張家峁選煤廠主要設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

張建安，高沛林，薛勝軍，李 軍，張喜軍

(1.陜煤集團 神木張家峁礦業(yè)有限公司，陜西 神木 719300；2.西安科技大學(xué)，陜西 西安 710054)

隨著選煤工業(yè)的發(fā)展及煤炭清潔高效利用要求的提高，我國選煤廠正在逐步向工藝靈活化、設(shè)備大型化及控制自動化的方向轉(zhuǎn)變[1-3]。隨著選煤廠設(shè)備數(shù)量的不斷增加，電機功率大幅提高，這給設(shè)備管理與維護提出了更高的要求[4-5]。在生產(chǎn)過程中，提高設(shè)備完好率，減少停機時間和降低維修成本[6-7]，對企業(yè)的高效生產(chǎn)有著十分重要的意義。

張家峁選煤廠是一座洗選能力為10 Mt/a的礦井型動力煤選煤廠，主選采用以淺槽重介分選機為核心設(shè)備的洗選工藝。目前，選煤廠中工作功率>45 kW的設(shè)備共有31臺，且采用人工巡檢方式，這不但不便于設(shè)備管理和維護，而且不利于及時發(fā)現(xiàn)其存在的安全隱患，更不能實現(xiàn)利用設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)對其健康狀況進行評估及全生命周期管理的目標(biāo)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，給企業(yè)造成較大損失。為此，針對該選煤廠的設(shè)備布局，在現(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)和iFix監(jiān)測監(jiān)控軟件的基礎(chǔ)上設(shè)計出在線監(jiān)測系統(tǒng)，目的是實現(xiàn)對主要設(shè)備運行狀態(tài)(溫度和振動)進行實時監(jiān)測，確保能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，保證其處于健康運行的狀態(tài)。

1 生產(chǎn)過程和主要設(shè)備

張家峁選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)由地面生產(chǎn)系統(tǒng)、塊煤洗選系統(tǒng)及煤泥水處理系統(tǒng)等構(gòu)成。地面生產(chǎn)系統(tǒng)主要設(shè)備包括帶式輸送機、破碎機、刮板輸送機及分級篩等，在生產(chǎn)過程中，先將原煤倉的原煤通過給煤機和帶式輸送機送入破碎機，破碎物料經(jīng)過帶式輸送機和刮板輸送機進入馳張篩，篩下末煤經(jīng)過帶式輸送機送入末煤產(chǎn)品倉，篩上塊煤由帶式輸送機送入洗選系統(tǒng)。塊煤洗選系統(tǒng)的主要設(shè)備包括介質(zhì)泵、離心脫水機及帶式輸送機等，介質(zhì)泵先將重介懸浮液泵入淺槽重介分選機，再將脫泥后的塊煤送入淺槽重介分選機，重介精煤經(jīng)過脫介、脫水后被帶式輸送機送入產(chǎn)品倉，稀介由稀介泵泵入磁選機。煤泥水處理系統(tǒng)主要設(shè)備包括旋流器入料泵、煤泥離心機、澄清水泵及壓濾機入料泵等，入料泵將脫泥后的煤泥水送入旋流器，然后分離出粗煤泥和煤泥水，煤泥水被送入濃縮池，并加藥澄清，澄清水可泵出再利用，沉淀后的煤泥被泵入壓濾機脫水，最終成為煤泥產(chǎn)品。

2 在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

對于選煤廠的主要設(shè)備而言，在線監(jiān)測的任務(wù)就是利用無線溫度和振動傳感器實時檢測設(shè)備的運行溫度和振動情況[8-9]，并由此判斷與評價設(shè)備的健康狀況，傳感器所檢測到的實時數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送到集控中心并予以保存，從而實現(xiàn)顯示及故障狀態(tài)報警等功能。

2.1 硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計是建立在選煤廠已有的工業(yè)以太網(wǎng)基礎(chǔ)上的。根據(jù)設(shè)備布局，設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)由動篩車間、原煤棧橋、主廠房及產(chǎn)品倉等單元構(gòu)成，每個單元設(shè)置1臺工業(yè)以太網(wǎng)交換機，并與數(shù)據(jù)采集分站連接。動篩車間和原煤棧橋單元中設(shè)置2個數(shù)據(jù)采集分站和5個無線采集器，主廠房單元中設(shè)置3個數(shù)據(jù)采集分站和6個無線采集器，產(chǎn)品倉單元中設(shè)置2個數(shù)據(jù)采集分站和3個無線采集器。無線采集器用于采集設(shè)備的溫度與振動數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)采集分站用于讀取采集器所采集的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)服務(wù)器通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機讀取每個數(shù)據(jù)采集分站中的數(shù)據(jù)，并對其進行分類、處理及存儲，監(jiān)控主機用于顯示數(shù)據(jù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的管理報表及監(jiān)測設(shè)備運行狀況。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖

