黑岱溝選煤廠集中控制系統(tǒng)的升級改造

王志強

(神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司 選煤廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)

為實現(xiàn)選煤廠提高生產(chǎn)效率、提升管理水平和降低人工成本的目的，神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司對選煤廠集中控制系統(tǒng)進行了升級改造。

1 選煤廠集中控制系統(tǒng)概述

神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司黑岱溝選煤廠采用以PLC為主控系統(tǒng)的集中控制系統(tǒng)，利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和電氣技術(shù)等，實現(xiàn)選煤廠生產(chǎn)過程的集中監(jiān)控、集中操作和集中管理。該系統(tǒng)主要分為兩個層面：一是PLC 控制層，包括PLC本地站、遠(yuǎn)程站及現(xiàn)場執(zhí)行、監(jiān)測裝置，其主要功能是控制設(shè)備參數(shù)和監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)；二是工控機監(jiān)控層，其主要功能是完成全廠工藝系統(tǒng)信息的在線檢測[1]，將操作命令傳送給PLC控制層，并對各種工藝參數(shù)值、故障信息進行存儲，以圖標(biāo)、曲線等形式呈現(xiàn)給集控員。

隨著計算機、電氣技術(shù)的不斷革新，選煤設(shè)備及選煤工藝也在迅速更新。而不斷更新、不斷增加的洗選系統(tǒng)與相對落后的自動化系統(tǒng)之間的矛盾也越來越突出。由于黑岱溝選煤廠存在生產(chǎn)管理人員多、成本高、信息化落后等諸多問題，導(dǎo)致盈利大幅下降。為了扭轉(zhuǎn)市場局面，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)節(jié)約勞動力，減少勞動強度，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率、管理水平和增強核心競爭力的目的，最有效辦法就是對集中控制系統(tǒng)進行升級改造和系統(tǒng)自動化水平的完善，使設(shè)備保護和監(jiān)測系統(tǒng)更加可靠，確保選煤生產(chǎn)正常進行。當(dāng)選煤生產(chǎn)過程中設(shè)備發(fā)生故障或安全監(jiān)測系統(tǒng)報警時，能自動切換監(jiān)控視頻畫面，實現(xiàn)信息顯示、數(shù)據(jù)共享和視頻聯(lián)動，故障現(xiàn)場一目了然，可以快速對一般故障做出判斷，安排檢修人員及時進行針對性的處理，避免了此前人員必須到現(xiàn)場查找事故原因、前后聯(lián)絡(luò)、安排檢修等大量浪費的勞力和時間，提高了管理的靈活性，并可建立廠級網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)及網(wǎng)管平臺，將工控網(wǎng)、工業(yè)電視網(wǎng)和辦公網(wǎng)隔離，防止交叉干擾，保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2 集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

黑岱溝選煤廠PLC集中控制系統(tǒng)采用分布式監(jiān)控系統(tǒng)，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自下而上依次分為：現(xiàn)場設(shè)備層、信號及邏輯層、管理及監(jiān)控層。

(1)現(xiàn)場設(shè)備層由電機和電動閥、氣動閥等電氣執(zhí)行機構(gòu)組成。

(2)信號及邏輯層是整個系統(tǒng)最為核心的部分，由CPU主站和遠(yuǎn)程PLC分站組成。主控站設(shè)在集控室，由CPU 模塊、電源模塊、通訊模塊、開關(guān)量I/O 模塊、模擬量I/O 模塊等組成；遠(yuǎn)程分站設(shè)在低壓配電室，由通訊模塊、開關(guān)量I/O 模塊、模擬量I/O 模塊等組成。各控制分站通過以太網(wǎng)相互通訊。

(3)管理及監(jiān)控層是由光纖感溫預(yù)警系統(tǒng)、甲烷一氧化碳預(yù)警系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、配電室感煙系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)、煤質(zhì)管理系統(tǒng)、煤倉位移監(jiān)測及生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)等相互獨立的系統(tǒng)組成。

集中控制系統(tǒng)的控制功能是通過PLC的邏輯控制程序?qū)崿F(xiàn)的，其操作在上位機上進行，集控員在上位機上通過鼠標(biāo)、鍵盤發(fā)布操作指令，系統(tǒng)將按照逆煤流或順煤流依次延時啟機，同時各設(shè)備相應(yīng)投入運行。系統(tǒng)正常停機時，將依照與啟機相反的順序依次延時停機。同時各相關(guān)聯(lián)設(shè)備間在集控程序中設(shè)有程序連鎖及電氣連鎖，當(dāng)其中1臺設(shè)備發(fā)生故障自動停機時，相關(guān)聯(lián)設(shè)備將同時停機，并在上位機彈出設(shè)備故障報警，并做出歷史記錄[2]。所有參與集控系統(tǒng)的設(shè)備，均可實現(xiàn)單臺設(shè)備就地啟停，在集控位時，現(xiàn)場啟車按鈕無效，急停按鈕有效，且在生產(chǎn)時相關(guān)聯(lián)設(shè)備均連鎖停機，

