张家峁选煤厂主要设备在线监测系统设计

张建安，高沛林，薛胜军，李 军，张喜军

(1.陕煤集团 神木张家峁矿业有限公司，陕西 神木 719300；2.西安科技大学，陕西 西安 710054)

随着选煤工业的发展及煤炭清洁高效利用要求的提高，我国选煤厂正在逐步向工艺灵活化、设备大型化及控制自动化的方向转变[1-3]。随着选煤厂设备数量的不断增加，电机功率大幅提高，这给设备管理与维护提出了更高的要求[4-5]。在生产过程中，提高设备完好率，减少停机时间和降低维修成本[6-7]，对企业的高效生产有着十分重要的意义。

张家峁选煤厂是一座洗选能力为10 Mt/a的矿井型动力煤选煤厂，主选采用以浅槽重介分选机为核心设备的洗选工艺。目前，选煤厂中工作功率>45 kW的设备共有31台，且采用人工巡检方式，这不但不便于设备管理和维护，而且不利于及时发现其存在的安全隐患，更不能实现利用设备运行状态数据对其健康状况进行评估及全生命周期管理的目标。当设备出现故障时，严重影响正常生产，给企业造成较大损失。为此，针对该选煤厂的设备布局，在现有工业以太网和iFix监测监控软件的基础上设计出在线监测系统，目的是实现对主要设备运行状态(温度和振动)进行实时监测，确保能够及时发现设备隐患，保证其处于健康运行的状态。

1 生产过程和主要设备

张家峁选煤厂生产系统由地面生产系统、块煤洗选系统及煤泥水处理系统等构成。地面生产系统主要设备包括带式输送机、破碎机、刮板输送机及分级筛等，在生产过程中，先将原煤仓的原煤通过给煤机和带式输送机送入破碎机，破碎物料经过带式输送机和刮板输送机进入驰张筛，筛下末煤经过带式输送机送入末煤产品仓，筛上块煤由带式输送机送入洗选系统。块煤洗选系统的主要设备包括介质泵、离心脱水机及带式输送机等，介质泵先将重介悬浮液泵入浅槽重介分选机，再将脱泥后的块煤送入浅槽重介分选机，重介精煤经过脱介、脱水后被带式输送机送入产品仓，稀介由稀介泵泵入磁选机。煤泥水处理系统主要设备包括旋流器入料泵、煤泥离心机、澄清水泵及压滤机入料泵等，入料泵将脱泥后的煤泥水送入旋流器，然后分离出粗煤泥和煤泥水，煤泥水被送入浓缩池，并加药澄清，澄清水可泵出再利用，沉淀后的煤泥被泵入压滤机脱水，最终成为煤泥产品。

2 在线监测系统设计

对于选煤厂的主要设备而言，在线监测的任务就是利用无线温度和振动传感器实时检测设备的运行温度和振动情况[8-9]，并由此判断与评价设备的健康状况，传感器所检测到的实时数据通过网络传送到集控中心并予以保存，从而实现显示及故障状态报警等功能。

2.1 硬件设计

系统硬件设计是建立在选煤厂已有的工业以太网基础上的。根据设备布局，设备监测系统由动筛车间、原煤栈桥、主厂房及产品仓等单元构成，每个单元设置1台工业以太网交换机，并与数据采集分站连接。动筛车间和原煤栈桥单元中设置2个数据采集分站和5个无线采集器，主厂房单元中设置3个数据采集分站和6个无线采集器，产品仓单元中设置2个数据采集分站和3个无线采集器。无线采集器用于采集设备的温度与振动数据信息，数据采集分站用于读取采集器所采集的数据，数据服务器通过工业以太网交换机读取每个数据采集分站中的数据，并对其进行分类、处理及存储，监控主机用于显示数据服务器中的数据和相应的管理报表及监测设备运行状况。系统硬件结构框图如图1所示。

图1 在线监测系统的硬件结构框图

各设备选用型号分别为：KJ201C-F数据采集分站，KJ201C-D-8无线数据采集器，KJ201-W-PT100无线温度传感器，KJ201-WZ1振动传感器。生产时，对带式输送机、刮板输送机、破碎机、振动筛、泵(入料泵、稀介泵等)、离心脱水机等设备进行实时检测，在被监测的31台设备和15台减速机的机壳和机轴上均设置有温度传感器，在带式输送机、刮板输送机及入料泵电动机的机壳和机轴及减速机的机壳和轴上均设置有振动传感器。

2.2 软件设计

检测系统和选煤厂的集中控制系统共用一个iFix5.1软件平台，iFix软件的核心是数据采集及监控(SCADA)，SCADA的基本功能是采集数据、管理数据及过程控制[10-11]。iFix通过OPC(用于过程控制的OLE)与数据采集分站通信，并用于读取各个采集分站检测到的设备状态数据。OPC采用客户机/服务器体系结构，OPC服务器有三个层次的对象，即服务器(Server)、组(Group)及项(Item)，项对应从每个分站所读取的数据。iFix作为客户端，用于访问OPC服务器采集到的数据，并将数据存入驱动器映射表(DIT)中，其扫描报警控制程序(SAC)，从DIT中读取数据，并对其进行处理和分类，然后将其存入过程数据库(PDB)。iFix通过工作台(Workspace)访问PDB中的数据，并结合人/机交互(MHI)功能，实现显示设备运行状态、故障报警、历史数据查询及设备的健康状态评估与预测等功能[12]。

3 运行结果

结合系统硬件和软件的设计功能，对系统硬件进行安装、连接与调试，对系统软件进行数据采集、处理及存储，并进行人/机交互画面程序的调试，进而实现主要设备运行状态的在线监测功能，如查询设备台帐、运行记录、历史状态及运行状态参数，并对设备故障报警等。

通过主要设备在线监测系统的监测画面(图2、图3)，可以调用设备的运行状态和状态参数，如调用201带式输送机的运行参数和历史数据(图4、图5)后，可对设备运行状态进行分析。

图2 各设备运行状态监测画面

图3 各设备实时数据监测画面

图4 201带式输送机运行状态监测画面

图5 201带式输送机历史数据画面

4 结语

张家峁选煤厂根据生产系统中的主要设备及运行状态的监测要求，在现有的工业以太网和iFix软件平台的基础上，设计出在线监测系统，经过安装与调试后，其能够满足主要设备运行状态的实时监测、运行状态记录、故障报警及历史数据查询等功能。在线监测系统的应用，实现了设备管理的信息化，提高了设备运行的完好率，减少了停机时间，降低了维修成本，同时也为设备健康状况的进一步评估奠定了良好的基础。

参考文献：

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