選煤廠集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究

尉言龍

（晉煤集團(tuán)長平公司洗煤廠， 山西 晉城 048400）

引言

選煤廠集中控制系統(tǒng)是全廠電力驅(qū)動(dòng)設(shè)備控制的核心，它使得全廠電力驅(qū)動(dòng)設(shè)備按照工藝環(huán)節(jié)的需求關(guān)系順序進(jìn)行啟動(dòng)、停止。匯集著全廠所有電氣設(shè)備的控制和狀態(tài)信息，能及時(shí)反饋電器設(shè)備出現(xiàn)的問題，極大縮短系統(tǒng)啟、停車時(shí)間，節(jié)能降耗，同時(shí)減少了現(xiàn)場操作人員，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。選煤廠集中控制系統(tǒng)是選煤工藝系統(tǒng)的重要組成部分，也是全廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的核心。它搭建了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)，使得全廠各個(gè)控制分支可以方便統(tǒng)一到一個(gè)可靠性高、通信方式靈活、容納能力強(qiáng)的自動(dòng)化平臺(tái)上來，確保工藝系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。本文以山西某選煤廠為案例，對選煤廠集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 集中控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成

集中控制系統(tǒng)主要由客戶端、服務(wù)器、工程師站、通信網(wǎng)絡(luò)、組態(tài)軟件、編程軟件、可編程控制器（PLC）、PLC控制柜、就地控制箱、PLC遠(yuǎn)程分站，預(yù)告系統(tǒng)等組成[1]。

1.1 集中控制系統(tǒng)三層架構(gòu)

選煤廠集中控制系統(tǒng)基本由三層架構(gòu)組成，分別為設(shè)備層、控制層、信息層。設(shè)備層是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由分布于現(xiàn)場的控制元件、智能儀表、綜合自動(dòng)化子系統(tǒng)和其他智能監(jiān)控系統(tǒng)等構(gòu)成；拉制層是控制系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)采集設(shè)備層設(shè)備運(yùn)行工況、過程參數(shù)信息，然后根據(jù)工藝邏輯關(guān)系控制電器設(shè)備和智能儀表及其他自動(dòng)化子系統(tǒng)，同時(shí)將采集的電氣設(shè)備和儀器儀表的過程信息向信息層傳遞；信息層是人機(jī)交互層，負(fù)責(zé)監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、控制命令的下達(dá)，參數(shù)設(shè)定及修改，完成對現(xiàn)場設(shè)備的操作和過程參數(shù)的控制，同時(shí)對采集的大量現(xiàn)場信息進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的查詢、檢索及各類數(shù)據(jù)的調(diào)用[2-3]。

1.2 集中控制系統(tǒng)的設(shè)備配制

根據(jù)該選煤廠工藝復(fù)雜程度、工程規(guī)模，確定使用中型集中控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要應(yīng)用于選煤廠的電氣設(shè)備數(shù)量基本在100臺(tái)左右，工藝較復(fù)雜，涉有重介選煤大部分工藝環(huán)節(jié)，對集中控制系統(tǒng)要求較高，主要以布局合理、系統(tǒng)可靠為主。

控制系統(tǒng)的配制：PLC控制主機(jī)站1臺(tái)、PLC遠(yuǎn)程分站數(shù)臺(tái)、服務(wù)器1臺(tái)、客戶端2臺(tái)、就地操作箱、工程師站1臺(tái)。

PLC選型上一般考慮的中型機(jī)系列，主要根據(jù)電氣設(shè)備臺(tái)數(shù)計(jì)算所需開關(guān)量輸入輸出點(diǎn)數(shù)，模擬量模入模出點(diǎn)數(shù)，PLC控制站IO點(diǎn)數(shù)要留10%～15%的余量，根據(jù)其管轄的電氣設(shè)備臺(tái)數(shù)確定各自IO點(diǎn)數(shù)，配置相應(yīng)模塊；對于工藝環(huán)節(jié)比較獨(dú)立的系統(tǒng)，可設(shè)置帶CPU的PLC子站；根據(jù)選用PLC廠家不同采用相應(yīng)的通信方式；各個(gè)PLC控制柜將PLC、開關(guān)量隔離繼電器、模擬量隔離元件、接線端子、開關(guān)電源、斷路器、接觸器等集中成到一個(gè)控制柜中；服務(wù)器同PLC形成道信連接，客戶端同服務(wù)器形成連接。PLC控制主站、PLC遠(yuǎn)程分站及PLC控制子站形成通信網(wǎng)絡(luò)連接。工程師站主要用于與服務(wù)器和PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，方便修改和查找故障[4]。

