洗煤廠集中控制系統(tǒng)融合研究與應(yīng)用

耿新國(guó) 王 飛 趙國(guó)防

（汶上義橋煤礦有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)寧 272500）

汶上義橋煤礦洗煤廠原煤篩分系統(tǒng)自動(dòng)化控制是由華寧公司設(shè)計(jì)安裝，在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)誤停機(jī)、誤報(bào)故障等問(wèn)題。2017 年新上淺槽選矸設(shè)備系統(tǒng)自動(dòng)化控制由北京華宇中選自控公司設(shè)計(jì)施工。新老系統(tǒng)聯(lián)合使用，操作復(fù)雜，系統(tǒng)維護(hù)相互扯皮并且技術(shù)壁壘嚴(yán)重，給生產(chǎn)環(huán)節(jié)造成不必要的影響和安全生產(chǎn)隱患。

義橋煤礦洗煤廠在充分研究原煤篩分車間電氣控制系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)動(dòng)篩車間的兩個(gè)電氣控制系統(tǒng)以北京華宇中選自控自動(dòng)化控制為基礎(chǔ)進(jìn)行整體系統(tǒng)融合，實(shí)現(xiàn)集中控制操作系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠，且能使原系統(tǒng)作為備用，實(shí)現(xiàn)了在集控室集中統(tǒng)一控制各設(shè)備，全自動(dòng)化運(yùn)行的目標(biāo)。

1 礦井概況

汶上義橋煤礦有限責(zé)任公司位于山東省濟(jì)寧市汶上縣義橋鎮(zhèn)境內(nèi)，井田面積17.5 km2，主采3 層煤，平均煤厚4.2 m，地表為平原，沒(méi)有河流流經(jīng)礦區(qū)。礦井于2003 年6 月開(kāi)工建設(shè)，2006 年1 月投產(chǎn)，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力45 萬(wàn)t/a，核定生產(chǎn)能力80 萬(wàn)t/a。礦井采用立井單水平開(kāi)拓，井口標(biāo)高+45 m，井底水平標(biāo)高為-335 m，可采煤層為3 煤層，開(kāi)采方法為長(zhǎng)壁后退式采煤法，全部垮落法管理頂板，采煤工藝為綜采和綜放。礦井劃分為6 個(gè)采區(qū)和1 個(gè)后備采區(qū)。

2 主要技術(shù)指標(biāo)

2.1 項(xiàng)目技術(shù)基礎(chǔ)情況

根據(jù)生產(chǎn)工藝過(guò)程分析控制要求及需要完成的動(dòng)作（動(dòng)作順序、動(dòng)作條件、必須的保護(hù)和聯(lián)鎖等）、操作方式（手動(dòng)、自動(dòng)、單起、單停）、淺槽系統(tǒng)及動(dòng)篩車間設(shè)備進(jìn)行規(guī)劃融合后統(tǒng)稱為原煤系統(tǒng)。

依據(jù)洗煤廠主洗自動(dòng)化控制系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)自主設(shè)計(jì)、編程把原煤系統(tǒng)與主洗系統(tǒng)進(jìn)行二次融合，在同一個(gè)屏幕進(jìn)行切換融合，重新組成原煤系統(tǒng)（淺槽及動(dòng)篩系統(tǒng)）監(jiān)控畫(huà)面、主洗系統(tǒng)監(jiān)控畫(huà)面兩套獨(dú)立操作監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)主洗系統(tǒng)、原煤系統(tǒng)之間的畫(huà)面切換。

根據(jù)系統(tǒng)控制要求確定PLC I/O 接點(diǎn)，I/O 開(kāi)關(guān)量、輸入、輸出接點(diǎn)量123 個(gè)，模擬量輸入、輸出接點(diǎn)36 個(gè)。

2.2 組態(tài)畫(huà)面功能設(shè)計(jì)

（1）可實(shí)現(xiàn)主洗系統(tǒng)、原煤系統(tǒng)之間的畫(huà)面切換。

（2）當(dāng)運(yùn)行主洗或原煤控制系統(tǒng)任一系統(tǒng)時(shí)，均可實(shí)現(xiàn)皮帶報(bào)警、報(bào)警查詢、密度控制之間的功能切換，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)報(bào)警故障原因顯示、歷史故障記錄查詢、密度控制精度顯示等功能。

（3）當(dāng)運(yùn)行主洗或原煤控制系統(tǒng)任一系統(tǒng)時(shí)，均可實(shí)現(xiàn)集中控制、就地控制之間的功能切換，集中啟車功能按照逆煤流方向依次順序啟動(dòng)，集中停車為順煤流方向依次順序停車。當(dāng)遇到緊急情況下，一鍵停止系統(tǒng)中所有運(yùn)行中的設(shè)備。

