閆玉森，潘海軍

(內(nèi)蒙古利民煤焦有限責(zé)任公司， 內(nèi)蒙古 鄂托克 016100)

洗煤廠客觀存在工作環(huán)境較差，工藝相對(duì)復(fù)雜、設(shè)備分散且自控程度低，現(xiàn)場(chǎng)工作繁瑣且安全生產(chǎn)需求高等問(wèn)題，基于現(xiàn)實(shí)情況，基于Freelance 2016 SP1設(shè)計(jì)完成了DCS控制系統(tǒng),通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)較全面地對(duì)全廠生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控及自動(dòng)化控制，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性好，操作界面友好且便捷。

1 洗煤廠的自動(dòng)控制需求

洗煤廠的工作主旨是在不同選煤工藝的基礎(chǔ)上，利用專業(yè)的一些機(jī)械操作設(shè)備，對(duì)于煤與矸石實(shí)現(xiàn)分離，去除新采煤中的雜質(zhì)，洗選出不同種類的煤炭以滿足企業(yè)與個(gè)人用戶的用煤需求[1]。

內(nèi)蒙古某洗煤廠采用重介工藝流程進(jìn)行主選，實(shí)現(xiàn)精煤、中煤產(chǎn)品和純凈矸石一次性分選。對(duì)于一定粒級(jí)的煤泥再進(jìn)行二次浮選，分兩段分別進(jìn)行粗選和精選，以提升浮選尾礦灰分，并對(duì)精煤泥開(kāi)展兩段脫水回收。洗煤生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，為提高生產(chǎn)效能，實(shí)現(xiàn)對(duì)浮選劑添加量、入浮煤漿等濃度和流量工藝參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)及時(shí)、精準(zhǔn)的生產(chǎn)工藝指導(dǎo)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一套自動(dòng)控制系統(tǒng)是非常有意義且重要的決策。

2 DCS控制系統(tǒng)

DCS(Distributed Control System)分散控制系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)微處理器為控制核心，可實(shí)現(xiàn)分散與集中的操作與控制，同時(shí)具備分布式與協(xié)同的新型控制系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)思想突出了以分層多級(jí)、協(xié)同合作的方式實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)分散控制與處理，同時(shí)達(dá)到集中的管理與操作，是以微處理器為控制核心，分布式控制功能、集控式操作、兼顧分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則的新一代儀表控制系統(tǒng)[2]。其控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 DCS控制結(jié)構(gòu)示意

DCS的基本設(shè)計(jì)框架采用控制分散、操作和管理集中的基本設(shè)計(jì)思想，多層分級(jí)遞階控制、自治且合作的結(jié)構(gòu)形式，分散的控制可以發(fā)揮靈活性，而集中的管理與操作又可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一部署、調(diào)度，提高了可操控行，另外，DCS最值得選擇的一點(diǎn)就是其可靠性，其高可靠性來(lái)自硬件與生產(chǎn)工藝、冗余技術(shù)及包含容錯(cuò)、故障自檢和自動(dòng)處理等技術(shù)的軟件設(shè)計(jì)。DCS新穎的控制思想、可靠的控制技術(shù)使得其受到冶金工藝、石化行業(yè)及電力系統(tǒng)等多業(yè)務(wù)廣泛的青睞，并獲得極其廣泛的應(yīng)用。

3 DCS控制系統(tǒng)在洗煤廠的應(yīng)用

10年前，內(nèi)蒙古某洗煤廠為提升洗煤廠生產(chǎn)的自動(dòng)化程度運(yùn)行了一套PLC(Programmable Logic Controller)控制系統(tǒng)，早期設(shè)計(jì)不夠完善，投入運(yùn)行多年，但自動(dòng)化程度仍然不理想，現(xiàn)有的自動(dòng)化系統(tǒng)只有設(shè)備啟停信號(hào)由PLC直接控制，因此，無(wú)法實(shí)時(shí)有效地對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)與監(jiān)控，且很多監(jiān)測(cè)儀表的數(shù)據(jù)顯示是進(jìn)行了二次轉(zhuǎn)接，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)不準(zhǔn)備及延遲，導(dǎo)致誤動(dòng)作且影響控制執(zhí)行。另外，浮選及密控工藝的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在通過(guò)工控機(jī)轉(zhuǎn)接入PLC控制系統(tǒng)顯示，傳輸?shù)难舆t且傳輸協(xié)議的配置引發(fā)了數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確及滯后。且現(xiàn)有控制軟件無(wú)網(wǎng)絡(luò)診斷功能，當(dāng)PLC系統(tǒng)出現(xiàn)站點(diǎn)丟失、I/O模塊損壞、I/O通道燒壞等硬件故障時(shí)，系統(tǒng)無(wú)報(bào)警提示功能，無(wú)法第一時(shí)間告知操作人員，電氣維護(hù)人員不能及時(shí)處理故障，影響生產(chǎn)運(yùn)行。在生產(chǎn)自動(dòng)化的強(qiáng)烈需求下，欲利用現(xiàn)有的ABB Freelance 800F分布式DCS控制系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)改造。

