馬頭洗選廠集控系統(tǒng)升級(jí)改造實(shí)踐

張紹先

(冀中能源峰峰集團(tuán) 馬頭洗選廠，河北 邯鄲 056045)

馬頭洗選廠隸屬于冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司，是冀中能源集團(tuán)的主力選煤廠，也是我國(guó)“一五”期間由蘇聯(lián)援建的156項(xiàng)重點(diǎn)工程之一。目前，其實(shí)際洗選能力在5 Mt/a以上，原煤采用不脫泥方式入選，主選工藝為全重介分選、直接浮選的聯(lián)合工藝；入選原煤主要來(lái)自峰峰集團(tuán)所屬的梧桐莊礦、羊渠河礦、新三礦等，主導(dǎo)產(chǎn)品為十級(jí)冶煉精煤，用戶(hù)主要包括武鋼、邯鋼、安鋼等。

多年來(lái)，馬頭洗選廠堅(jiān)持以創(chuàng)新管理和科技進(jìn)步為動(dòng)力，以信息自動(dòng)化建設(shè)與應(yīng)用為中心，不斷改善生產(chǎn)方式，構(gòu)建了選煤生產(chǎn)集中控制、重介質(zhì)密度自動(dòng)測(cè)控、浮選參數(shù)自動(dòng)測(cè)控、調(diào)車(chē)作業(yè)集中控制、視頻監(jiān)控、配電自動(dòng)化等大型信息自動(dòng)化系統(tǒng)。如今馬頭洗選廠正向裝備現(xiàn)代化、辦公信息化、管理精細(xì)化、發(fā)展科學(xué)化、生產(chǎn)智能化方向發(fā)展，力爭(zhēng)將其建成京津冀最大、全國(guó)一流的現(xiàn)代化選煤廠。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

馬頭洗選廠原集控系統(tǒng)于2006年改造成功并投入運(yùn)行，隨著使用時(shí)間的推移，其在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了較多問(wèn)題，且自動(dòng)化控制功能和信息化功能不夠完善，這不僅不利于生產(chǎn)管理，還不利于各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)較好實(shí)現(xiàn)，已不能適應(yīng)日益完善的生產(chǎn)工藝要求。主要原因如下：

(1)隨著設(shè)備的更新?lián)Q代，部分備件已退出市場(chǎng)，設(shè)備配件的采購(gòu)與更換得不到保障；隨著生產(chǎn)工藝的不斷變化，部分舊設(shè)備被替換，部分新設(shè)備投入應(yīng)用，原集控系統(tǒng)的控制要求隨之改變，不能適應(yīng)生產(chǎn)工藝的要求。

(2)原集控系統(tǒng)的抗干擾性較差，在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備無(wú)規(guī)律“偷?！钡那闆r時(shí)有發(fā)生，無(wú)法保證穩(wěn)定生產(chǎn)和安全生產(chǎn)[1]。

(3)原集控系統(tǒng)自成一家，并未融合在一起，導(dǎo)致生產(chǎn)與管理效率低下；其冗余性、可擴(kuò)展性較差，導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性、功能多樣化受到限制。為了實(shí)現(xiàn)協(xié)同式作業(yè)，需要對(duì)原集控系統(tǒng)進(jìn)行整體性重構(gòu)[2]。

(4)隨著管理水平的提升，生產(chǎn)管理的精細(xì)化要求越來(lái)越高，自動(dòng)化水平需要進(jìn)一步提升。這就需要提高生產(chǎn)過(guò)程的控制能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力、料位、液位等數(shù)據(jù)的監(jiān)控與報(bào)警，達(dá)到選煤生產(chǎn)的全過(guò)程可視和可控管理。

綜上所述，馬頭洗選廠需要借助集控系統(tǒng)升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)基于生產(chǎn)集控的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，助力各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的提升，并實(shí)現(xiàn)減人增效的目標(biāo)。

2 改造內(nèi)容

此次生產(chǎn)集控系統(tǒng)升級(jí)改造共涉及圓環(huán)鏈、篩機(jī)、帶式輸送機(jī)等16大項(xiàng)生產(chǎn)設(shè)備，具體改造內(nèi)容包括設(shè)備控制方式的再造、各類(lèi)信號(hào)狀態(tài)的采集顯示與集中管理等，并對(duì)崗位應(yīng)答系統(tǒng)、電鈴預(yù)警系統(tǒng)及其他控制功能進(jìn)一步完善，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的相融相合。

