張瑞穎

（霍州煤電集團(tuán)云廈白龍洗煤廠，山西霍州 031400）

0 引言

隨著國(guó)家對(duì)煤礦資源的大量需求，越來(lái)越多的煤礦被開(kāi)采出來(lái)，而開(kāi)采出的煤層存在較多雜質(zhì)[1-2]，因此，不同類(lèi)型的洗煤廠設(shè)備被應(yīng)用到煤礦的分離工藝中，其中，白龍洗煤廠則為國(guó)內(nèi)典型的洗煤廠。由于洗煤廠環(huán)境相對(duì)惡劣，加上洗煤廠設(shè)備運(yùn)行工況相對(duì)復(fù)雜，導(dǎo)致現(xiàn)有的洗煤廠控制系統(tǒng)無(wú)法較好地滿(mǎn)足使用需求，不斷加大對(duì)白龍洗煤廠控制系統(tǒng)綜合性能的改進(jìn)研究，已成為保證洗煤廠較高作業(yè)效率及作業(yè)安全的重要改進(jìn)方向。因此，以現(xiàn)有洗煤廠控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)，開(kāi)展了控制系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)和系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分設(shè)計(jì)分析，并對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)使用情況進(jìn)行了應(yīng)用測(cè)試，得出改進(jìn)后的控制系統(tǒng)具有更好的控制性能，更能滿(mǎn)足洗煤廠設(shè)備的使用需求。這對(duì)提高洗煤廠控制系統(tǒng)的控制效果及洗煤廠設(shè)備的運(yùn)行安全具有重要作用[3-4]。

1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

洗煤廠主要是將原煤中的優(yōu)質(zhì)煤及劣質(zhì)煤進(jìn)行分離，最終分離出中煤、精煤等產(chǎn)品，而洗煤廠中的設(shè)備種類(lèi)相對(duì)較多，主要包括磁選機(jī)、破碎機(jī)、弧形篩、壓濾機(jī)等，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)需能實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備的有效控制。目前，白龍洗煤廠現(xiàn)有的控制系統(tǒng)主要包括PLC主站、PLC從站、各類(lèi)傳感器、人機(jī)顯示界面、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)度室等部分，其控制網(wǎng)絡(luò)主要采用星型網(wǎng)絡(luò)形式，通過(guò)CNA總線方式進(jìn)行通訊連接。根據(jù)控制系統(tǒng)功能的不同，將該系統(tǒng)分為控制層和設(shè)備層，通過(guò)不同層的功能特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)控、控制、調(diào)節(jié)等功能。通過(guò)該控制系統(tǒng)，已較好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)洗煤廠設(shè)備的有效控制，保證了各類(lèi)設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)也大大提高了設(shè)備運(yùn)行效率及運(yùn)行安全，但在一定程度上仍存在控制精度不足、反應(yīng)不及時(shí)、控制范圍較窄等問(wèn)題。加強(qiáng)對(duì)白龍洗煤廠控制系統(tǒng)的優(yōu)化研究，已成為當(dāng)下研究的重點(diǎn)方向。

2 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2.1 功能設(shè)計(jì)

根據(jù)洗煤廠的作業(yè)特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)需具有如下功能特點(diǎn)[5-8]：

（1）目前，控制系統(tǒng)的控制種類(lèi)相對(duì)較多，包括就地控制、禁止啟動(dòng)及集中控制等方式，而每臺(tái)洗煤廠設(shè)備的啟動(dòng)操作方式存在一定的不同，因此，為更加方便地對(duì)所有用電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的控制，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)需滿(mǎn)足在調(diào)度室即可實(shí)現(xiàn)對(duì)所有設(shè)備的啟?？刂疲源吮ＷC洗煤廠的正常生產(chǎn)作業(yè)；

（2）洗煤廠設(shè)備不同工況條件下所需的功率大小有所不同，而洗煤廠設(shè)備數(shù)量相對(duì)較多，因此，該控制系統(tǒng)需根據(jù)設(shè)備的不同作業(yè)需求實(shí)現(xiàn)對(duì)其作業(yè)功率及轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)整，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)洗煤廠設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行；

（3）當(dāng)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行或超負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，加上作業(yè)環(huán)境的相對(duì)惡劣，導(dǎo)致洗煤廠設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)各類(lèi)故障問(wèn)題，因此，該監(jiān)控系統(tǒng)需設(shè)計(jì)設(shè)備報(bào)警提示功能，針對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的各類(lèi)故障現(xiàn)象，能及時(shí)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警提示；

（4）該系統(tǒng)的顯示界面需能對(duì)洗煤廠設(shè)備的各類(lèi)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并能繪制各類(lèi)曲線數(shù)據(jù)，將所匯聚的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，以便后期能對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行查詢(xún)及運(yùn)行狀態(tài)分析。

2.2 總體方案設(shè)計(jì)