3.1 DCS控制系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)

在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，對(duì)于DCS控制的集中控制界面設(shè)計(jì)了中煤出廠系統(tǒng)界面、精煤出廠系統(tǒng)界面、浮選系統(tǒng)界面、重介A系統(tǒng)界面、重介B系統(tǒng)界面、原煤系統(tǒng)界面，設(shè)計(jì)邏輯中注重了聯(lián)鎖操作，每臺(tái)設(shè)備可解鎖與聯(lián)鎖，當(dāng)某臺(tái)設(shè)備解鎖后，下一級(jí)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，本臺(tái)設(shè)備不聯(lián)鎖停車。聯(lián)鎖后下一及設(shè)備停止時(shí)，本臺(tái)設(shè)備聯(lián)鎖停車。同時(shí)，為增強(qiáng)可操作性及工藝指導(dǎo)性，集中控制系統(tǒng)畫(huà)面含有設(shè)備啟停操作畫(huà)面、生產(chǎn)工藝流程圖畫(huà)面、密控畫(huà)面、清水泵房監(jiān)控畫(huà)面。

為改善清水泵房的工作強(qiáng)度，增加自動(dòng)控制程度，設(shè)置了清水泵房自動(dòng)控制界面，可遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)清水泵房?jī)?nèi)水泵啟動(dòng)，同時(shí)，考慮到工作的可靠性以應(yīng)對(duì)異常處理，同時(shí)支持就地啟動(dòng)，清水泵房的控制可監(jiān)控清水與疏矸水的水池液位、壓力、流量等參數(shù)，并對(duì)液位與水泵實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制，當(dāng)發(fā)生缺水，水泵將自動(dòng)停機(jī)，若出現(xiàn)高液位時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示。

清水泵房的自動(dòng)控制實(shí)施有效地提升了管理自動(dòng)化，減少了現(xiàn)場(chǎng)工作人員的需求，降低了生產(chǎn)成本。

現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中安全是重中之重，本次設(shè)計(jì)中對(duì)于備煤、主洗工段設(shè)置人工回鈴信號(hào)，當(dāng)設(shè)備啟車時(shí)，每個(gè)回鈴全部回復(fù)后，方可啟動(dòng)設(shè)備，防止設(shè)備檢修、人員檢查設(shè)備、設(shè)備存在故障隱患時(shí)直接啟車，導(dǎo)致造成人員傷害或設(shè)備損壞。

3.2 基于DCS的重介密控設(shè)計(jì)

重介密度自動(dòng)控制的核心控制對(duì)象是重介桶，通過(guò)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)入料量及水量來(lái)達(dá)到懸浮液的密度值，從而實(shí)現(xiàn)控制懸浮液中煤泥含量的作用。當(dāng)然在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，懸浮液密度變化的影響因素非常多，人為的經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)會(huì)影響穩(wěn)定性，良好的自動(dòng)控制會(huì)帶來(lái)密度的穩(wěn)定性，繼而保障產(chǎn)品質(zhì)量[3]。

以往的密度自動(dòng)控制系統(tǒng)，在密度計(jì)測(cè)得的懸浮液密度信號(hào)傳入控制箱后，計(jì)算生成一個(gè)差值信號(hào)進(jìn)一步送達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)差值的大小，進(jìn)行加水與加藥的操作。原有的PLC控制過(guò)程將密度計(jì)、壓力傳感器以及液位計(jì)等現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備采集的輸入信號(hào)利用可編程控制器內(nèi)部 PID 功能模塊進(jìn)行解析，比較獲取的過(guò)程變量與系統(tǒng)設(shè)定值，通過(guò)輸出信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)加水調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、變頻器，從而達(dá)到自動(dòng)控制系統(tǒng)液位、密度調(diào)節(jié)的目的。

本次DCS控制技術(shù)改造對(duì)于檢測(cè)周期和加水位置進(jìn)行了重點(diǎn)改進(jìn)，之前的PLC檢測(cè)與反饋周期短，導(dǎo)致加水稀釋或減少稀釋量在真實(shí)效果未體現(xiàn)前，即事實(shí)上效果要比顯示的信號(hào)值滯后，從而造成不準(zhǔn)確的反饋，比如，獲取的信號(hào)值大于設(shè)定值，加水后，在稀釋效果并未體現(xiàn)時(shí)，信號(hào)又被采集回來(lái)，假設(shè)依然大于設(shè)計(jì)值，繼續(xù)加水，可能會(huì)造成稀釋過(guò)度。針對(duì)這一情況，DCS密控在檢測(cè)周期上進(jìn)行了調(diào)整，已改善調(diào)節(jié)值不能及時(shí)準(zhǔn)確反饋的問(wèn)題。

另外，是加水位置的調(diào)整，以往的密控當(dāng)檢測(cè)值高于設(shè)定值，進(jìn)行加水稀釋時(shí)，往往在物料入口處，但由于稀釋后，反應(yīng)會(huì)出現(xiàn)延遲也會(huì)導(dǎo)致不準(zhǔn)確，將加水位置設(shè)在物料出口處，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐后，大大提升了自動(dòng)加藥的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

ABB AC800F DCS控制系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)診斷功能，在其組態(tài)軟件Freelance中集成了診斷功能，重要設(shè)備使用I/O冗余模塊，保證設(shè)備安全、可靠的運(yùn)行[4]。通過(guò)這次改造廢除了大部分的二次儀表，將儀表的數(shù)據(jù)信號(hào)直接接入DCS，從而提高了信號(hào)檢測(cè)精度，降低了設(shè)備維護(hù)成本及洗煤廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的故障率。DCS控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)縮減了設(shè)備起車時(shí)間，降低設(shè)備起停車故障率。通過(guò)故障診斷，縮短設(shè)備故障檢測(cè)時(shí)間和檢修工作，減少設(shè)備事故率。通過(guò)本次改造后，大幅降低現(xiàn)場(chǎng)崗位作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，且進(jìn)一步提升了洗選產(chǎn)品的精度與產(chǎn)品合格率。