選煤廠自動化系統(tǒng)改造方案研究

許 濤

（兗礦集團(tuán)鄒城華建設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東 鄒城 273500）

選煤廠作為保證礦井煤炭質(zhì)量的主要環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)選煤生產(chǎn)系統(tǒng)自動化、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化、信息智能化、監(jiān)控在線化、減員增效是選煤廠發(fā)展的必由之路，也是礦井效益的可靠保證。

兗礦集團(tuán)大力發(fā)展走出去戰(zhàn)略，本部煤礦大多承擔(dān)著外派人員對接外部礦井工作，東灘煤礦選煤中心外派人員150人，相應(yīng)本部選煤廠的人員數(shù)量明顯減少，不能滿足現(xiàn)有的安全生產(chǎn)需要。為建設(shè)“高效率、高效益”雙高選煤廠，實(shí)施選煤廠智能化升級，建立“穩(wěn)定、可靠、先進(jìn)”的選煤廠智能化控制系統(tǒng)，提高完善選煤廠設(shè)備可靠性、智能化水平，把東灘煤礦選煤廠建設(shè)成“本質(zhì)安全、清潔生產(chǎn)、指標(biāo)領(lǐng)先、經(jīng)濟(jì)高效”的選煤廠，實(shí)現(xiàn)“機(jī)械化換人，自動化、智能化減人”，最終達(dá)到東灘煤礦選煤中心減員至300人的目標(biāo)。

1 選煤廠自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀

（1）全廠分為洗煤、倉前、重介、裝運(yùn)、壓濾機(jī)、密控6個(gè)主站，整體采用多主站架構(gòu)，單個(gè)工藝采用主從架構(gòu)；6個(gè)主站采用CPU414-2DP處理器（密控除外，使用CPU315-2DP處理器），上位機(jī)和各主站、各分站之間采用PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。

（2）2006年自動化系統(tǒng)皮帶機(jī)在原有防偏、急停、拉繩保護(hù)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，增加防滑、堆煤等保護(hù)監(jiān)測，增加3UF5/3UF7電機(jī)綜保數(shù)據(jù)監(jiān)控以及料（液）位計(jì)、皮帶秤、在線灰分儀等內(nèi)容，使自動化系統(tǒng)更趨完善。

（3）2008年在洗煤主站中增加對無壓重介系統(tǒng)的監(jiān)控，同時(shí)增加密控系統(tǒng)主站。

（4）2014年全入洗全重介技術(shù)改造增加浮選主站，采用417-5H雙機(jī)熱備冗余CPU，使用工業(yè)以太網(wǎng)與兩臺安裝WINCC7.0的冗余服務(wù)器進(jìn)行通訊，對新增重介系統(tǒng)、TBS系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

（5）調(diào)度室使用3臺客戶機(jī)與WINCC服務(wù)器連接進(jìn)行自動化操作和監(jiān)視。洗煤、倉前、重介、裝運(yùn)、壓濾機(jī)、密控6個(gè)主站采用PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，洗煤主站安裝CP443-1以太網(wǎng)通訊模塊與新增的浮選主站進(jìn)行通訊。

（6）單機(jī)自動化（未納入自動化系統(tǒng)）：選煤廠單機(jī)自動化設(shè)備包括跳汰機(jī)、壓濾機(jī)、TBS和濃縮機(jī)等，其中跳汰機(jī)使用三菱A系列PLC，壓濾機(jī)和TBS使用西門子S7-300PLC，濃縮機(jī)采用西門子S7-200PLC。

2 選煤廠自動化系統(tǒng)存在的問題

（1）系統(tǒng)不穩(wěn)定，總線傳輸速率低，信號干擾嚴(yán)重

選煤廠現(xiàn)有自動化6個(gè)PLC主站和各自的分站采用DP通信傳輸方式，主站和分站之間通信故障影響范圍大；特別對于洗煤主站的PLC和各個(gè)分站距離遠(yuǎn)，總線傳輸線路老化，且受到沿線的動力電纜、變頻器、大功率電機(jī)干擾，容易造成大范圍系統(tǒng)停車，耽誤生產(chǎn)，同時(shí)造成設(shè)備損壞。

