陳四樓選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化升級(jí)改造

湯秋林

(河南能源 永煤集團(tuán)股份有限公司 陳四樓選煤廠，河南 永城 476600)

陳四樓選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化升級(jí)改造

湯秋林

(河南能源 永煤集團(tuán)股份有限公司 陳四樓選煤廠，河南 永城 476600)

在當(dāng)前煤炭產(chǎn)能供大于求和整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢的情況下，降低生產(chǎn)成本是保障企業(yè)生存的必行之路，尤其是降低老洗選加工企業(yè)的人力資源成本，成為各類煤炭企業(yè)正在研究或?qū)嵤┑恼n題。為了解決陳四樓選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化程度低、所需生產(chǎn)人員多的問題，有針對(duì)性地對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造。在生產(chǎn)系統(tǒng)完成自動(dòng)化升級(jí)改造后，需要的生產(chǎn)人員數(shù)量減少，人員兼崗情況減少，工人勞動(dòng)強(qiáng)度和人力資源成本均降低，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

選煤廠；生產(chǎn)系統(tǒng)；自動(dòng)化升級(jí)改造；人力資源成本

陳四樓選煤廠是永煤集團(tuán)所屬陳四樓煤礦的配套選煤廠，于1997年11月6日建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力為2.40 Mt/a，生產(chǎn)系統(tǒng)主要由原煤處理系統(tǒng)、洗選系統(tǒng)、煤泥水處理系統(tǒng)、裝運(yùn)系統(tǒng)四部分組成。隨著陳四樓煤礦生產(chǎn)能力的不斷提升，配套選煤廠也逐步進(jìn)行了擴(kuò)能改造，目前生產(chǎn)能力達(dá)到4.50 Mt/a。由于設(shè)備保護(hù)裝置較少及大部分設(shè)備未參與集中控制等原因，導(dǎo)致所需的生產(chǎn)人員多且兼崗多，加之需要巡視的崗位之間距離長，導(dǎo)致工人勞動(dòng)強(qiáng)度大；最重要的是無法對(duì)重點(diǎn)設(shè)備、倉位、液位進(jìn)行有效監(jiān)控，不利于選煤廠實(shí)現(xiàn)集中控制和精細(xì)操作。因此，必須對(duì)該選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

(1)該選煤廠原集中控制系統(tǒng)僅能完成部分設(shè)備的集中/就地控制和簡單閉鎖，一旦生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)故障，只能按照原控制回路對(duì)每個(gè)控制點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)逐一排查。此外，煤泥水處理系統(tǒng)的大部分設(shè)備未被納入集中控制系統(tǒng)，只能通過增加崗位人員現(xiàn)場控制設(shè)備啟停，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，且影響主選系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，不利于生產(chǎn)設(shè)備的集中控制。該選煤廠設(shè)備控制回路結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其中KJ為集控信號(hào)，JDJ為就地控制信號(hào)，SB1為起車信號(hào)，SB2為停車信號(hào)，DZJ為綜合保護(hù)信號(hào)，KM為接觸器的返回信號(hào)。

圖1 設(shè)備控制回路結(jié)構(gòu)示意圖

(2)煤泥處理系統(tǒng)、新老泵房、浮選系統(tǒng)等主要環(huán)節(jié)均需手動(dòng)操作，無法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一啟停車。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，每臺(tái)設(shè)備給料量的大小基本都要崗位人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或現(xiàn)場情況確定，不但需要的操作工多，人員分布廣，而且容易因上下環(huán)節(jié)給料量不匹配引發(fā)全廠煤泥水處理系統(tǒng)生產(chǎn)事故等，進(jìn)而影響整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這不僅增加了崗位人員處理和避免事故的勞動(dòng)強(qiáng)度，還不利于統(tǒng)一控制和操作。

(3)全廠的大型帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)、溜槽均無安全報(bào)警和保護(hù)裝置，生產(chǎn)事故率高，溜槽堵塞事故時(shí)常發(fā)生，而事故處理效率低，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)；基本每個(gè)帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)都要工人看護(hù)，需要投入的人力資源較多。

(4)塊煤倉、粒煤倉、精煤倉均無倉位監(jiān)控系統(tǒng)，僅通過崗位人員現(xiàn)場觀察倉內(nèi)煤位，操作皮帶小車控制進(jìn)煤量；在這種情況下，崗位人員必須時(shí)刻注意倉位情況，無形中造成了勞動(dòng)力的流失。此外，集中控制中心不能及時(shí)了解倉內(nèi)煤位，對(duì)生產(chǎn)指揮造成很大影響。