2 集中控制系統(tǒng)軟件功能

該系統(tǒng)軟件主要由電氣設(shè)備程序、順序啟動(dòng)程序、順序停止程序、系統(tǒng)預(yù)出報(bào)警程序、畫信程序、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃程序、數(shù)據(jù)交換程序，過程參數(shù)采集程序、上位根沿面等組成。

2.1 集中控制系統(tǒng)基本功能

2.1.1 操作控制功能

全廠電氣設(shè)備除輔助設(shè)備就地控制外，工藝流程中具有連續(xù)煤流的電氣設(shè)備均納入集中控制系統(tǒng)。參控設(shè)備設(shè)有集中連鎖啟停車、遠(yuǎn)方單啟單停和就地單啟單停三種方式。當(dāng)在集中連鎖狀態(tài)時(shí)，所有參控設(shè)備按照一定的順序和連鎖邏輯關(guān)系自動(dòng)完成啟停車；在單啟單停狀態(tài)時(shí)，由操作員在客戶端電腦畫面前進(jìn)行手動(dòng)啟停。在集中工作模式下，系統(tǒng)均提供連鎖保護(hù)，就地工作方式用于檢修和單機(jī)試車。

集中工作模式下，參控設(shè)備按逆煤流方向啟車，順煤流方向停車，同時(shí)按工藝流程要求實(shí)現(xiàn)電氣閉鎖。集中工作模式下啟車前，發(fā)送預(yù)告信號(hào)，預(yù)告一定時(shí)間后，開始按順序自動(dòng)啟車。在預(yù)告和啟車過程中，現(xiàn)場和集控室均能方便地取消預(yù)告信號(hào)或終止啟車過程。集控室可實(shí)現(xiàn)緊急停車和單機(jī)停車。機(jī)旁啟車按鈕在集中控制方式時(shí)失效。集中和就地控制方式可以無擾動(dòng)切換。參控的電氣設(shè)備，在集控室客戶端電腦畫面上均可單啟單停，以助調(diào)度人員根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)整設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

通過對采集的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，自動(dòng)形成各工藝參數(shù)的工況歷史曲線，與控制指標(biāo)所做出的報(bào)警相比鉸，如果“超限”則實(shí)時(shí)報(bào)警，及時(shí)控制有關(guān)參數(shù)，使選煤廠的產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量關(guān)系嚴(yán)格控制在預(yù)訂范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)以最大經(jīng)濟(jì)效益為目的的生產(chǎn)狀態(tài)的控制。將各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)、檢測值建立數(shù)據(jù)庫作為生產(chǎn)管理的數(shù)據(jù)來源。根據(jù)用戶要求可定期產(chǎn)生三班生產(chǎn)報(bào)表，打印系統(tǒng)參數(shù)并對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和整理，產(chǎn)生日報(bào)、月報(bào)、季報(bào)及年度報(bào)表。通過數(shù)據(jù)采集，各個(gè)料位、液位的數(shù)據(jù)傳送至PLC，形成柱狀圖，顯示在集控的顯示屏上，自動(dòng)和人工干預(yù)生產(chǎn)過程控制，并能根據(jù)需要打印圖表。

在集控室客戶端電腦畫面顯示工藝流程、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、各種儲(chǔ)料倉的料位、各種水池（箱）的液位、介質(zhì)桶的液位，監(jiān)視工作面設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，各工藝過程的控制畫面可任意切換，配合電視監(jiān)控系統(tǒng)，全廠的所有設(shè)備運(yùn)行狀況集控室都能夠一目了然。高、低壓柜各進(jìn)線及聯(lián)絡(luò)開關(guān)的分合閘工作狀態(tài)、各電力儀表及保護(hù)裝置參數(shù)可在調(diào)度室得到實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.1.2 圖形顯示功能

包括全廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、入洗原煤量、精煤產(chǎn)率、原煤準(zhǔn)備、主洗、濃縮壓濾、產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)戎饕到y(tǒng)畫面；顯示生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和最終數(shù)據(jù)，故障信號(hào)等；以填充、趨勢曲線、旋轉(zhuǎn)、閃爍、變色等多種形式進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示。

