现代自动化控制在沙曲选煤厂的应用

魏国彬

摘要：目前，我国选煤工业迎来了一个创新发展建设的高潮，主要以建设优质高效现代化的选煤厂为特点。文章介绍了一座集先进工艺、先进技术、先进设备于一体，智能化程度高，管理科学，低成本运营，优质高效的现代化选煤厂的应用案例，在选煤行业里可借鉴推广应用。

关键词：现代自动化控制；选煤厂；选煤工业；自动控制系统；选煤设备 文献标识码：A

中图分类号：TD948 文章编号：1009-2374（2016）20-0156-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.077

1 概述

进入21世纪以来，中国的选煤工业迎来了一个创新发展建设的高潮，主要以建设优质高效现代化的选煤厂为特点。选煤厂设计涵盖的内容庞杂、涉及专业面广，一座选煤厂新建或技改水平高低、成功与否，一方面取决于工艺设计是否先进合理，另一方面还要取决于集控自动化水平的高低和生产效率的高低。只有合理的设计思路和先进的自动化集控系统，才能获取最佳经济效益和社会效益。在选煤设备选型上，设备台数逐步减少，以大型化、规模化、自动化为主，有效地减少了工程造价及降低了运行成本。高度自动化、高度集中控制、减员提效是现代化选煤厂的主要目标之一。实现了先进的PLC和远程站作为全厂的控制核心，完成全厂模拟量、数字量的检测顺序控制和回路控制，生产岗位实现无人值守已是今后发展方向。

2 沙曲选煤厂自动控制系统概述

沙曲选煤厂是一座于2015年8月改扩建投产年处理能力为800万吨大型现代化选煤厂。沙曲选煤厂自动化控制系统是引进美国Rockwell Automation（即罗克韦尔自动化公司，以下简称为罗克韦尔）生产的高端产品AB-ControlLogix系列PLC，其主控制器采用罗克韦尔最新的1756-L73控制器进行生产现场控制及数据采集。AB-ControlLogix产品系列是罗克韦尔继传统的可编程控制器PLC2、PLC5/SLC500之后推出的第三代工业控制产品，从硬件配置、数据结构、到通讯方式都有大的改善，数据和控制传送概念也有了提升。它是高度模块化结构、可灵活地进行任意组合和扩充的高性能控制平台；通过背板总线强大的网关功能完成设备层、控制层和信息层三个开放式的通讯平台之间的自由转换。控制主机通过以太网与集控室监控系统相互交换信息。在集控室内通过工业计算机完成对选煤厂生产系统的控制。其梯形图软件采用罗克韦尔公司的ControlLogix5000编程软件，功能强大，可扩展性强。监控软件平台为GE软件家族中的iFIX 5.5，iFIX是一套世界领先的实现现场数据采集，过程可视化及过程监控功能的高性能的工业自动化软件解决方案。iFIX可以帮助您精确地监控生产过程，并优化生产设备和企业资源管理。它能够对生产事件快速反应，降低设备事故发生，减少原材料消耗，提高生产率，从而加快产品市场竞争能力，提高经济效益，易于集成和扩展。由于制图工具直观简便，iFIX用户可以快速上手，可以简单快捷地创建高性能的生产过程窗口。iFIX具有灵活的系统结构及可扩展性，iFIX不但可以满足现有生产需要，还可以在随时方便地扩展系统规模。

2.1 沙曲选煤厂自动控制网络结构

控制系统采用分布式控制系统，由控制主站、I/O现场分站、操作台、上位监控机组成。上位机和主站之间通过TCP/IP通讯的方式连接，其控制主站设在集控室设备间内，各车间配电室设有I/O分站，整个系统通过光纤环网相连，形成分布式控制系统。

2.2 沙曲选煤厂集控系统的工艺流程及监控部分

集控系统监控软件选用美国GE公司的工控软件IFIX5.5，采用层次化、模块化结构，组态方便直观。通过集控系统完成全厂工艺设备的监控，实时显示所采集的工艺过程参数（如贮存仓的料位和主要液位、入选原煤的密度、煤量、流量等）以及工艺设备的工作状态。通过监控到的以上数据信息，指导系统设备的开停并及时调整生产工艺流程；在集控室设3台监控计算机，监控计算机将分系统完成对全厂集控设备的启、停、报警，全厂煤位、水位、皮带运量、流量、密度、压力的监视和控制。

2.2.1 图形显示功能。图形显示功能是一个实时工艺流程实物动画实时监控功能。通过观察显示器画面上系统对设备状态的描述来监视生产过程的运行状况；设备的各种运行状态采用设备图标的不同颜色来表示。红色表示设备处于带电状态；白色表示设备处于集控停止状态；绿色表示设备处于集控运行状态；黑、黄色或者红色交替闪烁表示设备处于报警状态；系统可集中既可以显示全厂工艺流程系统图，也可以分系统显示各独立的工艺流程。