（4）可在監(jiān)控畫(huà)面迅速鎖定設(shè)備故障點(diǎn)，并能即時(shí)顯示故障原因和故障范圍。

（5）根據(jù)預(yù)先設(shè)定密度值，能即時(shí)監(jiān)控密度數(shù)值畫(huà)面，實(shí)時(shí)顯示變化幅度上下值。

（6）原煤系統(tǒng)、主洗系統(tǒng)均設(shè)有相同的集中、就地啟動(dòng)和停車功能鍵操作模式。

（7）原煤系統(tǒng)、主洗系統(tǒng)均設(shè)置皮帶保護(hù)報(bào)警功能，畫(huà)面直觀顯示各類保護(hù)的報(bào)警原因。

（8）主洗系統(tǒng)設(shè)有各煤種計(jì)量功能，根據(jù)皮帶秤的瞬間稱重量變化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。

（9）集中控制狀態(tài)下，設(shè)備之間根據(jù)工藝流程及煤流運(yùn)輸方向關(guān)系，啟動(dòng)和停車時(shí)采用聯(lián)鎖模式，當(dāng)某一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)急停時(shí)，上一級(jí)所有設(shè)備均可實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。當(dāng)檢修或其它原因需解除集中開(kāi)啟停車時(shí)即可開(kāi)啟解鎖功能。解鎖后，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備單獨(dú)控制，互不影響。

（10）開(kāi)啟設(shè)備前，系統(tǒng)啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)聲響警示并持續(xù)2 min，方便現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員做好設(shè)備運(yùn)行前準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)安全啟動(dòng)。

3 項(xiàng)目任務(wù)執(zhí)行情況

3.1 系統(tǒng)沿線鋪設(shè)

（1）為實(shí)現(xiàn)篩分皮帶與選煤廠煤流皮帶分別控制，在配電室集中放置兩臺(tái)集中控制器KTC101。一臺(tái)實(shí)現(xiàn)沫煤上倉(cāng)皮帶、東、西配倉(cāng)皮帶的集中控制，另一臺(tái)實(shí)現(xiàn)手選皮帶、破碎機(jī)、大塊煤皮帶、沫煤轉(zhuǎn)載皮帶、201 皮帶的集中控制。

（2）KTC101 控制器帶有雙沿線控制，實(shí)現(xiàn)多皮帶不同向的沿線分布控制?？刂七x煤廠沫煤上倉(cāng)皮帶、東、西配倉(cāng)皮帶的集中控制器，由CS1 沿線實(shí)現(xiàn)順序控制?？刂剖诌x皮帶、大塊煤皮帶、沫煤轉(zhuǎn)載皮帶、201 皮帶的集中控制采用雙沿線控制方式，CS1 沿線實(shí)現(xiàn)沫煤轉(zhuǎn)載皮帶、201 皮帶的順序集中控制，CS2 沿線實(shí)現(xiàn)手選皮帶、大塊煤皮帶的順序集中控制。

3.2 各沿線配置

（1）選煤廠精煤煤流皮帶控制主控采用CS1沿線。

（2）由配電室主控制器CS1 出口連接一根5 m 七芯通訊電纜至礦用隔爆兼本質(zhì)安全型信號(hào)處理器，之后連接一根100 m 七芯通訊電纜（根據(jù)實(shí)際長(zhǎng)度而定，可利用快速連接兩通延伸電纜長(zhǎng)度）至沫煤上倉(cāng)皮帶機(jī)尾，機(jī)尾安裝一臺(tái)KTK101-2（AI）組合擴(kuò)音電話，實(shí)現(xiàn)機(jī)尾跑偏保護(hù)接入及語(yǔ)音喊話、急停閉鎖，之后利用100 m 七芯通訊電纜連接至皮帶機(jī)頭的KTK101-2（HA）。為接入機(jī)頭堆煤保護(hù)及實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶啟?？刂?，在機(jī)頭放置一臺(tái)KJS101-8智能輸入輸出下位機(jī)用于信號(hào)接入，與電話通過(guò)5 m 七芯通訊電纜連接。沫煤皮帶沿線設(shè)備配置完畢。

（3）利用100 m 七芯通訊電纜延伸至東、西配倉(cāng)皮帶機(jī)頭，接入普通急停閉鎖擴(kuò)音電話KTK101-2（HA）實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通話。由于兩條皮帶均為20 m 左右，因此將兩條皮帶保護(hù)、控制接入一個(gè)智能輸入輸出下位機(jī)KJS101-12。最后配置一臺(tái)終端KFD101，沿線配置完畢。