2.1.3 故障及報(bào)警處理功能

當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，提供故障停車功能，使故障設(shè)備及其之前工作流程的設(shè)備立即停車，最大限度地減少損失。當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時(shí)，拉制系統(tǒng)發(fā)出事故報(bào)警信號(hào)，采用語音報(bào)警方式，明確指出故障設(shè)備所處的位置，對一般事故（如皮帶的一級(jí)跑偏）只做報(bào)警，對影響設(shè)備和人身安全的事故應(yīng)直接停車。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中遇有緊急情況時(shí)，現(xiàn)場可隨時(shí)按下緊急停止，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)緊急停車。實(shí)時(shí)采集檢測生產(chǎn)過程工藝參數(shù)，并對越限參數(shù)實(shí)施報(bào)警。

2.1.4 運(yùn)程協(xié)助功能

應(yīng)用運(yùn)程協(xié)助軟件，在獲得許可的情況下，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對集中控制系進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)，當(dāng)集控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷，快速解決問題，減少停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

2.2 集控系統(tǒng)基本畫面

1）上位機(jī)主操作畫面。在客戶端操作畫面上，會(huì)顯示全廠所有設(shè)備的狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)連鎖/解鎖功能切換，集中/就地功能切換。在連鎖狀態(tài)下，電氣設(shè)備必須按照連鎖關(guān)系逆煤流順序啟動(dòng)，否則設(shè)備無法啟動(dòng)；在集中狀態(tài)下，上位機(jī)可以單機(jī)啟停設(shè)備和順啟順停設(shè)備：在就地狀態(tài)下，上位機(jī)失去操作權(quán)限，設(shè)備操作完全由現(xiàn)場按鈕操作箱來實(shí)現(xiàn)。

2）上位機(jī)趨勢操作畫面。在客戶端操作畫面上，對于系統(tǒng)集來的重要模擬量信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和記錄，同時(shí)可進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢，對于分析工藝系統(tǒng)存在的問題有一定的指導(dǎo)意義。

3）上位機(jī)報(bào)警操作畫面。在客戶端操作畫面上，對于系統(tǒng)采集的重要開關(guān)量信號(hào)和重要的模擬量信號(hào)進(jìn)行報(bào)警設(shè)置；開關(guān)量信號(hào)設(shè)置以帶式輸送機(jī)保護(hù)信號(hào)為例，對于一級(jí)跑偏設(shè)置報(bào)警，但不停車；對于二級(jí)跑偏設(shè)置報(bào)警，同時(shí)通過程序控制停止設(shè)備運(yùn)行。模擬量信號(hào)設(shè)置以合格介質(zhì)桶液位信號(hào)為例，對于液位過高設(shè)置報(bào)警，同時(shí)會(huì)通過程序控制關(guān)閉桶上加水閥門；對于液位過低設(shè)置報(bào)警，同時(shí)會(huì)通過程序控制停止合格介質(zhì)泵運(yùn)行。

4）上位機(jī)設(shè)備啟停順序畫面。在客戶操作畫面上，選煤工藝系統(tǒng)逆煤流啟動(dòng)，順煤流停車，能直觀清楚地查看設(shè)備啟停車情況。參加工作一段時(shí)間的操作員對現(xiàn)場設(shè)備已經(jīng)非常熟悉，完全記住了全廠設(shè)備編號(hào)對應(yīng)的具體設(shè)備。

3 實(shí)踐應(yīng)用分析

山西某選煤廠是一座設(shè)計(jì)處能力為300萬t/a的礦井型選煤廠，生產(chǎn)采用跳汰，旋流器重選、浮選、壓濾聯(lián)合工藝流程。按照工藝環(huán)節(jié)，廠區(qū)劃分為7個(gè)部分，分別為重介車間、天橋配電室等，重要車間采用雙鏈路網(wǎng)絡(luò)通信，次重要車間采用單鏈路通信。集中控制系統(tǒng)主站放置在集控室配電間的集控柜內(nèi)，選用的是西門子400H冗余熱備系統(tǒng)，CPU選用6ES7414-4HJ04-0AB0，配制以太網(wǎng)模塊6GK7443-1GX20-0XF0，遠(yuǎn)程通信模塊6ES7153-2BA02-0XB0。上位機(jī)組態(tài)軟件選用亞控科技的KIVGVIEW6.50，集中控制操作的工控機(jī)。通信鏈路通過OLMG11/G12實(shí)現(xiàn)光出轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)形成雙鏈路通信。該集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用有效提高了選煤廠的智能化、信息化水平，有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。