(5)原自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間長，很多備品備件已被淘汰，很難找到匹配的生產(chǎn)廠家，甚至無生產(chǎn)廠家，且配件價(jià)格逐年上升，有的比現(xiàn)有性能更好的配件價(jià)格還貴，這不但嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，而且導(dǎo)致材料成本不斷攀升。目前，該自動(dòng)控制系統(tǒng)每年投入的材料購置費(fèi)多達(dá)60萬元，隨著系統(tǒng)的不斷老化，未來的材料購置費(fèi)和維護(hù)費(fèi)將更高。

針對(duì)上述生產(chǎn)問題，該選煤廠通過投入大量的人力資源(415人)為安全、正常生產(chǎn)提供保障，導(dǎo)致人力資源成本居高不下，給企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升造成不良影響。基于企業(yè)目前的生產(chǎn)現(xiàn)狀和未來的發(fā)展需要，急需對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造。

2 升級(jí)改造方案

2.1 集中控制系統(tǒng)升級(jí)改造

(1)為了給全廠設(shè)備集中控制點(diǎn)和信號(hào)點(diǎn)提供足夠的輸入量和輸出量，新集中控制系統(tǒng)選用PLC400+EM200[1]系統(tǒng)框架。此外，為了解決變頻設(shè)備較多、電磁干擾較大的問題，確保集中控制系統(tǒng)、單機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)等穩(wěn)定運(yùn)行，以德國赫茲曼RS20系列交換機(jī)作為核心交換機(jī)，構(gòu)建工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)(圖2)數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)[2]。此時(shí)，全廠除跳汰機(jī)、浮選機(jī)、加壓過濾機(jī)、壓濾機(jī)、空壓機(jī)及部分閥門外，其余設(shè)備均可實(shí)現(xiàn)集中啟停。

設(shè)計(jì)時(shí)分別在1PD、33PD、64PD、7PD、11PD、34PD等6個(gè)配電站建立PLC分站，其中1PD、33PD都配有PLC，可以單獨(dú)作為環(huán)網(wǎng)主站點(diǎn)接收上位機(jī)和現(xiàn)場控制信號(hào)[3]，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備控制。兩個(gè)環(huán)網(wǎng)主站點(diǎn)一備一用(33PD主站點(diǎn)實(shí)時(shí)運(yùn)行)，能夠保證集控系統(tǒng)正常運(yùn)行。

圖2 工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

全廠集中控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用SIEMENS SIMATIC 全集成自動(dòng)化系統(tǒng)方案，網(wǎng)絡(luò)選用西門子PROFINET工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)，通過光纖環(huán)網(wǎng)連接主站與分站，對(duì)集中控制系統(tǒng)參控設(shè)備進(jìn)行程序自動(dòng)控制。與原控制系統(tǒng)相比，新控制系統(tǒng)的QL、SB1、SB2、KM、DZJ和其它保護(hù)信號(hào)全部輸入PLC，控制回路(圖3)由串行控制變成并行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)每個(gè)輸入信號(hào)的故障點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)檢測(cè)，且每個(gè)故障點(diǎn)都通過程序設(shè)計(jì)一個(gè)報(bào)警提示，一旦出現(xiàn)生產(chǎn)事故，故障原因一目了然。

圖3 新集中控制系統(tǒng)控制回路程序

圖3中1部分完成對(duì)設(shè)備集中/就地控制的選擇，2部分完成對(duì)設(shè)備集中自動(dòng)/手動(dòng)控制的選擇，3部分完成對(duì)設(shè)備所有故障點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果的執(zhí)行選擇，如果存在故障點(diǎn)，設(shè)備就無法開機(jī)。 對(duì)于全廠的特殊設(shè)備，如刮板等，控制回路程序根據(jù)現(xiàn)場具體情況有所變動(dòng)。另外，為生產(chǎn)系統(tǒng)中重要設(shè)備增加的智能保護(hù)設(shè)施，如皮帶跑偏、撕裂保護(hù)等，也會(huì)根據(jù)實(shí)際檢測(cè)原理設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的檢測(cè)程序。

(2)全廠24臺(tái)帶式輸送機(jī)、22臺(tái)刮板輸送機(jī)、6臺(tái)斗提機(jī)、2臺(tái)破碎機(jī)、8個(gè)溜槽均實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖保護(hù)與故障點(diǎn)顯示，便于迅速掌握故障信息，組織人員迅速處理，防止事故擴(kuò)大，節(jié)省維修時(shí)間。

(3)全廠18個(gè)倉位、12個(gè)液位全部納入集中控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配倉和水泵自動(dòng)運(yùn)行，且生產(chǎn)數(shù)據(jù)直接顯示在顯示屏上，無需崗位人員到現(xiàn)場測(cè)量。

