輸出值，再由重介質(zhì)懸浮液密度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)相應(yīng)的自動補水閥門，從而實現(xiàn)有效控制重介質(zhì)懸浮液的密度，最終達到調(diào)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

2.絮凝劑制配添加控制系統(tǒng)

為保證選煤廠循環(huán)用水水質(zhì)的穩(wěn)定，降低藥耗，改善崗位工的勞動環(huán)境。確保混凝、反應(yīng)、沉淀、壓濾工藝達到最佳效果。在耙式濃縮機混凝處理工藝中投藥量的控制環(huán)節(jié)中設(shè)有絮凝劑制配添加控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)有自動和就地手動控制方式，可方便快捷的完成絮凝劑的按比例制配。通過上位機輸入需要的藥劑濃度，由程序自動控制加水及攪拌，合格的藥劑儲存到儲液桶，再由定量泵分配到各個加藥點。

3.篩網(wǎng)沉降離心機扭矩自動控制

篩網(wǎng)沉降離心機是選煤廠重要的末煤脫水設(shè)備，設(shè)備復(fù)雜且價格高，控制、保護環(huán)節(jié)較多。實現(xiàn)該設(shè)備效率最大化是選煤廠提效的關(guān)鍵，將扭矩或電流作為被控量，運用PID算法，計算出入料泵輸出頻率調(diào)節(jié)入料量的大小，從而實現(xiàn)了扭矩或電流的閉環(huán)控制，提高了效率。

4.TBS密度控制過程

入料煤泥通過入料井切向進入TSS分選機，同時在一股上升擾動水流的作用下形成一個干擾床層。為實現(xiàn)設(shè)備的高效運行，系統(tǒng)設(shè)計時采用一個反饋控制回路以實現(xiàn)分選槽體內(nèi)干擾床層的平均相對密度的穩(wěn)定。通過兩個壓差密度探頭檢測床層的實際分選密度，然后根據(jù)測得的床層密度，密度探頭向主廠房PLC控制器發(fā)送一個4-20mA的電流信號，PLC將床層實際密度與分選密度設(shè)定值進行比較，如果實際密度高于分選密度設(shè)定值，控制系統(tǒng)將控制執(zhí)行機構(gòu)打開底流排料閥排料;相反，如果實際密度低于分選密度設(shè)定值，控制系統(tǒng)將控制執(zhí)行機構(gòu)關(guān)閉底流閥。運用logix5000的PID控制模塊，將密度作為被控量，計算出底流閥開度，實現(xiàn)TSS產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

四、前景

要管好并用好當下的控制系統(tǒng)，未來會隨著生產(chǎn)的需求逐漸的擴展運用。隨著傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，逐漸的健全浮選的自動化控制。利用現(xiàn)場的水分計、液位、密度、傳感器等，再運用微機促使壓濾流程呈現(xiàn)最優(yōu)化。且還應(yīng)使一個選煤廠在入洗原煤質(zhì)量的波動狀態(tài)下最大化的提升產(chǎn)品的合格產(chǎn)率，就務(wù)必要及時的掌握入選原煤的質(zhì)量，這樣就一定要具備可連續(xù)并精確監(jiān)控煤質(zhì)的安全可靠性傳感器，探究且構(gòu)建選煤廠的工業(yè)數(shù)學模型。確立合理有效的控制方案，這樣選煤廠的整體進程監(jiān)控才有可能會實現(xiàn)，才能最大化的提升合格產(chǎn)品的最終生產(chǎn)效率，不過因為選煤廠的環(huán)境與條件比較惡劣，自動化的安全性與可靠性至今還是最關(guān)鍵的問題，隨著科學技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，相信實現(xiàn)選煤廠的整體過程監(jiān)控不會等的太久。

五、結(jié)語

電氣自動化技術(shù)可以減小工作人員的勞動強度，并提升過程控制的精確度以及便捷程度，還可以在很大的程度上縮減危險操作的風險?，F(xiàn)階段松河選煤廠也已經(jīng)實現(xiàn)了重介質(zhì)懸浮液密度自動化控制和全廠的設(shè)施裝置集中化控制、全方位集中監(jiān)視等多類自動化控制技術(shù)，且獲取了非常好的應(yīng)用成果。未來，想要更好的發(fā)展我國的電氣自動化，那么國內(nèi)的各類企業(yè)單位都應(yīng)該關(guān)注品牌、市場、技術(shù)以及服務(wù)全方面下功夫。

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作者簡介：吳江（1978—），男， 大學本科，助理工程師，貴州松河煤業(yè)發(fā)展有限責任公司選煤廠機電副廠長。