选煤厂生产集中控制系统的优化

程广魁

(屯兰矿 选煤厂 准备车间，山西 古交 030200)

0 引言

选煤厂是对原煤进行再处理、加工的场所，可改善原煤的煤炭质量，进而提升其销售价格。近年来，随着选煤工艺和选煤设备的不断改进与更新，对选煤厂控制系统的自动化水平也提出了更高的要求。因此，急需对选煤厂控制系统进行改造，并且在改造的同时兼顾用时最短、改造成本低以及确保改造效果的原则[1]。本文将对选煤厂控制系统的数据传输速率、重介质控制系统以及应急系统进行改造完善，从而保证选煤厂控制系统通讯方式的统一、提高快速定位系统故障的能力以及系统自身的灵活性。

1 选煤厂集中控制系统概述

该选煤厂原煤的洗选能力为90万t/年，原煤处理能力为214 t/h，其所采用的选煤工艺为不脱泥全重介选煤。选煤厂生产系统主要由重介系统、浮选系统、加压系统以及万吨仓系统组成。选煤厂对应各分生产系统采用SLC500系列PLC控制器进行控制。

其中，重介集中控制系统可对系统中涉及的设备进行启停、事故连锁控制等，主要包括重介密度控制系统、监控系统、计量称重系统以及通讯系统等；浮选通知系统可进一步提升选煤厂生产系统对精煤的回收率，从一定程度上提升选煤厂精煤产量，以保证最终产品质量；万吨仓控制系统可提升原煤的存储能力，并根据煤仓中的实时情况对给煤机和皮带机的运行状态进行精准控制[2]。

目前，随着选煤厂选煤工艺和选煤设备的改进与更新，传统集中控制系统的数据传输速率已经无法满足当前选煤设备及自动化的需求，为此需对集中控制系统进行改造，旨在提升选煤厂上位机与生产工作面设备的通讯能力，并对现场中的故障进行精准、快速定位，既提高选煤厂的生产效率，同时又提升选煤厂集中控制系统的灵活性。

2 选煤厂集中控制系统的总体改造

导致当前选煤厂控制系统通讯能力差的原因是通信协议多样，而且对于每个生产分系统均有其各自的上位机，既增加了作业人员的劳动强度，还导致了误操作概率的提升。此外，当前各生产分系统所配置工控机过于老化，其对应响应速度慢，而且其可靠性和抗干扰能力较弱[3]。为此，本文结合选煤厂控制系统现状特制定以下两种改造方案。

2.1 改造方案一

图1 基于DH+网络实现选煤厂各生产分系统的集中控制

2.2 改造方案二

在充分吸取方案一的经验教训基础上，通过升级PLC控制器CPU的手段对选煤厂控制系统进行改造。具体实施路径如下:

(1) 将原选煤厂控制系统中对应的主控分站中的CPU由L542升级为L551型。

(2) 将原选煤厂控制系统中浮选系统的CPU同样由L542升级为L551型。

(3) 将原选煤厂中万吨仓控制系统取出，并根据生产需求增加相应的适配器模块(1747-ASB)和扫描模块(1747-SN)。

通过方案二改造后的选煤厂集中控制系统网络结构如图2所示。

图2 基于升级CPU实现对选煤厂集中控制系统的改造

如图2所示，基于以太网通讯技术将重介质系统、浮选系统对应的上位机集中于一个上位机对系统运行状态参数进行监测、记录和控制等，从而解决了多个上位机操作系统容易导致误操作的问题。此外，基于以太网通讯技术还能够大大提升数据的传输速率，由之前的10 Mb/s提升至100 Mb/s。

3 选煤厂集中控制系统的优化

上一节中着重完成了选煤厂集中控制系统的整体改造，但并未从细节具体对集中控制系统中各生产分系统进行优化设计。重介系统为选煤厂生产系统的关键分系统，本节将注重对其进行优化[4]。通过调研发现，选煤厂重介系统主要存在如下问题：①系统过载保护功能欠缺；②当系统PLC损坏时，很难保证对系统进行正常的启停控制。

3.1 重介系统过载保护功能的优化

对于选煤厂集中控制系统中的皮带机而言，当前系统可对其拉绳、跑偏以及溢煤等事故进行保护，并对应地在上位机上显示故障类型和报警。但是，在实际生产中还存在由于热继电器的动作而导致系统停机，但是并不能够在上位机操作系统上真实反映并报警。需要注意的是，除了热继电器动作外还存在很多可能导致系统停机的情况，若处理不当极易引发更大的事故。

因此，需将热继电器动作的信号真实反映给上位机操作系统，即将相关信号通过PLC上传至上位机，具体实施路径如下：

(1) 在PLC上为其配置一个专门的开关量，并确认其地址。

(2) 当热继电器动作时，与其对应的PLC的常开点闭合将信号通过PLC上传至上位机操作系统，同时通过PLC将控制信号传递至下位机程序，确保系统能够平稳地停机。

与此同时，鉴于原选煤厂重介系统所采用的继电器相对陈旧，为保证系统生产的安全性对其二次配电的接线方式进行改造，以提升其二次保护功能，从而实现综合保护器的报警功能。

根据上述控制思路对PLC对应下位机程序进行修改，具体如图3所示。

图3 继电器动作相关下位机控制程序优化

通过对重介系统进行初步改造后，系统能够将由于热继电器动作而导致的停机事故实时、准确地反映给上位机，为后续系统停机故障的定位和查找奠定了基础，从而提升了对设备故障的排除效率，减少了设备停机时间，提升选煤厂的生产效率。

3.2 重介应急控制系统的优化

对于重介系统而言，作业人员除可通过上位机操作系统对其进行集中控制外，还可在上位机控制系统失效的情况下采用短接的方式控制设备运行[5]。但是，当采用21#和23#短接方式的控制系统及操作设备运行时，由于接触器线圈直接供电导致其存在较大的安全隐患。因此，需对重介系统短接控制进行优化，解决其保护系统不完善的问题。为此，对重介控制系统的就地控制箱作出如图4所示的优化。

如图4所示，当21#、23#短接运行时，为其配置了FR、KM等保护装置，确保重介在无PLC控制情况下的安全、可靠运行。通过对重介控制系统做上述改造，可确保系统在PLC发生故障时仍可安全可靠、灵活地运行，避免了由于PLC故障而造成全系统的停机，从而保证了选煤厂的生产时间。

图4 重介应急控制系统的优化

4 总结

随着选煤工艺及选煤设备的不断改进、更新，为保证选煤厂整体生产效率的提升还需确保其硬件系统和软件系统相匹配。本文着重对选煤厂集中控制系统进行优化，具体总结如下：

(1) 针对选煤厂集中控制系统通讯能力较差的问题，基于以太网通讯对集中控制系统进行升级改造，改造后整个系统的通讯能力由10 Mb/s提升为100 Mb/s。

(2) 针对选煤厂重介系统过载保护功能欠缺和应急控制系统安全系数低的问题，对上位机与下位机控制程序进行优化的同时，为应急系统增加相应保护装置。经改造后，减少了系统由于故障而造成的停机时间，并为提升故障定位效率奠定基础。