程韶華

（霍州煤電集團(tuán)三交河煤礦， 山西 洪洞 041600）

引言

目前，我國(guó)大多數(shù)的選煤廠仍然使用的是通過(guò)繼電器控制的選煤系統(tǒng)，這種選煤系統(tǒng)仍然需要大量的人力操控。通過(guò)綜合考慮選煤工藝特點(diǎn)及實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)選煤廠的選煤系統(tǒng)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，旨在提高其選煤系統(tǒng)的信息化和自動(dòng)化水平。

1 控制系統(tǒng)要求

1.1 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的原則

控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)原則，主要原則如下：

1）控制系統(tǒng)應(yīng)該滿足選擇的選煤方法（即重介選煤）的工藝要求，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。便于操作和維修。

2）控制系統(tǒng)中的集控系統(tǒng)應(yīng)可以對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝流程中的電氣設(shè)備進(jìn)行操縱控制，且設(shè)備在啟動(dòng)和停止時(shí)都應(yīng)設(shè)置信號(hào)預(yù)告。為了預(yù)防發(fā)生堆煤現(xiàn)象，控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置成可以使設(shè)備自動(dòng)遵循逆煤流啟動(dòng)、順煤流停車。

3）控制系統(tǒng)需使整個(gè)選煤工藝流程中的設(shè)備按照流程規(guī)定實(shí)現(xiàn)閉鎖控制，以防在生產(chǎn)過(guò)程中，由于操作不當(dāng)，發(fā)生意外事故。

4）控制系統(tǒng)可以選擇遠(yuǎn)程控制和就地控制兩種方式，選擇其中一種模式進(jìn)行控制時(shí)，另外一種控制方式不可用。如果有緊急事件需要停車時(shí)，工作人員可以在控制室進(jìn)行操控。

5）控制系統(tǒng)可以遠(yuǎn)距離操控較遠(yuǎn)的設(shè)備，每個(gè)設(shè)備都有獨(dú)立按鈕，在控制室發(fā)出預(yù)報(bào)信號(hào)后，即可進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)備的啟動(dòng)。

6）控制系統(tǒng)可以對(duì)選煤廠各設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，若正在運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備發(fā)生異?，F(xiàn)象時(shí)，控制系統(tǒng)可以通過(guò)監(jiān)測(cè)到的設(shè)備狀況進(jìn)行智能化分析判斷，并根據(jù)對(duì)應(yīng)狀況發(fā)出不同的警示信號(hào)提醒工作人員。同時(shí)，控制系統(tǒng)可以分析得出設(shè)備出現(xiàn)異常狀況的原因，嚴(yán)重時(shí)可以自動(dòng)進(jìn)行設(shè)備停車。

1.2 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)有：控制器和上位機(jī)。根據(jù)實(shí)際選煤廠生產(chǎn)工藝、設(shè)備狀況及工作環(huán)境，確定控制器采用型號(hào)為S7的可編程邏輯控制器，然后將控制系統(tǒng)分成4個(gè)獨(dú)立的控制分站，利用MODBUS/以太網(wǎng)將分站與主站緊緊聯(lián)系成一個(gè)整體?？刂葡到y(tǒng)采用冗余系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。

上位機(jī)采用工業(yè)交換機(jī)和PLC實(shí)現(xiàn)通訊，主要設(shè)備為：1臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)，配備多臺(tái)顯示器。選煤廠內(nèi)部設(shè)置集中控制室，類似煤礦中的調(diào)度室，對(duì)選煤廠全廠工作進(jìn)行集中調(diào)度和指揮，內(nèi)部配備監(jiān)控計(jì)算機(jī)、綜合式操縱臺(tái)、預(yù)警設(shè)備和打印機(jī)等。

1.3 重介液密度控制

綜合分析選煤廠現(xiàn)有控制系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)其主要缺陷是控制重介液密度的精度不夠，應(yīng)針對(duì)提高其控制精度，進(jìn)行系統(tǒng)的重新計(jì)算設(shè)計(jì)。

然后，對(duì)清水添加量及介質(zhì)泵流出的液體密度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保合格的分選密度。對(duì)磁性物料含量計(jì)和介質(zhì)桶液位進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，確保懸浮液分流量可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，避免出現(xiàn)溢流等其他狀況。調(diào)節(jié)分選密度主要與煤灰分這一參數(shù)有關(guān)，通過(guò)煤灰分可以有效的控制分選密度，確保分選出的產(chǎn)品質(zhì)量合格。