以現(xiàn)有的洗煤廠控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，開(kāi)展了對(duì)控制系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。改進(jìn)后的洗煤廠控制系統(tǒng)主要由干洗PLC站、篩分PLC站、各類(lèi)傳感器、變頻器柜、場(chǎng)就地箱、工業(yè)交換機(jī)、人機(jī)顯示系統(tǒng)、打印機(jī)及外界局域網(wǎng)等部分組成，具體結(jié)構(gòu)組成示意圖如圖1所示。其中，傳感器包括了電流傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器等，并將采集的數(shù)據(jù)信息通過(guò)采集系統(tǒng)及CAN總線，傳遞至PLC控制站中；控制PLC控制站是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，主要負(fù)責(zé)接收采集系統(tǒng)傳輸來(lái)的各類(lèi)數(shù)據(jù)信號(hào)，并通過(guò)設(shè)置的控制程序及相關(guān)算法，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理，之后將分析處理后的信號(hào)發(fā)送至執(zhí)行層及顯示界面中；監(jiān)控主機(jī)則通過(guò)設(shè)計(jì)的上機(jī)位軟件程序向PLC發(fā)出相應(yīng)的控制命令，以此完成對(duì)設(shè)備控制命令的控制操作；現(xiàn)場(chǎng)就地箱則主要為洗煤廠設(shè)備提供啟停、預(yù)警及信號(hào)指示燈功能；配電柜則主要負(fù)責(zé)為設(shè)備提供運(yùn)行用電。通過(guò)該控制系統(tǒng)，可更加全面地完成對(duì)洗煤廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和動(dòng)作控制，控制精度更高、系統(tǒng)響應(yīng)速度更快，對(duì)保證白龍洗煤廠中設(shè)備的工作效率及作業(yè)安全具有更高的控制效果。

圖1 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)布局圖

3 關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 變頻器選型匹配

由于洗煤廠設(shè)備的電壓頻率與外界的輸入電壓存在一定的差異性，無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)備的使用需求。因此，在洗煤廠整個(gè)控制系統(tǒng)中，配備了變頻器設(shè)備，通過(guò)在變頻器上進(jìn)行頻率參數(shù)的設(shè)置，可將外界輸入的工頻交流電轉(zhuǎn)化為洗煤廠設(shè)備所需的變頻交流電，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)洗煤廠設(shè)備電機(jī)轉(zhuǎn)速的有效控制。因此，經(jīng)過(guò)匹配選型，選擇了西門(mén)子公司生產(chǎn)的MM440變頻器，其工作電壓為380 VAC、工作輸出電流為1 800 A、輸出功率可達(dá)75 kW。該設(shè)備具有控制精度高、輸出轉(zhuǎn)速大等特點(diǎn)，且能與多種通訊接口進(jìn)行快速對(duì)接，具有較好的節(jié)能效果。變頻器的安裝，有效避免了較大的啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊作用，保證了整個(gè)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.2 傳感器選型匹配

該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了皮帶秤、速度傳感器、倉(cāng)位計(jì)等設(shè)備，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的快速稱(chēng)重、設(shè)備運(yùn)行速度及物料存儲(chǔ)高度等操作，是整套系統(tǒng)前端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速采集的重要設(shè)備。根據(jù)洗煤廠中設(shè)備的性能特點(diǎn)及使用環(huán)境，皮帶秤采用了ICS-20型號(hào)，其工作電壓為220 VAC、稱(chēng)重范圍可達(dá)1～4 500 t/h、采集精度為±0.12%。速度傳感器主要安裝在輸送機(jī)的輪子附近，選用了VB-Z9500型霍爾傳感器，其工作電壓為5～32 V、輸出波形為方波、頻響范圍為0～10 kHz、防護(hù)等級(jí)為IP65、輸出方式為PNP輸出，能較好地滿(mǎn)足設(shè)備運(yùn)行速度的信號(hào)檢測(cè)。另外，倉(cāng)位計(jì)利用自身系統(tǒng)發(fā)出的超聲波信號(hào)，完成對(duì)物料高度的測(cè)量，其工作電壓為24 VDC、輸出信號(hào)為2～24 mA、測(cè)量高度可達(dá)15 m，基本滿(mǎn)足了洗煤廠物料高度的測(cè)量。由此，完成了對(duì)控制系統(tǒng)傳感器的匹配選型。

4 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況

結(jié)合上述分析，基本完成了白龍洗煤廠控制系統(tǒng)的升級(jí)完善。為進(jìn)一步驗(yàn)證改進(jìn)后的控制系統(tǒng)，將其進(jìn)行了為期4個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試，其顯示界面如圖2所示。測(cè)試結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)運(yùn)行正常、功能更加齊全、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)洗煤廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào)檢測(cè)及動(dòng)作控制，針對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各類(lèi)故障問(wèn)題，該系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警提示，并通過(guò)顯示界面進(jìn)行故障問(wèn)題、故障發(fā)生位置等信息的實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)，將設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)通過(guò)主控機(jī)進(jìn)行快速保存，較好地滿(mǎn)足白龍洗煤廠設(shè)備的控制需求。該煤礦現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人也對(duì)改進(jìn)后的控制系統(tǒng)作出了高度評(píng)價(jià)及認(rèn)可，建議對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行推廣及應(yīng)用。

圖2 控制系統(tǒng)顯示界面

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)白龍洗煤廠控制系統(tǒng)的綜合性能已無(wú)法較好地滿(mǎn)足當(dāng)下洗煤廠的使用需求，將當(dāng)下更加先進(jìn)的設(shè)備應(yīng)用到該控制系統(tǒng)，開(kāi)展控制系統(tǒng)的改進(jìn)優(yōu)化已成為當(dāng)下提高洗煤廠控制系統(tǒng)綜合性能的關(guān)鍵方向。因此，分析了現(xiàn)有洗煤廠控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，開(kāi)展了控制系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)研究和對(duì)關(guān)鍵系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，并對(duì)該系統(tǒng)在洗煤廠中的應(yīng)用情況進(jìn)行了實(shí)時(shí)應(yīng)用測(cè)試。結(jié)果表明，改進(jìn)后的控制系統(tǒng)具有更高的控制精度和采集速度、功能更加齊全，能更好地滿(mǎn)足白龍洗煤廠設(shè)備控制系統(tǒng)的使用需求。這對(duì)提高洗煤廠控制系統(tǒng)的控制效果及洗煤廠設(shè)備的運(yùn)行安全具有重要作用。