（2）自動化程度低

選煤廠各個(gè)工藝段，沒有對現(xiàn)場的閘板、翻板、分料器、閘閥納入自動化，洗煤工藝切換、煤流流向及分倉入料閘板的控制全靠人員現(xiàn)場手動控制，沒有實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝的遠(yuǎn)程集中自動化控制。

現(xiàn)場設(shè)備包括沉降過濾離心機(jī)、壓濾機(jī)、TBS和濃縮機(jī)等只能實(shí)現(xiàn)單機(jī)的自動化，沒有納入自動化系統(tǒng)。

浮選系統(tǒng)的加藥和浮選攪拌還沒有納入自動化，現(xiàn)場的加藥管理還使用手動閥門，加藥的劑量沒有檢測手段進(jìn)行監(jiān)控，全靠人員經(jīng)驗(yàn)和抽樣化驗(yàn)。

洗煤濃縮泵房底流管路和溢流管路沒有安裝濃度計(jì)，水泵和閘閥沒有參與自動化，需要人員現(xiàn)場控制。

現(xiàn)有的6臺離心機(jī)沒有進(jìn)行自動化控制，現(xiàn)場力矩保護(hù)已經(jīng)不能使用，需要現(xiàn)場人員根據(jù)離心機(jī)扭矩和電流大小，手動調(diào)節(jié)進(jìn)料閥大小，防止離心機(jī)扭矩過大，出現(xiàn)斷軸。

原煤濃縮泵房和生產(chǎn)泵房的水泵和閘板還沒有接入集控系統(tǒng)，不具備遠(yuǎn)程控制，只能就地開停。

揀選配電室控制的皮帶、篩子都沒有接入集控系統(tǒng)，只能就地啟?？刂?。

壓濾車間皮帶、刮板機(jī)、攪拌桶、入料泵還沒有進(jìn)行自動化控制，需要現(xiàn)場人員手動控制。

裝車落煤系統(tǒng)的配煤目前為人工手段配煤，PLC不能根據(jù)檢測到的灰分儀和皮帶秤參數(shù)進(jìn)行自動配煤。

（3）缺乏高效的現(xiàn)場設(shè)備測試手段

皮帶機(jī)、刮板機(jī)沿線配置多種保護(hù)傳感器，人員現(xiàn)場檢修不能直觀了解設(shè)備狀態(tài)及沿線保護(hù)試驗(yàn)，需要和集控室人員溝通了解設(shè)備動作狀態(tài)；現(xiàn)場缺乏語音報(bào)警定位和語音對講設(shè)備。

（4）缺乏設(shè)備狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)的有效監(jiān)測

洗煤中心目前沒有對電機(jī)溫度進(jìn)行監(jiān)測，沒有對車間環(huán)境溫濕度、煤倉瓦斯?jié)舛取}位和報(bào)警設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，不能在參數(shù)異常的情況下對設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的保護(hù)。

（5）低壓配電室電機(jī)綜合保護(hù)器都是獨(dú)立的，沒有融入集控系統(tǒng)，查看電機(jī)運(yùn)行狀況和修改電機(jī)參數(shù)都必須在配電室才能完成，無法遠(yuǎn)程查看、修改電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)和參數(shù)，故障報(bào)警狀況不能立即讀取，實(shí)效性差。

（6）目前選煤廠沒有信息化系統(tǒng)，生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、設(shè)備管理數(shù)據(jù)不能進(jìn)行共享，管理層無法實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場及生產(chǎn)情況，對生產(chǎn)、調(diào)度管理存有一定的滯后性。

3 生產(chǎn)智能化系統(tǒng)方案

3.1 智能化環(huán)境建設(shè)

在智能經(jīng)營中心、智能生產(chǎn)中心和智能資產(chǎn)中心等規(guī)劃方案的實(shí)現(xiàn)過程中，涉及到大量的通訊和數(shù)據(jù)傳輸，需要用到無線網(wǎng)絡(luò)和智能服務(wù)。因此，智能化的環(huán)境是智能化選煤廠實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，計(jì)劃通過集控系統(tǒng)升級，增加工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，增加無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋、智能服務(wù)系統(tǒng)和智能硬件，構(gòu)建選煤廠的智能化環(huán)境建設(shè)。