2 洗煤廠控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

洗煤廠控制系統(tǒng)主要分為原煤翻儲(chǔ)系統(tǒng)和主廠房主選系統(tǒng)。選煤廠控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)是PLC主機(jī)和遠(yuǎn)程控制設(shè)備的工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，當(dāng)使用控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度指揮時(shí)，發(fā)送的各種指令信號(hào)通過(guò)以太網(wǎng)及PLC運(yùn)行后，以圖形界面等形式快速的運(yùn)送到工作站和集控室?，F(xiàn)場(chǎng)工作站可以通過(guò)傳輸過(guò)來(lái)的圖形界面對(duì)實(shí)際生產(chǎn)工藝流程中的各設(shè)備進(jìn)行時(shí)刻的監(jiān)控和預(yù)警等，集控室的工作人員可以根據(jù)收到的圖形界面進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，針對(duì)各種可能發(fā)生的問(wèn)題采取相應(yīng)的措施。

2.1 原煤翻儲(chǔ)系統(tǒng)

控制系統(tǒng)中對(duì)洗煤廠C型翻車機(jī)、原煤倉(cāng)皮帶輸送機(jī)和重調(diào)機(jī)進(jìn)行控制的系統(tǒng)，即為原煤翻儲(chǔ)系統(tǒng)。其控制器選用的是西門子公司生產(chǎn)的西門子系列PLC。該系統(tǒng)工作原理為：通過(guò)工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控，通過(guò)遠(yuǎn)距離I/O方式，將PLC主站和分站聯(lián)合起來(lái)進(jìn)行通訊系統(tǒng)的擴(kuò)展，其上位機(jī)使用的為KingSCADA軟件，該軟件可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸系統(tǒng)和翻車機(jī)的啟停、監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀況和故障查詢。

重調(diào)機(jī)和翻車機(jī)的主電機(jī)采用的是ABB公司生產(chǎn)的ACS800系列變頻器，該變頻器可以實(shí)現(xiàn)多段速度控制。本控制系統(tǒng)采用PLC編程軟件，可以利用其主電機(jī)的特性，對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行控制，完美的實(shí)現(xiàn)重調(diào)機(jī)和翻車機(jī)的自動(dòng)化運(yùn)行。

2.2 主廠房主選系統(tǒng)

本次控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)之一為主廠房主選系統(tǒng)的電氣改造，本次改造主要從原煤分級(jí)，原煤分選、選煤產(chǎn)品入倉(cāng)和洗水系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備及其配電控制進(jìn)行了改造。實(shí)現(xiàn)了原煤入洗，末煤旋流器恒壓入料和介質(zhì)桶液位等主要環(huán)節(jié)的自動(dòng)化控制。

2.2.1 重介選煤主要環(huán)節(jié)的PID自動(dòng)化控制

重介選煤主要環(huán)節(jié)的PID自動(dòng)化控制主要包括重介質(zhì)密度的控制及介質(zhì)桶液位的控制。其關(guān)鍵技術(shù)主要在于控制重介質(zhì)液體的濃度，該選煤方法的選煤效率相對(duì)其他方法較高。

采用該選煤方法的選煤工藝主要采用閉環(huán)控制，通過(guò)感應(yīng)重介質(zhì)密度、液位以及選煤環(huán)境的變化進(jìn)行自動(dòng)化條件，使其一直保持在最優(yōu)的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)的閉環(huán)控制，主要通過(guò)PID控制器實(shí)現(xiàn)，該控制器具有容易操作、簡(jiǎn)單實(shí)用的特性，被廣泛應(yīng)用于各工業(yè)行業(yè)。如圖1所示，為本次密度工藝的示意圖。

圖1 密度工藝圖

本次控制系統(tǒng)中采用的PLC可編程控制器同樣具有PID自動(dòng)化控制功能，通過(guò)將現(xiàn)場(chǎng)采集的傳感信號(hào)與PID功能塊中的給定值進(jìn)行比較，輸出相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)化控制。如圖2所示，為PID的工作原理圖。

圖2 PID工作原理圖

2.2.2 控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

當(dāng)前，選煤廠大部分控制系統(tǒng)選用的集控式網(wǎng)絡(luò)。該控制網(wǎng)絡(luò)主要以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，以PC機(jī)與PLC控制器組成上下機(jī)位控制系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)選煤設(shè)備的顯示和監(jiān)控等功能。利用信息化、智能化工序，實(shí)現(xiàn)選煤廠設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行。圖3所示為選煤廠控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

圖3 選煤廠控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3 結(jié)論

根據(jù)原煤初產(chǎn)礦區(qū)的煤質(zhì)賦存特性及其分選的困難程度，綜合考慮選煤工藝特點(diǎn)及實(shí)際生產(chǎn)情況，設(shè)計(jì)的選煤廠控制系統(tǒng)，即原煤翻儲(chǔ)控制系統(tǒng)和主廠房主選控制系統(tǒng)，顯著提高了選煤系統(tǒng)的信息化和自動(dòng)化水平，生產(chǎn)效率具有較大提升，降低了人力與時(shí)間的投入，研究結(jié)果具有較大的實(shí)用價(jià)值。