不论在任何显示方式下，一旦设备发生故障，计算机以声光报警方式自动调出故障设备发生故障的类型、时间及设备编号等。

2.2.2 数据显示功能。数据显示功能主要是采集设备各种运行参数以各种方式显示数据：如电机电流、水位、煤量、流量、密度等。

水位——以实物图样式动态显示精煤桶、中矸桶、合格介质桶等液位的连续变化，以水池（桶）的固有容积自动换算出水池储水量。

煤量显示——按工艺流程显示原煤煤量、精煤煤量和其他产品煤的煤量，以实时数据方式显示瞬时值及累加值。

流量显示——以在线数据实时显示清水耗量。

全厂设备以三种方式运行：单机就地控制、单机集中控制及顺序控制。当设备需要检修时，可转为单机就地控制方式；当使用单机集中控制方式时，设备由操作员在计算机上进行手动单机启停；当采用顺序控制方式时，所有设备由计算机监控系统统一安排，按照设备的工艺流程顺序启车或停车及联锁逻辑进行自动控制。整个系统提供设备的联锁保护，也可随时解锁。

2.2.3 自动控制系统结构组成。整个集中控制采集了大量的开关量与模拟量，自动控制整个洗煤系统的动态稳定运行，并有完善的报警系统，完善的检测系统及控制单元，具体如下：

第一，开关量信号：包括所有设备的运行信号、带电信号、就地启车急停信号、阀门的开关到位信号、皮带的跑偏拉绳信号、溜槽堵煤信号等。

第二，模拟量信号：包括桶位信号、阀门的开度信号、流量信号、管路的压力信号、皮带的速度信号等。大量采用了进口的变频器、自动阀及压力变送器，用于连续测量桶内及旋流器入口的压力并将实时数据传送到计算机监控系统用于显示及参与PID调节，输出信号到变频器或自动阀门，通过变频器，控制泵的速度，以保证管道压力的稳定。或者通过控制阀门的开度，以保证桶位的稳定。

第三，在线测灰仪：采用清华大学工程物理系研制的ZZ-89系列在线测灰仪，输入PLC4～20mA信号，瞬时测量煤流的灰分值，并将信号送至上位机实时动态显示精煤的瞬时灰分来指导生产。

第四，煤仓料位计：选用德国VEGA系列雷达式料位计，用于连续测量仓内的料位并将实时数据传送到计算机监控系统用于显示及参与控制。

第五，核密度计：采用北京华科公司的HC-1000型核密度计，其输出4～20mA信号，输入PLC进行数据处理，动态实时显示主、再洗介质密度。根据密度大小，通过PLC软件的PID调节，控制补水与分流。以保证其密度的稳定。

第六，工业电视系统：在全厂范围内的所有关键岗位，共布置有118个高清动态彩色摄像头，部分摄像头具有转动和调焦功能，在集中控制室内集中监控，并由40块55英寸LED液晶超窄边屏切换显示，且具有图像存储功能，用于监控全厂的生产和安全。

第七，瓦斯监控系统：面对我厂严峻的高瓦斯形势，我厂采用了天地（常州）自动化股份有限公司生产的KJ95N瓦斯监控系统。在原煤车间、主洗车间和精煤车间，布置有多个瓦斯检测探头，实时的采集瓦斯浓度，达到瓦斯治理的完全自动化及高效可靠性。

第八，设备运行电流监控：集中控制上位机能够实时采集带综合保护器设备的运行电流，实时监控各设备的运行情况，遇到异常情况，及时报警，及时检修，保证设备的完好性，保证设备高效运行。

第九，照明系统：全厂照明根据地理位置共分成5片，通过PLC系统，由上位机终端进行集中控制，当集中控制有故障时，可达到就地位置，就地控制。

我们沙曲选煤厂目前是全国选煤行业自动化程度最高、设备最先进的现代化选煤厂之一，在2004年我厂已跨入全国选煤行业50强，随着扩建工程竣工投产，凭借独特的资源优势和现代化的工艺流程，我厂将以科技创新为动力，管理创新为根本，跻身全国十佳选煤厂行列，达到世界选煤行业一流企业水平。

3 经济效益

第一，改造前的跳汰选煤，回收率平均为61%。改造后的重介选煤，回收率平均为73%，可创利800万吨×（73%-61%）×600元/吨=5.76亿元。总投资7.3亿元，正常两年内可回收所有成本。

第二，大大提高全厂设备的自动化水平和可靠性，使系统的集中控制、监测及信息化管理，更加方便。提高了工作效率，降低了劳动强度、减少了劳动力。

第三，加大了对设备完好性的自动监测，使设备完好率在98%以上。

第四，主要创新点：（1）引进美国罗克韦尔生产的高端产品AB-ControlLogix系列PLC，其主控制器采用罗克韦尔公司最新的1756-L73控制器，进行生产现场控制及数据采集。采用罗克韦尔的ControlLogix5000梯形图编程软件及GE软件家族中的iFIX 5.5监控平台软件；（2）选用高质量的进口检测元件，如液位传感器等；（3）选用先进高效的单机自动化设备。

沙曲选煤厂改扩建项目设计要着眼于高起点、高标准、投资省、见效快的基础上，采用新工艺、新技术、新设备，把选煤厂建成工艺完善合理设备先进可靠、管理科学简便、运营成本低、自动化程度高的现代化高产、高效选煤厂，力求达到国内一流、世界先进。

4 结语

我们沙曲选煤厂应用现代化自动控制系统后，大大提高了全厂设备的自动化水平和可靠性，使系统的集中控制、监测及信息化管理，更加直观，更加方便，提高了工作的效率。使沙曲选煤厂成为一座集国内外先进工艺、先进技术、先进设备于一体，智能化程度高，管理科学，低成本运营，优质高效的现代化选煤厂，在全国选煤行业中可大力推广应用。