3 改造前的狀況

(1)黑岱溝選煤廠生產(chǎn)能力為30 Mt/a，共有原煤、洗一、洗二、重介、裝車、煤質(zhì)室6個車間，改造前有6個單獨的集中控制室，分別獨立控制。各車間部分插板、翻板、閥門、泵、卸料器等采用現(xiàn)場手動操作，未接入集控系統(tǒng)；空壓機、干霧機、防凍液噴灑系統(tǒng)、封塵劑噴灑系統(tǒng)為單機PLC控制，需單獨操作，占用大量的勞動力，效率低下。

(2)現(xiàn)場部分設(shè)備的保護、監(jiān)測診斷手段不可靠，需要更新完善。黑岱溝選煤廠和哈爾烏素選煤廠亦各自有調(diào)度室，光纖感溫預(yù)警系統(tǒng)、甲烷一氧化碳預(yù)警系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、配電室感煙系統(tǒng)、煤質(zhì)管理系統(tǒng)、煤倉位移監(jiān)測系統(tǒng)等。生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)分別運行在各自的平臺上，導(dǎo)致集控室監(jiān)控畫面多而雜亂，集控員工作繁忙而效率低。

(3)選煤廠工業(yè)電視系統(tǒng)原為模擬攝像頭，設(shè)備老舊，顯示畫面不清晰，部分區(qū)域監(jiān)控有死角，無法滿足當(dāng)前生產(chǎn)管理的要求；工控網(wǎng)、工業(yè)電視網(wǎng)及辦公網(wǎng)相互交叉，工控網(wǎng)存在安全隱患，而且隨著工業(yè)攝像機的增多，傳輸數(shù)據(jù)量增大，造成辦公網(wǎng)絡(luò)緩慢，嚴(yán)重影響正常工作效率。

4 升級改造方案

選煤廠集中控制系統(tǒng)的升級主要分為現(xiàn)場單機自動化設(shè)備改造、完善現(xiàn)場設(shè)備保護和監(jiān)測系統(tǒng)、集控整合、調(diào)度整合、工業(yè)電視系統(tǒng)升級、三網(wǎng)分離等部分。各部分功能系統(tǒng)完善后，整合到一個調(diào)度管理平臺。

(1)現(xiàn)場單機自動化設(shè)備改造。將現(xiàn)場34臺手動操作的電液推桿翻板改為插板控制方式，將133臺原有手動控制插板都增設(shè)限位開關(guān)，將啟停、位置信號接入集控系統(tǒng)，在集控室操作設(shè)備；將洗選二車間現(xiàn)場手動操作閥門11臺，將重介車間現(xiàn)場手動操作的6臺鼓風(fēng)機、6臺空壓機、6臺循環(huán)泵、10個閥門改造為集控操作。

(2)完善現(xiàn)場設(shè)備保護和監(jiān)測系統(tǒng)。將原煤車間8臺帶式輸送機(M11、M21、M31、M41、M12、M22、CM12、CM22)的200臺“五保”裝置改為Dupline現(xiàn)場總線式控制方式；將1002、1004配倉帶式輸送機采用光電傳感器方式，實現(xiàn)集控集中監(jiān)控、精準(zhǔn)定位、自動配倉；增加堵料開關(guān)40個，并將信號接入集控系統(tǒng)。

新增2臺DTS-40光纖測溫主機，在M11、M21、M31、M41、M12、M22、CM12、CM22帶式輸送機兩側(cè)機架槽鋼、電纜橋架內(nèi)敷設(shè)20km感溫光纖。

在全廠重點、關(guān)鍵設(shè)備(膠帶機、破碎站、空壓機、鼓風(fēng)機、循環(huán)泵)上安裝155臺振動傳感器和12臺溫度傳感器。選用艾默生公司產(chǎn)品，基于WirelessHART無線技術(shù)，將安裝在設(shè)備上的傳感器通過有線方式將檢測到的信號傳輸?shù)紺SI 9420無線振動變送器，以自組網(wǎng)、無線方式傳輸?shù)紾W1420無線網(wǎng)關(guān)，通過光纜傳輸?shù)较催x二車間集控室管理平臺，在設(shè)備狀態(tài)管理軟件上實現(xiàn)狀態(tài)診斷、分析及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和調(diào)試。

(3)集控整合。新增3個PLC分站，升級24個PLC分站，分站之間采用以太網(wǎng)、光纖環(huán)網(wǎng)通信方式聯(lián)通，將主站CPU升級成140CPU65260，安裝在新集控室。在集控室建立廠級統(tǒng)一監(jiān)控平臺，控制原煤系統(tǒng)、洗選1、2、3系統(tǒng)、煤泥水系統(tǒng)，并與2套裝車系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享。