3.2 PLC主站網(wǎng)絡(luò)改造設(shè)計(jì)

（1）洗煤、裝運(yùn)主站網(wǎng)絡(luò)改造設(shè)計(jì)

洗煤工藝自動化采用1個(gè)西門子S7-400主站，11個(gè)分站；裝運(yùn)系統(tǒng)1個(gè)S7-400主站，4個(gè)分站；采用主從架構(gòu)，11個(gè)分站分別在車間的各樓層配電室；主站和分站之間采用PROFIBUS-DP通信，通信距離遠(yuǎn)程，控制設(shè)備多；經(jīng)過多處大電機(jī)強(qiáng)動力電纜，目前出現(xiàn)經(jīng)常干擾現(xiàn)象，耽誤生產(chǎn)。

設(shè)計(jì)著重于提升總線抗干擾能力，并且易于在有限時(shí)間內(nèi)升級完成，計(jì)劃把DP總線升級為光纜傳輸方式，洗煤和裝運(yùn)PLC主站和IO分站間增加光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，實(shí)現(xiàn)主站與分站之間的光通訊，增加通訊的距離和質(zhì)量，保障傳輸線路的抗干擾能力和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，增加西門子DP中繼器只能延長DP的傳輸距離，對DP的抗干擾能力影響不大，PLC的DP接口本身帶隔離和信號處理功能，光纜環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)使遠(yuǎn)距離傳輸?shù)闹鲝募軜?gòu)分站網(wǎng)絡(luò)更可靠。

該方案通過增加總線光纖轉(zhuǎn)換器，將該總線的電纜通訊轉(zhuǎn)換為光纖通訊，總線光纖轉(zhuǎn)換器直接通過光纖組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了高速率遠(yuǎn)距離傳輸，解決了電磁干擾，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)在光纖斷了的情況下快速完成硬件切換，有效保障生產(chǎn)任務(wù)，做到不影響生產(chǎn)。

（2）其他4個(gè)主站網(wǎng)絡(luò)改造設(shè)計(jì)

倉前、重介、壓濾、密控主站自動化系統(tǒng)各有1套S7-400PLC，其主站下掛接的遠(yuǎn)程IO分站距離近，目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，主站和分站之間仍采用現(xiàn)有的DP通信，主站和上位機(jī)的通信改造成以太網(wǎng)通信，在主站PLC安裝以太網(wǎng)通信模塊，實(shí)現(xiàn)主站和主站之間、主站和上位機(jī)的工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)通信。

3.3 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的搭建是實(shí)現(xiàn)智能化首先需要解決的問題。良好的拓?fù)湓O(shè)計(jì)和設(shè)備選型能夠保證在復(fù)雜電磁環(huán)境和負(fù)載情況下整套系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。東灘智能化系統(tǒng)方案針對無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了一套具有高穩(wěn)定性和良好拓展性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

運(yùn)用嵌入式和高并發(fā)的技術(shù)，以arm和FPGA芯片為核心開發(fā)出來的高可靠性和并發(fā)性的無線接入方案。目前主要應(yīng)用在設(shè)備信號讀取的無線接入，與傳統(tǒng)有線接入PLC的方式相比，大大節(jié)省了成本，提高了可維護(hù)性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分布式處理，提高了數(shù)據(jù)的利用率，從而提高了智能化程度。

4 結(jié)語

通過對東灘煤礦選煤廠自動化系統(tǒng)進(jìn)行改造可以提高選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益，顯著提高單位人員工效，并在保證安全生產(chǎn)的前提下，在科技創(chuàng)新、綠色可持續(xù)生產(chǎn)等方面做出創(chuàng)新和樣板。實(shí)現(xiàn)企業(yè)的減員提效，降低人員成本，節(jié)約電力成本，降低維修費(fèi)成本的目標(biāo)。