洗煤厂集中控制系统融合研究与应用

耿新国 王 飞 赵国防

（汶上义桥煤矿有限责任公司，山东 济宁 272500）

汶上义桥煤矿洗煤厂原煤筛分系统自动化控制是由华宁公司设计安装，在使用过程中经常出现误停机、误报故障等问题。2017 年新上浅槽选矸设备系统自动化控制由北京华宇中选自控公司设计施工。新老系统联合使用，操作复杂，系统维护相互扯皮并且技术壁垒严重，给生产环节造成不必要的影响和安全生产隐患。

义桥煤矿洗煤厂在充分研究原煤筛分车间电气控制系统特点的基础上，对动筛车间的两个电气控制系统以北京华宇中选自控自动化控制为基础进行整体系统融合，实现集中控制操作系统简单、可靠，且能使原系统作为备用，实现了在集控室集中统一控制各设备，全自动化运行的目标。

1 矿井概况

汶上义桥煤矿有限责任公司位于山东省济宁市汶上县义桥镇境内，井田面积17.5 km2，主采3 层煤，平均煤厚4.2 m，地表为平原，没有河流流经矿区。矿井于2003 年6 月开工建设，2006 年1 月投产，矿井设计生产能力45 万t/a，核定生产能力80 万t/a。矿井采用立井单水平开拓，井口标高+45 m，井底水平标高为-335 m，可采煤层为3 煤层，开采方法为长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板，采煤工艺为综采和综放。矿井划分为6 个采区和1 个后备采区。

2 主要技术指标

2.1 项目技术基础情况

根据生产工艺过程分析控制要求及需要完成的动作（动作顺序、动作条件、必须的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动、单起、单停）、浅槽系统及动筛车间设备进行规划融合后统称为原煤系统。

依据洗煤厂主洗自动化控制系统平台，通过自主设计、编程把原煤系统与主洗系统进行二次融合，在同一个屏幕进行切换融合，重新组成原煤系统（浅槽及动筛系统）监控画面、主洗系统监控画面两套独立操作监控系统，可实现主洗系统、原煤系统之间的画面切换。

根据系统控制要求确定PLC I/O 接点，I/O 开关量、输入、输出接点量123 个，模拟量输入、输出接点36 个。

2.2 组态画面功能设计

（1）可实现主洗系统、原煤系统之间的画面切换。

（2）当运行主洗或原煤控制系统任一系统时，均可实现皮带报警、报警查询、密度控制之间的功能切换，同时可实现报警故障原因显示、历史故障记录查询、密度控制精度显示等功能。

（3）当运行主洗或原煤控制系统任一系统时，均可实现集中控制、就地控制之间的功能切换，集中启车功能按照逆煤流方向依次顺序启动，集中停车为顺煤流方向依次顺序停车。当遇到紧急情况下，一键停止系统中所有运行中的设备。

（4）可在监控画面迅速锁定设备故障点，并能即时显示故障原因和故障范围。

（5）根据预先设定密度值，能即时监控密度数值画面，实时显示变化幅度上下值。

（6）原煤系统、主洗系统均设有相同的集中、就地启动和停车功能键操作模式。

（7）原煤系统、主洗系统均设置皮带保护报警功能，画面直观显示各类保护的报警原因。

（8）主洗系统设有各煤种计量功能，根据皮带秤的瞬间称重量变化，实现数据实时传输。

（9）集中控制状态下，设备之间根据工艺流程及煤流运输方向关系，启动和停车时采用联锁模式，当某一台设备出现急停时，上一级所有设备均可实现紧急停机。当检修或其它原因需解除集中开启停车时即可开启解锁功能。解锁后，可实现设备单独控制，互不影响。

（10）开启设备前，系统启动现场声响警示并持续2 min，方便现场作业人员做好设备运行前准备，实现安全启动。

3 项目任务执行情况

3.1 系统沿线铺设

（1）为实现筛分皮带与选煤厂煤流皮带分别控制，在配电室集中放置两台集中控制器KTC101。一台实现沫煤上仓皮带、东、西配仓皮带的集中控制，另一台实现手选皮带、破碎机、大块煤皮带、沫煤转载皮带、201 皮带的集中控制。

（2）KTC101 控制器带有双沿线控制，实现多皮带不同向的沿线分布控制。控制选煤厂沫煤上仓皮带、东、西配仓皮带的集中控制器，由CS1 沿线实现顺序控制。控制手选皮带、大块煤皮带、沫煤转载皮带、201 皮带的集中控制采用双沿线控制方式，CS1 沿线实现沫煤转载皮带、201 皮带的顺序集中控制，CS2 沿线实现手选皮带、大块煤皮带的顺序集中控制。

3.2 各沿线配置

（1）选煤厂精煤煤流皮带控制主控采用CS1沿线。

（2）由配电室主控制器CS1 出口连接一根5 m 七芯通讯电缆至矿用隔爆兼本质安全型信号处理器，之后连接一根100 m 七芯通讯电缆（根据实际长度而定，可利用快速连接两通延伸电缆长度）至沫煤上仓皮带机尾，机尾安装一台KTK101-2（AI）组合扩音电话，实现机尾跑偏保护接入及语音喊话、急停闭锁，之后利用100 m 七芯通讯电缆连接至皮带机头的KTK101-2（HA）。为接入机头堆煤保护及实现对皮带启停控制，在机头放置一台KJS101-8智能输入输出下位机用于信号接入，与电话通过5 m 七芯通讯电缆连接。沫煤皮带沿线设备配置完毕。