(4)為粗煤泥離心機(jī)增加聯(lián)鎖保護(hù)裝置，如果離心機(jī)因故障停車，上級(jí)閥門立即關(guān)閉，并使對(duì)應(yīng)的給料泵聯(lián)鎖停車，這不僅解決了因離心機(jī)突然停車造成的冒水難題，還使崗位人員勞動(dòng)強(qiáng)度大大減輕。

(5)將采用變頻啟動(dòng)的末精煤離心機(jī)納入集中控制系統(tǒng)，可以在調(diào)度室選擇性地啟動(dòng)，并可隨時(shí)調(diào)整其工作頻率，進(jìn)而控制產(chǎn)品水分。

(6)將機(jī)頭翻板由手動(dòng)改造為電液動(dòng)，并納入集中控制系統(tǒng)，無需人工就地操作，工人勞動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)一步降低。

(7)實(shí)現(xiàn)調(diào)度室準(zhǔn)確顯示設(shè)備的帶電、停電、運(yùn)行狀態(tài)，即帶電狀態(tài)為紅色、停電狀態(tài)為黃色、運(yùn)行狀態(tài)為綠色，便于安全監(jiān)控，安全生產(chǎn)的可靠性提高。

(8)快開脫水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互鎖與聯(lián)鎖小集控，即崗位司機(jī)在操作室內(nèi)，一人即可完成快開壓濾機(jī)、刮板輸送機(jī)、給料泵等11臺(tái)設(shè)備的操作和監(jiān)控。

2.2 設(shè)備保護(hù)升級(jí)改造

(1)將全廠帶式輸送機(jī)保護(hù)納入集中控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一級(jí)跑偏報(bào)警，二級(jí)跑偏停車，失速打滑報(bào)警，皮帶撕裂停車，從而提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性和可靠性。

(2)為全廠刮板輸送機(jī)安裝刮板錯(cuò)牙、斷鏈保護(hù)裝置，并將所有保護(hù)信號(hào)納入集中控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)牙、斷鏈及時(shí)報(bào)警，并可在第一時(shí)間內(nèi)通知巡崗人員和機(jī)電人員處理，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大[4]。

(3)針對(duì)破碎機(jī)電機(jī)和皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)而內(nèi)部齒輥不轉(zhuǎn)的情況，在齒輥轉(zhuǎn)動(dòng)軸位置安裝斷銷保護(hù)裝置，目的是解決皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)而內(nèi)部齒輥不轉(zhuǎn)造成的破碎機(jī)和上層溜槽堵塞問題。

(4)為6臺(tái)斗提機(jī)安裝錯(cuò)方掉道保護(hù)裝置，在斗提機(jī)出現(xiàn)錯(cuò)方時(shí)能夠及時(shí)報(bào)警，以避免掉道事故的發(fā)生。

(5)在機(jī)頭位置增加溜槽防堵報(bào)警裝置，該裝置采用光電紅外對(duì)射方式，如果溜槽存在積煤且紅外線被遮擋，裝置隨即報(bào)警。

2.3 泵類控制與閥門升級(jí)改造

(1)煤化工泵房5臺(tái)自吸泵、污水站4臺(tái)污水處理泵、生產(chǎn)泵房4臺(tái)清水泵均可實(shí)現(xiàn)集中啟停車，現(xiàn)場視頻監(jiān)控與泵、閥門之間形成同步聯(lián)鎖，即集控室設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，現(xiàn)場攝像機(jī)云臺(tái)同步工作，將攝像頭對(duì)準(zhǔn)正在啟動(dòng)的設(shè)備，在調(diào)度室通過視頻監(jiān)控即可清楚的看到設(shè)備啟停狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度室一鍵啟停車。

(2)新老泵房所有泵的進(jìn)出料閥門全部采用電液動(dòng)控制，并在出料閥門增加位移和限位控制。泵和閥門全部納入集中控制系統(tǒng)，二者之間形成閉鎖，程序設(shè)定先開泵，再開入料閥門，最后開出料閥門；閥門開度大小在集控室顯示，可在調(diào)度室手動(dòng)操作泵的啟停和閥門的開關(guān)。

2.4 視頻監(jiān)控升級(jí)改造

(1)新安裝視頻監(jiān)控點(diǎn)116個(gè)，能夠監(jiān)控全廠設(shè)備的運(yùn)行，且可在調(diào)度室循環(huán)顯示。