（4）篩分車間原煤煤流皮帶控制器采用雙沿線控制。

（5）由控制器CS2 沿線插座連接一根100 m七芯通訊電纜（根據(jù)實(shí)際長(zhǎng)度而定，可利用快速連接兩通延伸電纜長(zhǎng)度）至手選皮帶機(jī)尾，機(jī)尾安裝一臺(tái)KJS101-4 智能輸入輸出下位機(jī)用于皮帶保護(hù)、控制，給煤機(jī)控制、振動(dòng)篩、除鐵器控制信號(hào)接入。之后利用15 m 通訊電纜延伸至KTK101-2（HA）組合擴(kuò)音電話，手選皮帶配置完畢。

（6）由手選皮帶機(jī)頭電話經(jīng)30 m 通訊電纜連接至大塊皮帶（200 m 左右）機(jī)尾KTK101-2（AI）電話，用于皮帶機(jī)尾保護(hù)及三岔漏斗破碎機(jī)控制接入。利用100 m 通訊電纜連接至另外一臺(tái)擴(kuò)音電話KTK101-2（HA）后，再由100 m 通訊電纜連接至機(jī)頭KTK101-2（HA）擴(kuò)音電話。同樣，為接入機(jī)頭保護(hù)、煤倉(cāng)煤位傳感器，機(jī)頭放置一臺(tái)KJS101-8智能輸入輸出下位機(jī)用于信號(hào)接入，與電話間用5 m 通訊電纜連接。最后配置一臺(tái)KFD101 智能終端，CS2 沿線配置完畢。

（7）CS1 沿線由控制器利用100 m 通訊電纜連接至沫煤轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)尾（20 m 左右），機(jī)尾安裝一臺(tái)KJS101-8 智能輸入輸出下位機(jī)用于皮帶保護(hù)、控制，除鐵器控制信號(hào)接入，之后利用15 m 通訊電纜延伸至KTK101-2（HA）組合擴(kuò)音電話。利用30 m 通訊電纜延伸至201 皮帶（200 m 左右）機(jī)尾KTK101-2（AI）組合擴(kuò)音電話，用于機(jī)尾皮帶保護(hù)接入。利用100 m 通訊電纜連接至另外一臺(tái)擴(kuò)音電話KTK101-2（HA）后，再由100 m 通訊電纜連接至機(jī)頭KTK101-2（HA）擴(kuò)音電話。同樣，為接入機(jī)頭保護(hù)，放置一臺(tái)KJS101-8 智能輸入輸出下位機(jī)用于信號(hào)接入，與電話間用5 m 通訊電纜連接。最后配置一臺(tái)KFD101 智能終端，CS1 沿線配置完畢。

3.3 控制接線

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際情況，設(shè)備啟?？刂菩盘?hào)均由原來(lái)集控PLC 給出，啟動(dòng)控制繼電器控制電壓24 V，信號(hào)類型為開(kāi)關(guān)量，閉合啟動(dòng)，斷開(kāi)停止。由于原來(lái)集控系統(tǒng)不用了，華寧的集控開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)直接匯接到原來(lái)集控PLC 繼電器控制點(diǎn)上?，F(xiàn)場(chǎng)配有隔離箱，為電動(dòng)球閥提供工作電源。

3.4 皮帶保護(hù)接線

以大塊皮帶配置為例，簡(jiǎn)述皮帶保護(hù)位置及信號(hào)接線方法。機(jī)頭信號(hào)：機(jī)頭跑偏、堆煤、煙霧、速度、溫度保護(hù)，皮帶啟停等控制信號(hào)；機(jī)尾信號(hào)：機(jī)尾跑偏。

3.5 語(yǔ)音配置

為實(shí)現(xiàn)調(diào)度室與篩分沿線零距離語(yǔ)音通話，在調(diào)度室放置一臺(tái)IP 桌面對(duì)講器及一臺(tái)多媒體調(diào)度主機(jī)。利用對(duì)講器將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，經(jīng)調(diào)度主機(jī)處理，將網(wǎng)絡(luò)音頻信號(hào)傳輸至撥號(hào)IP 地址設(shè)備進(jìn)行呼叫。由此可見(jiàn)，被呼叫設(shè)備需具有唯一IP地址且可以將網(wǎng)絡(luò)音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量音頻信號(hào)并與主控語(yǔ)音耦合的能力，華寧自主研發(fā)生產(chǎn)礦用本質(zhì)安全型信號(hào)轉(zhuǎn)換器就具備此功能，可以和皮帶主控制器通過(guò)電纜快插式連接，無(wú)需復(fù)雜接線，具有標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口。將轉(zhuǎn)換器串接入雙沿線控制器的CS1/CS2 沿線，通過(guò)網(wǎng)線連接入附近交換機(jī)，交流220V 供電。

