储煤仓远程智能化控制技术研究

殷鑫鑫

（霍州煤电集团吕临能化有限公司选煤厂， 山西 吕梁 033200）

引言

煤炭快速装车系统包括储煤仓、输煤系统、称重系统以及液压系统等子系统组成。早在20 世界50年代，美国KSS 公司对用于选煤厂的装车系统进行研究和设计，利用短短20 年的时间将100 多套装车系统应用于美国大型选煤厂，使用效果较好。最早研究自动化装车系统的是美国芝加哥Owen E.Brumbaugh.Jr 和英国诺斯布鲁学院Paul Levin、Alston L.Reed，并应用与选煤厂装车站[1-2]。国内科研机构对装车站监控系统和控制技术进行研究，总结了装车系统中称重子系统、液压子系统、车辆定位子系统监控技术，并将模糊控制、智能控制、神经网络控制应用于装车控制系统，最后指出了装车站监控系统的发展趋势。霍州煤电集团吕临选煤厂处于工业广场中游位置，肩负着“承上启下”的关键作用。矿井生产的原煤需要及时储存，不能影响矿井生产，洗选加工的产品需要分类储存，精准外运；拥有一套高效的储运系统是整个环节顺畅运行的关键[3-4]。目前的自动化系统仅能够监视设备状态，如闸板开启、关闭，移动小车启停状态，部分翻板和闸板处于就地手动状态，没能实现集中控制，当前操作流程为集控调度员在需要调整入料仓时通过对讲机或电话通知现场岗位工，岗位工通过手动操作设备进行配仓。因入料仓一般都有多个入料口，为保证入料均匀，调度人员和岗位工沟通次数多，工作效率较低，岗位工则需要频繁操作多个设备，多条线路切换，劳动强度大，另外夜间生产，人员疲劳加重，容易出现失误。

1 储煤仓远程智能化控制系统的设计方案

吕临选煤厂原煤储煤系统工况复杂，粉尘、噪声大，为了确保系统的可靠性和可用性，选择基于PLC的现场总线控制系统，系统设计框图如图1 所示。系统采用两台研华工控机作为主机，一台为控制机，另一台为监视机。采用超声波仓位计测量仓位，数据采集及控制量输出使用第一分站的输入AI 模块和输出AO 模块，煤的流量由电机的速度控制，转速越快，流量越大。仓位传感器实时检测储煤仓内煤料的位置，由分站上传至PLC 控制器处理。经PLC 控制器A/D 处理后，同时送现场和调度室，在调度室的冗余工控机上可实时显示仓位的动态图形和数值，也可以现场显示仓位数值。仓位的原始数据能以历史数据和历史曲线的形式供查询和打印。为实时监测储煤仓的状态，安装有激光测距仪、防爆摄像机以及报警装置。

图1 储煤仓远程智能化控制系统设计框图

2 系统硬件设计

储煤仓远程智能化控制系统的核心硬件主要包括PLC 控制器、超声波仓位计、激光测距仪、防爆摄像机等。PLC 控制器选用西门子300 系列PLC，有强大的数据处理以及网络通信功能。超声波仓位计选用德国生产的VEGASON50-1，该仓位计可将储煤仓仓位信号转换为4～20 mA 的电流信号传送给控制分站[5-6]。其他的关键硬件选型见表1 所示。

表1 储煤仓远程智能化控制系统关键硬件主要技术参数

3 系统软件设计

为实现储煤仓远程智能化配仓功能，必须满足移动皮带的自动定位及控制、两个可逆皮带之间液压闸板的自动控制。通过在移动皮带上安装高精度激光测距仪对移动皮带进行实时定位，通过程序计算自动感知移动皮带机头所在仓位。增设接近开关，对移动皮带在单一仓内行走布料的极限位置进行控制，实现激光测距仪和接近开关双控模式，准确定位机头落煤点，保证设备运行安全可靠。通过防爆摄像机实时观测确定配仓移动小车的工作位置，通过手机APP 申请发送指令至PLC 控制器，根据煤种选择自动配几号仓或者手动选择几号仓进行配仓，经PLC 内部逻辑运算输出，控制配仓移动小车配电柜，驱动小车左行或右行至指定位置，然后启动输送带正转或反转。

当配仓移动小车需要中途换仓，输送带需要换向时，首先控制小车前端给煤设备停止加煤，待输送带没有负荷后，选择好要换的仓号，PLC 控制器逻辑控制自动解除输送带与上级设备闭锁关系，10 s 时间内使得输送带无扰切换转向，同时小车移动到指定位置，控制小车前端给煤设备加煤。移动小车在运动过程中，位置信号实时反馈给PLC 系统，根据需要的仓位（例如1 号原煤仓），PLC 系统自动控制移动小车进行12 m 距离的循环扫描式配仓，循环时间由操作人员具体设定，在1 号原煤仓两个极限位之间循环往复式运动，使配仓更均匀，根据料位计的反馈信号确定是否需要切换配仓的位置，当配仓信号给定后，上级煤溜对应液压闸板顺序自动打开，通过控制相应液压闸板自动切换煤流，从而实现智能化自动配仓，如图2 所示。

4 系统的应用效果

图2 储煤仓远程智能化控制系统软件设计流程

设计完成的储煤仓远程智能化控制系统在吕临选煤厂投入使用，可节省配仓人工10 人，工人工资为每月5 500 元。全年可节支为5 500×10×12=66万元。

原储煤仓配煤时间由原来的1 h 变为15 min，每天可多调运原煤45 min，每小时调运量为1 000 t，6 个月增加调运量13.5 万t（180×0.75×1 000），精煤产率按计划45.59%，计算，半年多生产精煤6 万t，精煤850 元/t，增加销售收入5 100 万元，减去吨精煤成本650 元/t，新增利润1 200 万元。大大降低了倒仓时间，原煤倒仓时间由人工倒仓1 h 减少为15 min。产品配仓时间由30 min 减少为15 min，大大提高了储煤仓的工作效率。

5 结语

该储煤仓远程智能化控制系统的应用，解决了吕临选煤厂入仓原煤品种多，入仓条件复杂，入仓时间紧迫，原煤入仓倒换频繁的问题，解决了入仓错误造成的经济损失，实现了智能化配仓，降低了工人的劳动强度，达到减员增效的目的。