各設(shè)備選用型號分別為：KJ201C-F數(shù)據(jù)采集分站，KJ201C-D-8無線數(shù)據(jù)采集器，KJ201-W-PT100無線溫度傳感器，KJ201-WZ1振動傳感器。生產(chǎn)時，對帶式輸送機、刮板輸送機、破碎機、振動篩、泵(入料泵、稀介泵等)、離心脫水機等設(shè)備進行實時檢測，在被監(jiān)測的31臺設(shè)備和15臺減速機的機殼和機軸上均設(shè)置有溫度傳感器，在帶式輸送機、刮板輸送機及入料泵電動機的機殼和機軸及減速機的機殼和軸上均設(shè)置有振動傳感器。

2.2 軟件設(shè)計

檢測系統(tǒng)和選煤廠的集中控制系統(tǒng)共用一個iFix5.1軟件平臺，iFix軟件的核心是數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控(SCADA)，SCADA的基本功能是采集數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)及過程控制[10-11]。iFix通過OPC(用于過程控制的OLE)與數(shù)據(jù)采集分站通信，并用于讀取各個采集分站檢測到的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。OPC采用客戶機/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，OPC服務(wù)器有三個層次的對象，即服務(wù)器(Server)、組(Group)及項(Item)，項對應(yīng)從每個分站所讀取的數(shù)據(jù)。iFix作為客戶端，用于訪問OPC服務(wù)器采集到的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入驅(qū)動器映射表(DIT)中，其掃描報警控制程序(SAC)，從DIT中讀取數(shù)據(jù)，并對其進行處理和分類，然后將其存入過程數(shù)據(jù)庫(PDB)。iFix通過工作臺(Workspace)訪問PDB中的數(shù)據(jù)，并結(jié)合人/機交互(MHI)功能，實現(xiàn)顯示設(shè)備運行狀態(tài)、故障報警、歷史數(shù)據(jù)查詢及設(shè)備的健康狀態(tài)評估與預(yù)測等功能[12]。

3 運行結(jié)果

結(jié)合系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計功能，對系統(tǒng)硬件進行安裝、連接與調(diào)試，對系統(tǒng)軟件進行數(shù)據(jù)采集、處理及存儲，并進行人/機交互畫面程序的調(diào)試，進而實現(xiàn)主要設(shè)備運行狀態(tài)的在線監(jiān)測功能，如查詢設(shè)備臺帳、運行記錄、歷史狀態(tài)及運行狀態(tài)參數(shù)，并對設(shè)備故障報警等。

通過主要設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測畫面(圖2、圖3)，可以調(diào)用設(shè)備的運行狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)，如調(diào)用201帶式輸送機的運行參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)(圖4、圖5)后，可對設(shè)備運行狀態(tài)進行分析。

圖2 各設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測畫面

圖3 各設(shè)備實時數(shù)據(jù)監(jiān)測畫面

圖4 201帶式輸送機運行狀態(tài)監(jiān)測畫面

圖5 201帶式輸送機歷史數(shù)據(jù)畫面

4 結(jié)語

張家峁選煤廠根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)中的主要設(shè)備及運行狀態(tài)的監(jiān)測要求，在現(xiàn)有的工業(yè)以太網(wǎng)和iFix軟件平臺的基礎(chǔ)上，設(shè)計出在線監(jiān)測系統(tǒng)，經(jīng)過安裝與調(diào)試后，其能夠滿足主要設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、運行狀態(tài)記錄、故障報警及歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)了設(shè)備管理的信息化，提高了設(shè)備運行的完好率，減少了停機時間，降低了維修成本，同時也為設(shè)備健康狀況的進一步評估奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1] 石 煥,程宏志,劉萬超.我國選煤技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2016,44(6):169-174.

[2] 程宏志.我國選煤技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].選煤技術(shù),2012(2):79-83.

[3] 孫翠芝.中國選煤機械發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展方向分析[J].中國煤炭,2012,38(9):79-82,110.

[4] 何 龍.選煤廠選煤機械設(shè)備的維護管理[J].機械管理開發(fā),2017,32(6):193-194.

[5] 苗永新,馬海林,王志榮.煤礦設(shè)備動態(tài)管理信息系統(tǒng)設(shè)計[J].工礦自動化,2013,39(5):87-89.

[6] 鄭維國,關(guān) 國.設(shè)備巡點檢系統(tǒng)在常村選煤廠的應(yīng)用[J].煤炭工程,2016,48(10):34-36.

[7] 劉文昌,石燕峰.選煤廠設(shè)備管理中存在的問題及其對策[J].煤炭經(jīng)濟研究,2014,34(1):67-69.

[8] 王國彪,何正嘉,陳雪峰,等.機械故障診斷基礎(chǔ)研究“何去何從”[J].機械工程學(xué)報,2013,49(1):63-72.

[9] 蔡先鋒.選煤廠設(shè)備健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].選煤技術(shù),2015(6):66-70.

[10] 陶 崢,陳曾漢.基于OPC及工業(yè)以太網(wǎng)的iFIX與PLC的通信[J].計算機工程與設(shè)計,2009,30(8):2064-2066,2070.

[11] 楊曉鵬,鄭 晟,郝振宇.基于PLC和IFIX的廢水處理系統(tǒng)設(shè)計[J].煤炭工程,2017,49(7):25-28.

[12] 高秀琴.煤礦設(shè)備管理信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].太原:太原理工大學(xué),2008.