3.6 視頻系統(tǒng)

在動(dòng)篩車間各皮帶落煤點(diǎn)及煤流監(jiān)測(cè)點(diǎn)處安置網(wǎng)絡(luò)攝像頭，用于煤流狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。網(wǎng)絡(luò)攝像頭帶有標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)口，就近方式接入附近網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，若傳輸距離較遠(yuǎn)則增加光纖收發(fā)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。轉(zhuǎn)換模塊還需要12 V 電源供電，因此將攝像儀、光纖收發(fā)器、兵裝電源組合封裝。同樣，接收方也采用光纖收發(fā)器將視頻信息傳輸至網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，由于攝像頭共計(jì)14 臺(tái)，所以光纖收發(fā)器共計(jì)需要28臺(tái)。為方便安裝管理，將光纖收發(fā)器、兵裝電源集中安置到配電室安裝柜內(nèi)，將網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)也放入安裝柜內(nèi)部進(jìn)行防護(hù)。

3.7 集控系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)篩分車間控制系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化，需要在集控室能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程啟?？刂?、狀態(tài)監(jiān)控，采用工控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)篩分車間設(shè)備集中控制監(jiān)控，利用組態(tài)畫(huà)面以圖形、文字、動(dòng)畫(huà)等形式顯示各個(gè)設(shè)備狀態(tài)。在集控室配備一臺(tái)PC 機(jī)、工控機(jī)，工控機(jī)與調(diào)度交換機(jī)采用網(wǎng)線連接；篩分配電室兩臺(tái)主控通過(guò)網(wǎng)線連接至篩分交換機(jī)，交換機(jī)間采用光纖連接。

4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

（1）依據(jù)洗煤廠主洗自動(dòng)化控制系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)自主設(shè)計(jì)、編程把原煤系統(tǒng)與主洗系統(tǒng)進(jìn)行二次融合，利用穩(wěn)定的中選自控控制系統(tǒng)已有的接點(diǎn)富余量進(jìn)行拓展控制和融合，優(yōu)化了系統(tǒng)單元，擇選優(yōu)勢(shì)系統(tǒng)，相互補(bǔ)充。其中對(duì)軟件的系統(tǒng)改變大，硬件系統(tǒng)改變小，總體投資較小，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)同類型洗煤廠進(jìn)行融合控制研究與應(yīng)用。

（2）選煤控制系統(tǒng)與原煤控制系統(tǒng)融合后，原煤系統(tǒng)的設(shè)備控制可在選煤控制系統(tǒng)與原煤控制系統(tǒng)融合后，原煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立的雙線控制系統(tǒng)，原自動(dòng)化控制系統(tǒng)作為原煤備用控制系統(tǒng)，保障了地面原煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，確保了全礦煤流系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，有效減少了生產(chǎn)影響。

5 經(jīng)濟(jì)效益

此項(xiàng)目完全由本單位自行設(shè)計(jì)安裝融合調(diào)試，一次性節(jié)約外委設(shè)計(jì)安裝費(fèi)用100 余萬(wàn)元，平均年可減少因控制系統(tǒng)故障引發(fā)的生產(chǎn)影響30 h 以上，實(shí)現(xiàn)了一備一用的安全運(yùn)行模式，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)過(guò)程控制的穩(wěn)定性、安全性，提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率，對(duì)洗煤廠改造工程及新老系統(tǒng)融合的深入研究和應(yīng)用在行業(yè)內(nèi)具有較好的推廣應(yīng)用前景。

6 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目是根據(jù)義橋煤礦洗煤廠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求進(jìn)行的淺槽系統(tǒng)、動(dòng)篩原煤控制系統(tǒng)與主洗集中控制系統(tǒng)三方融合研究，以主洗自動(dòng)化控制系統(tǒng)平臺(tái)為依托，優(yōu)化了系統(tǒng)控制單元，實(shí)現(xiàn)了原煤系統(tǒng)與主洗系統(tǒng)在同一操作畫(huà)面下自由切換控制，亦可單獨(dú)控制，互不干擾，經(jīng)單機(jī)、聯(lián)機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)行安全可靠，操作方便。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)踐證明，該系統(tǒng)融合研究創(chuàng)新性強(qiáng)、投資小、實(shí)用性強(qiáng)，直接經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益和諧統(tǒng)一，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。