張建安，高沛林，薛勝軍，李 軍，張喜軍

(1.陜煤集團(tuán) 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(guó)選煤廠正在逐步向工藝靈活化、設(shè)備大型化及控制自動(dòng)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(jī)功率大幅提高，這給設(shè)備管理與維護(hù)提出了更高的要求[4-5]。在生產(chǎn)過(guò)程中，提高設(shè)備完好率，減少停機(jī)時(shí)間和降低維修成本[6-7]，對(duì)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(dòng)力煤選煤廠，主選采用以淺槽重介分選機(jī)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(tái)，且采用人工巡檢方式，這不但不便于設(shè)備管理和維護(hù)，而且不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)其存在的安全隱患，更不能實(shí)現(xiàn)利用設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)其健康狀況進(jìn)行評(píng)估及全生命周期管理的目標(biāo)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，給企業(yè)造成較大損失。為此，針對(duì)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(cè)監(jiān)控軟件的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)(溫度和振動(dòng))進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，保證其處于健康運(yùn)行的狀態(tài)。

1 生產(chǎn)過(guò)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(jī)、破碎機(jī)、刮板輸送機(jī)及分級(jí)篩等，在生產(chǎn)過(guò)程中，先將原煤倉(cāng)的原煤通過(guò)給煤機(jī)和帶式輸送機(jī)送入破碎機(jī)，破碎物料經(jīng)過(guò)帶式輸送機(jī)和刮板輸送機(jī)進(jìn)入馳張篩，篩下末煤經(jīng)過(guò)帶式輸送機(jī)送入末煤產(chǎn)品倉(cāng)，篩上塊煤由帶式輸送機(jī)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(jī)及帶式輸送機(jī)等，介質(zhì)泵先將重介懸浮液泵入淺槽重介分選機(jī)，再將脫泥后的塊煤送入淺槽重介分選機(jī)，重介精煤經(jīng)過(guò)脫介、脫水后被帶式輸送機(jī)送入產(chǎn)品倉(cāng)，稀介由稀介泵泵入磁選機(jī)。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(jī)、澄清水泵及壓濾機(jī)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(jī)脫水，最終成為煤泥產(chǎn)品。

2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于選煤廠的主要設(shè)備而言，在線監(jiān)測(cè)的任務(wù)就是利用無(wú)線溫度和振動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行溫度和振動(dòng)情況[8-9]，并由此判斷與評(píng)價(jià)設(shè)備的健康狀況，傳感器所檢測(cè)到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到集控中心并予以保存，從而實(shí)現(xiàn)顯示及故障狀態(tài)報(bào)警等功能。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)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(cè)系統(tǒng)由動(dòng)篩車間、原煤棧橋、主廠房及產(chǎn)品倉(cāng)等單元構(gòu)成，每個(gè)單元設(shè)置1臺(tái)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，并與數(shù)據(jù)采集分站連接。動(dòng)篩車間和原煤棧橋單元中設(shè)置2個(gè)數(shù)據(jù)采集分站和5個(gè)無(wú)線采集器，主廠房單元中設(shè)置3個(gè)數(shù)據(jù)采集分站和6個(gè)無(wú)線采集器，產(chǎn)品倉(cāng)單元中設(shè)置2個(gè)數(shù)據(jù)采集分站和3個(gè)無(wú)線采集器。無(wú)線采集器用于采集設(shè)備的溫度與振動(dòng)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(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)讀取每個(gè)數(shù)據(jù)采集分站中的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行分類、處理及存儲(chǔ)，監(jiān)控主機(jī)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(bào)表及監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)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(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖

各設(shè)備選用型號(hào)分別為：KJ201C-F數(shù)據(jù)采集分站，KJ201C-D-8無(wú)線數(shù)據(jù)采集器，KJ201-W-PT100無(wú)線溫度傳感器，KJ201-WZ1振動(dòng)傳感器。生產(chǎn)時(shí)，對(duì)帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)、振動(dòng)篩、泵(入料泵、稀介泵等)、離心脫水機(jī)等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，在被監(jiān)測(cè)的31臺(tái)設(shè)備和15臺(tái)減速機(jī)的機(jī)殼和機(jī)軸上均設(shè)置有溫度傳感器，在帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)及入料泵電動(dòng)機(jī)的機(jī)殼和機(jī)軸及減速機(jī)的機(jī)殼和軸上均設(shè)置有振動(dòng)傳感器。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

檢測(cè)系統(tǒng)和選煤廠的集中控制系統(tǒng)共用一個(gè)iFix5.1軟件平臺(tái)，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(guò)程控制[10-11]。iFix通過(guò)OPC(用于過(guò)程控制的OLE)與數(shù)據(jù)采集分站通信，并用于讀取各個(gè)采集分站檢測(cè)到的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。OPC采用客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，OPC服務(wù)器有三個(gè)層次的對(duì)象，即服務(wù)器(Server)、組(Group)及項(xiàng)(Item)，項(xiàng)對(duì)應(yīng)從每個(gè)分站所讀取的數(shù)據(jù)。iFix作為客戶端，用于訪問(wèn)OPC服務(wù)器采集到的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入驅(qū)動(dòng)器映射表(DIT)中，其掃描報(bào)警控制程序(SAC)，從DIT中讀取數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行處理和分類，然后將其存入過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)(PDB)。iFix通過(guò)工作臺(tái)(Workspace)訪問(wèn)PDB中的數(shù)據(jù)，并結(jié)合人/機(jī)交互(MHI)功能，實(shí)現(xiàn)顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查詢及設(shè)備的健康狀態(tài)評(píng)估與預(yù)測(cè)等功能[12]。

3 運(yùn)行結(jié)果

結(jié)合系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)功能，對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行安裝、連接與調(diào)試，對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理及存儲(chǔ)，并進(jìn)行人/機(jī)交互畫面程序的調(diào)試，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)功能，如查詢?cè)O(shè)備臺(tái)帳、運(yùn)行記錄、歷史狀態(tài)及運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，并對(duì)設(shè)備故障報(bào)警等。

通過(guò)主要設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)畫面(圖2、圖3)，可以調(diào)用設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)，如調(diào)用201帶式輸送機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)(圖4、圖5)后，可對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。

圖2 各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)畫面

圖3 各設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)畫面

圖4 201帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)畫面

圖5 201帶式輸送機(jī)歷史數(shù)據(jù)畫面

4 結(jié)語(yǔ)

張家峁選煤廠根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)中的主要設(shè)備及運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)要求，在現(xiàn)有的工業(yè)以太網(wǎng)和iFix軟件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)安裝與調(diào)試后，其能夠滿足主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、運(yùn)行狀態(tài)記錄、故障報(bào)警及歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備管理的信息化，提高了設(shè)備運(yùn)行的完好率，減少了停機(jī)時(shí)間，降低了維修成本，同時(shí)也為設(shè)備健康狀況的進(jìn)一步評(píng)估奠定了良好的基礎(chǔ)。

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