在集控室設(shè)置2臺冗余核心交換機，在原煤車間、重介車間、洗選一車間、裝車車間集控室分別布置1臺環(huán)網(wǎng)節(jié)點交換機，各集控子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點交換機接入該環(huán)網(wǎng)，單機自動化設(shè)備通過相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)接入光纖環(huán)網(wǎng)。在新集控室布置2臺冗余服務(wù)器，從各個 CPU 和各個單機系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，建立全廠控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。同時還建立相應(yīng)的工程師站和操作員站，兩站從冗余服務(wù)器采集數(shù)據(jù)。通過工程師站，可以對全廠控制系統(tǒng)進行開發(fā)，編寫、修改程序；通過操作員站，可以對全廠生產(chǎn)系統(tǒng)進行監(jiān)控。

將用于洗選1號、2號、3號系統(tǒng)和煤泥水系統(tǒng)獨立供風(fēng)的空壓機管路連通，在連通管路上安裝壓力傳感器，并將壓力信號接入洗選車間集控系統(tǒng)，可在現(xiàn)場和遠(yuǎn)程兩地操作及監(jiān)控。在自動狀態(tài)下，PLC系統(tǒng)根據(jù)檢測到的實際風(fēng)壓和工作要求風(fēng)壓，自動調(diào)節(jié)控制空壓機出口風(fēng)壓，確保管道風(fēng)壓恒定，實現(xiàn)空壓機的集控恒壓供風(fēng)。

(4)調(diào)度整合。建立黑岱溝選煤廠與哈爾烏素選煤廠統(tǒng)一的生產(chǎn)調(diào)度綜合指揮平臺，將兩廠的集控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、光纖感溫預(yù)警系統(tǒng)、甲烷及一氧化碳預(yù)警系統(tǒng)、配電室感煙系統(tǒng)、煤質(zhì)信息系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)等信息整合至一個平臺，實現(xiàn)聯(lián)動響應(yīng)。當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備故障或安全監(jiān)測系統(tǒng)報警時，監(jiān)控平臺能自動切換到該處視頻畫面，實現(xiàn)信息顯示、數(shù)據(jù)共享和視頻聯(lián)動功能，并對兩廠生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)、視頻、安全數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)進行全方面的監(jiān)測監(jiān)控，為職能部門提供可靠的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，便于選煤廠的管理優(yōu)化。

調(diào)度平臺系統(tǒng)采用Windows操作系統(tǒng)，HOLLiSCADA Mining V2.0軟件，基于工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，采用 TCP/IP 協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交換協(xié)議，能夠以組態(tài)圖形方式直觀顯示來自生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，具備完備的歷史數(shù)據(jù)顯示及記錄功能，可以對生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行存儲、分析，通過報表，圖形，曲線展現(xiàn)給操作人員；可以靈活劃分報警區(qū)域，對現(xiàn)場的異常情況及時報警，并具備與工業(yè)電視系統(tǒng)報警聯(lián)動的功能；并能夠通過語音、手機等多種方式推送給相關(guān)的部門和管理人員。

(5)工業(yè)電視系統(tǒng)升級。將選煤廠原有的263個模擬攝像機更換為200萬像素1080P 網(wǎng)絡(luò)高清紅外超低照度攝像機，并再新增130個，合理布控攝像機位置，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控全覆蓋、無死角。在集控室建一套 IPSAN 集中存儲系統(tǒng)，實現(xiàn)圖像信號儲存，時間不少于 30 d。調(diào)度室增加55英寸、800 cd/m大屏幕30塊及視頻圖像控制設(shè)備，工業(yè)電視、業(yè)務(wù)系統(tǒng)等視頻資源集中管理，能實現(xiàn)實時圖像點播、遠(yuǎn)程控制、自動備份、歷史圖像檢索和回放、報警接收、分發(fā)和報警聯(lián)動等功能。

(6)三網(wǎng)分離。在各車間集控室(配電室)與新集控室之間鋪設(shè)24芯光纜10 km，建立工控網(wǎng)千兆傳輸環(huán)網(wǎng)和工業(yè)電視萬兆傳輸環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)的獨立傳輸。并建立廠級網(wǎng)管平臺，對環(huán)網(wǎng)運行情況進行實時監(jiān)控。將選煤廠工控網(wǎng)、工業(yè)電視網(wǎng)及辦公網(wǎng)隔離，互不干擾，并且S77003核心交換機互為主備方式工作，關(guān)鍵設(shè)備采用1+1的冗余備分，以保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

5 升級改造效果

隨著集中控制系統(tǒng)的升級改造，黑岱溝選煤廠現(xiàn)場設(shè)備的各種保護已基本完善，單機PLC控制設(shè)備已接入到集控系統(tǒng)，無須人員現(xiàn)場啟停，極大地節(jié)約了人員勞動力，提高了生產(chǎn)效率；通過調(diào)度整合、集控整合，建立智能一體化監(jiān)控平臺，接入各個生產(chǎn)系統(tǒng)的現(xiàn)場視頻信號，將其和設(shè)備及故障報警關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)智能聯(lián)動，為把黑岱溝選煤廠建設(shè)成為本質(zhì)安全型、質(zhì)量效益型、科技創(chuàng)新型、資源節(jié)約型、和諧發(fā)展型的行業(yè)標(biāo)桿單位邁出了一大步。