(1)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，編寫(xiě)功能豐富、簡(jiǎn)潔明了的PLC程序，替換原PLC站柜，并搭配先進(jìn)的硬件設(shè)施，提高集控系統(tǒng)的冗余性和可擴(kuò)展性。針對(duì)抗干擾性差、穩(wěn)定性差的問(wèn)題，將原生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行信號(hào)由采集接觸器常閉觸點(diǎn)改為常開(kāi)觸點(diǎn)，并增加隔離繼電器，同時(shí)將原控制和信號(hào)電壓全部由DC24V改為AC220V。另外，將原PLC站間的單路電信號(hào)傳輸改為以光纖為媒介的環(huán)網(wǎng)連接[3]，以保證和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的安全性、高效性、連續(xù)性。

(2)將原遠(yuǎn)程/就地轉(zhuǎn)換旋鈕移至上位機(jī)上，實(shí)現(xiàn)權(quán)限的上移、集中管理與操作；優(yōu)化崗位應(yīng)答系統(tǒng)、電鈴預(yù)警系統(tǒng)，并將遠(yuǎn)程/就地轉(zhuǎn)換按鈕替換成急停按鈕，以提高操作速度，并保證安全生產(chǎn)與檢修[4]。

(3)通過(guò)二次控制線路更改，并與PLC程序搭配，實(shí)現(xiàn)一鍵式流程化啟停車(chē)，以提高設(shè)備啟停速度與生產(chǎn)自動(dòng)化水平[5]。每臺(tái)參控設(shè)備對(duì)應(yīng)兩個(gè)PLC輸入點(diǎn)，一個(gè)作為設(shè)備的運(yùn)行信號(hào)點(diǎn)，一個(gè)作為設(shè)備急停按鈕的狀態(tài)信號(hào)點(diǎn)；其對(duì)應(yīng)兩個(gè)PLC輸出點(diǎn)，一個(gè)作為遠(yuǎn)程/就地轉(zhuǎn)換點(diǎn)，一個(gè)作為設(shè)備的遠(yuǎn)程自動(dòng)啟停點(diǎn)。通過(guò)上位機(jī)組態(tài)畫(huà)面的遠(yuǎn)程/就地、軟解鎖/軟閉鎖、硬解鎖/硬閉鎖等操作，結(jié)合邏輯嚴(yán)謹(jǐn)、各功能相互關(guān)聯(lián)的PLC程序，實(shí)現(xiàn)一鍵式流程化啟停車(chē)，這有利于提高生產(chǎn)效率。

(4)上位機(jī)組態(tài)畫(huà)面的不同樣式對(duì)應(yīng)設(shè)備的不同狀態(tài)，其能夠清楚地反映設(shè)備的運(yùn)行、停止、遠(yuǎn)程、就地、解鎖、閉鎖等狀態(tài)[6]。為了快速查找故障設(shè)備和故障原因，構(gòu)建了生產(chǎn)報(bào)警記錄系統(tǒng)，用于查詢(xún)生產(chǎn)過(guò)程中的各種操作記錄、設(shè)備運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)等，以大幅縮短故障處理時(shí)間。

(5)優(yōu)化集控系統(tǒng)功能，采集液位、料位、壓力、皮帶秤等主要技術(shù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警、記錄及集中管理，并自動(dòng)生成實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線[7]，達(dá)到選煤生產(chǎn)的全過(guò)程可控與可視，以提高生產(chǎn)的數(shù)據(jù)化和信息化水平。

(6)基于生產(chǎn)集控的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，將孤立的分布式視頻監(jiān)控、調(diào)度電話(huà)通訊等與生產(chǎn)集控系統(tǒng)融合，其集生產(chǎn)控制自動(dòng)化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息化、管理全方位化為一體[8]。這些系統(tǒng)全部集中在新集控室，從而形成綜合性的生產(chǎn)指揮中心。

基于生產(chǎn)集控的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

(1)精細(xì)化劃分系統(tǒng)。重新劃分設(shè)備所屬系統(tǒng)，并將系統(tǒng)細(xì)分為灌倉(cāng)系統(tǒng)、原煤系統(tǒng)、單號(hào)系統(tǒng)、雙號(hào)系統(tǒng)、濃縮系統(tǒng)、產(chǎn)品運(yùn)輸系統(tǒng)等[9]，既能按照生產(chǎn)工藝要求依次分步執(zhí)行，又能根據(jù)選擇開(kāi)啟某個(gè)系統(tǒng)或多個(gè)系統(tǒng)，有利于合理組織生產(chǎn)。此外，根據(jù)工藝情況、設(shè)備啟停時(shí)間，合理設(shè)置設(shè)備的啟停時(shí)間間隔，防止啟車(chē)時(shí)電流沖擊過(guò)大及停車(chē)時(shí)“跑煤”等情況的發(fā)生。