(2)全廠現(xiàn)有視頻監(jiān)控與設(shè)備之間形成聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備發(fā)生故障停車時(shí)，對(duì)應(yīng)監(jiān)控畫面自動(dòng)彈出，且設(shè)備故障未解除前，監(jiān)控畫面始終顯示。

(3)在生產(chǎn)車間停車檢修時(shí)，可以清楚看到全廠設(shè)備檢修點(diǎn)的工作情況，能夠隨時(shí)掌握設(shè)備檢修進(jìn)度。

(4)增加一套廣播通訊對(duì)講系統(tǒng)和故障信息發(fā)送系統(tǒng)，并分成四個(gè)子區(qū)域，既可實(shí)現(xiàn)分區(qū)域通知，又可實(shí)現(xiàn)全廠通知，便于通訊指揮。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

(1)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化升級(jí)改造前，該選煤廠維護(hù)集中控制系統(tǒng)的費(fèi)用約為60萬元；而生產(chǎn)系統(tǒng)升級(jí)改造后，每年僅需24萬元，即每年平均節(jié)約36萬元。

(2)此次改造設(shè)備投入約420萬元，這些設(shè)備每年的折舊費(fèi)為26.60萬元；另外，改造中的主要設(shè)備均為電子設(shè)備，功率較低，所增加的成本可忽略不計(jì)。

(3)該選煤廠通過升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)了人力資源的優(yōu)化配置，每年可節(jié)約人力成本約1 100萬元。

3.2 社會(huì)效益

通過生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)了選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)的集中控制，提高了自動(dòng)化管理水平，有助于減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)一步完善各類設(shè)備的故障報(bào)警顯示功能，不但能夠避免生產(chǎn)事故擴(kuò)大，減少設(shè)備損失和影響生產(chǎn)時(shí)間，而且能夠提高設(shè)備故障的處理效率，減少生產(chǎn)時(shí)間和生產(chǎn)成本。

4 結(jié)語

在當(dāng)前煤炭形勢(shì)嚴(yán)峻的情況下，針對(duì)投產(chǎn)時(shí)間長、工藝系統(tǒng)相對(duì)落后的實(shí)際狀況，陳四樓選煤廠克服多種困難，借鑒兄弟單位的成功經(jīng)驗(yàn)，大膽應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建全廠主要設(shè)備視頻監(jiān)控、全廠集控聯(lián)鎖、故障點(diǎn)報(bào)警與顯示及一鍵啟停等管理系統(tǒng)，不但解決了崗位人員兼崗情況較多，所需巡視崗位之間距離長，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，而且使生產(chǎn)效率大大提高，人力資源成本大幅降低，為企業(yè)未來發(fā)展貢獻(xiàn)了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1] 朱曉菲,朱勝利,薛安克.EM200在分布式探測(cè)站組網(wǎng)通信的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2011,34(21):55-58.

[2] 汪直剛.管控一體化的工業(yè)以太網(wǎng)平臺(tái)[J].電氣自動(dòng)化,2008,30(6):11-13.

[3] 吳學(xué)文,曾 凌,張曉裕,等.PLC網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)間的Modbus協(xié)議通信設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化,2005(11):57-59,64.

[4] 王翠清,王瑛琳.刮板輸送機(jī)故障檢測(cè)保護(hù)裝置的研究與應(yīng)用[J].選煤技術(shù)，2007(3):50-52.

Coal cleaning system automation upgrading at Chensilou Coal Preparation Plant

TANG Qiu-lin

(Chensilou Coal Preparation Plant, Henan Energy Yongmei (Group) Co., Ltd., Yongcheng, Henan 476600, China)

Nowadays, the coal output far exceeds demand and the economic growth as a whole is slackening off. Such being the case, the only way for ensuring the survival of coal enterprise is to reduce production cost, especially, the cost of human resources in old coal processing and preparation enterprises. This issue has become a program under study or implementation by various kinds of coal-related business. Chensilou Coal Preparation Plant is low in automation level and high in manpower demand. For tackling this problem, work is made on the upgrading of the automation level of the targeted aspects of the plant's operating system. The enhancement work has led to reduction of workforce and the number of the personnel holding one or more jobs concurrently, and labour intensity and cost, bringing forth for the plant a favourable social and economic result.

coal preparation plant; production system; enhancement of automation level; cost of human resources

1001-3571(2016)05-0080-04

TD948.9

B

2016-09-14

10.16447/j.cnki.cpt.2016.05.022

湯秋林(1984—)，男，江蘇省昆山市人，工程師，從事選煤生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

E-mail：tangqiulin@126.com Tel:13603701384

湯秋林.陳四樓選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化升級(jí)改造[J].選煤技術(shù)，2016(5)：80-83.