(2)生產(chǎn)安全性提高。在PLC程序內(nèi)增加軟解鎖/軟閉鎖功能，與現(xiàn)場(chǎng)硬解鎖/硬閉鎖形成雙重保險(xiǎn)。在閉鎖狀態(tài)下，關(guān)聯(lián)設(shè)備可以互相制約，能夠防止“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象的發(fā)生和生產(chǎn)事故擴(kuò)大化；在解鎖狀態(tài)下，通過(guò)PLC程序能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程/就地?zé)o擾切換。生產(chǎn)過(guò)程中單臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備停車(chē)或出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)解鎖與就地轉(zhuǎn)換功能，在不影響整體生產(chǎn)的情況下，檢修人員可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)急停按鈕，斷開(kāi)遠(yuǎn)程和就地操作模式，以保證檢修的安全性；在設(shè)備故障恢復(fù)后，切換成遠(yuǎn)程操作模式。這能夠大幅提高生產(chǎn)與設(shè)備控制的靈活性，避免不必要的生產(chǎn)停車(chē)，并降低事故的影響范圍[10]。

圖1 基于生產(chǎn)集控的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

(3)監(jiān)控系統(tǒng)功能豐富。針對(duì)生產(chǎn)需求專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一套大屏幕窄逢拼接系統(tǒng)，另外配備了12臺(tái)42寸液晶監(jiān)視器，形成一套高清晰度、高智能化、功能完善、技術(shù)先進(jìn)的綜合信息顯示管理控制系統(tǒng)，這是一個(gè)交互式的靈活系統(tǒng)[11]，能夠?qū)崿F(xiàn)各類(lèi)信息屏上顯示。監(jiān)控系統(tǒng)融入了百余個(gè)分布式崗位視頻監(jiān)控點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了在新集控室遠(yuǎn)程直觀地監(jiān)視整個(gè)廠區(qū)各個(gè)重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，使現(xiàn)場(chǎng)情況更加清晰明了，實(shí)現(xiàn)了部分崗位無(wú)人值守，能夠促進(jìn)減人增效的實(shí)施。生產(chǎn)調(diào)度通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多方通話(huà)、強(qiáng)插、強(qiáng)通、會(huì)議、一鍵接打、錄用等功能，功能更加豐富。

4 經(jīng)濟(jì)效益

(1)在集控系統(tǒng)升級(jí)改造后，生產(chǎn)系統(tǒng)的自動(dòng)化、信息化管理水平大幅提高，實(shí)現(xiàn)了一鍵式流程化啟停車(chē)，生產(chǎn)效率大幅提升，工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低，崗位所需工人數(shù)量減少，實(shí)現(xiàn)了減人增效的目的。全廠配備有300臺(tái)設(shè)備，原來(lái)每人看守4臺(tái)設(shè)備，目前每人看守8臺(tái)設(shè)備，崗位工人減少37人，每年節(jié)約的人工成本約為150萬(wàn)元。

(2)在集控系統(tǒng)升級(jí)改造后，不但實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)，而且保證了生產(chǎn)的連續(xù)性，每月因生產(chǎn)事故影響正常選煤的時(shí)間減少約5 h。生產(chǎn)設(shè)備的開(kāi)停效率大幅提高，每月的開(kāi)停車(chē)時(shí)間減少20 h，相同時(shí)間內(nèi)的開(kāi)車(chē)時(shí)間增加約15 h，設(shè)備空載時(shí)間減少約25 h。按照處理能力750 t/h計(jì)算，每月的原煤入選量增加11 250 t；按照精煤產(chǎn)率55%，銷(xiāo)售價(jià)格1 000元/t計(jì)算，每月因原煤入選量增加產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為618萬(wàn)余元。按照設(shè)備功率5 500 kW計(jì)算，每月因生產(chǎn)系統(tǒng)少運(yùn)行節(jié)約的電能為137 500 kW·h；按照電費(fèi)單價(jià)0.62元/(kW·h)計(jì)算，每月節(jié)約電費(fèi)8.50萬(wàn)余元。加上節(jié)約的油耗、介耗、設(shè)備損耗等約3萬(wàn)余元，預(yù)計(jì)每年的節(jié)支增收總額為7 600萬(wàn)余元。

5 結(jié)語(yǔ)

基于生產(chǎn)集控的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，使馬頭洗選廠成為一個(gè)數(shù)字化、透明化工廠，不但實(shí)現(xiàn)了集控系統(tǒng)與生產(chǎn)工藝的完美融合，達(dá)到了生產(chǎn)過(guò)程的高度可控與可視，而且提升了自動(dòng)化、信息化管理水平，達(dá)到了節(jié)能、高效、減人的目的，有助于各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的順利完成。這對(duì)內(nèi)起到了實(shí)實(shí)在在的促進(jìn)安全生產(chǎn)、提升管理、創(chuàng)造效益等作用，對(duì)外起到了行業(yè)示范效應(yīng)。

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