（3）利用100 m 七芯通讯电缆延伸至东、西配仓皮带机头，接入普通急停闭锁扩音电话KTK101-2（HA）实现语音通话。由于两条皮带均为20 m 左右，因此将两条皮带保护、控制接入一个智能输入输出下位机KJS101-12。最后配置一台终端KFD101，沿线配置完毕。

（4）筛分车间原煤煤流皮带控制器采用双沿线控制。

（5）由控制器CS2 沿线插座连接一根100 m七芯通讯电缆（根据实际长度而定，可利用快速连接两通延伸电缆长度）至手选皮带机尾，机尾安装一台KJS101-4 智能输入输出下位机用于皮带保护、控制，给煤机控制、振动筛、除铁器控制信号接入。之后利用15 m 通讯电缆延伸至KTK101-2（HA）组合扩音电话，手选皮带配置完毕。

（6）由手选皮带机头电话经30 m 通讯电缆连接至大块皮带（200 m 左右）机尾KTK101-2（AI）电话，用于皮带机尾保护及三岔漏斗破碎机控制接入。利用100 m 通讯电缆连接至另外一台扩音电话KTK101-2（HA）后，再由100 m 通讯电缆连接至机头KTK101-2（HA）扩音电话。同样，为接入机头保护、煤仓煤位传感器，机头放置一台KJS101-8智能输入输出下位机用于信号接入，与电话间用5 m 通讯电缆连接。最后配置一台KFD101 智能终端，CS2 沿线配置完毕。

（7）CS1 沿线由控制器利用100 m 通讯电缆连接至沫煤转载皮带机尾（20 m 左右），机尾安装一台KJS101-8 智能输入输出下位机用于皮带保护、控制，除铁器控制信号接入，之后利用15 m 通讯电缆延伸至KTK101-2（HA）组合扩音电话。利用30 m 通讯电缆延伸至201 皮带（200 m 左右）机尾KTK101-2（AI）组合扩音电话，用于机尾皮带保护接入。利用100 m 通讯电缆连接至另外一台扩音电话KTK101-2（HA）后，再由100 m 通讯电缆连接至机头KTK101-2（HA）扩音电话。同样，为接入机头保护，放置一台KJS101-8 智能输入输出下位机用于信号接入，与电话间用5 m 通讯电缆连接。最后配置一台KFD101 智能终端，CS1 沿线配置完毕。

3.3 控制接线

根据现场设备实际情况，设备启停控制信号均由原来集控PLC 给出，启动控制继电器控制电压24 V，信号类型为开关量，闭合启动，断开停止。由于原来集控系统不用了，华宁的集控开关量控制信号直接汇接到原来集控PLC 继电器控制点上。现场配有隔离箱，为电动球阀提供工作电源。

3.4 皮带保护接线

以大块皮带配置为例，简述皮带保护位置及信号接线方法。机头信号：机头跑偏、堆煤、烟雾、速度、温度保护，皮带启停等控制信号；机尾信号：机尾跑偏。

3.5 语音配置

为实现调度室与筛分沿线零距离语音通话，在调度室放置一台IP 桌面对讲器及一台多媒体调度主机。利用对讲器将语音信号转换为网络信号，经调度主机处理，将网络音频信号传输至拨号IP 地址设备进行呼叫。由此可见，被呼叫设备需具有唯一IP地址且可以将网络音频信号转换为模拟量音频信号并与主控语音耦合的能力，华宁自主研发生产矿用本质安全型信号转换器就具备此功能，可以和皮带主控制器通过电缆快插式连接，无需复杂接线，具有标准网络接口。将转换器串接入双沿线控制器的CS1/CS2 沿线，通过网线连接入附近交换机，交流220V 供电。

3.6 视频系统

在动筛车间各皮带落煤点及煤流监测点处安置网络摄像头，用于煤流状态的实时监测。网络摄像头带有标准网口，就近方式接入附近网络交换机，若传输距离较远则增加光纤收发器实现远距离传输。转换模块还需要12 V 电源供电，因此将摄像仪、光纤收发器、兵装电源组合封装。同样，接收方也采用光纤收发器将视频信息传输至网络交换机，由于摄像头共计14 台，所以光纤收发器共计需要28台。为方便安装管理，将光纤收发器、兵装电源集中安置到配电室安装柜内，将网络交换机也放入安装柜内部进行防护。

3.7 集控系统

为实现筛分车间控制系统自动化、智能化，需要在集控室能够进行远程启停控制、状态监控，采用工控组态软件实现筛分车间设备集中控制监控，利用组态画面以图形、文字、动画等形式显示各个设备状态。在集控室配备一台PC 机、工控机，工控机与调度交换机采用网线连接；筛分配电室两台主控通过网线连接至筛分交换机，交换机间采用光纤连接。

4 主要创新点

（1）依据洗煤厂主洗自动化控制系统平台，通过自主设计、编程把原煤系统与主洗系统进行二次融合，利用稳定的中选自控控制系统已有的接点富余量进行拓展控制和融合，优化了系统单元，择选优势系统，相互补充。其中对软件的系统改变大，硬件系统改变小，总体投资较小，目前国内尚无同类型洗煤厂进行融合控制研究与应用。

（2）选煤控制系统与原煤控制系统融合后，原煤系统的设备控制可在选煤控制系统与原煤控制系统融合后，原煤自动化控制系统实现了独立的双线控制系统，原自动化控制系统作为原煤备用控制系统，保障了地面原煤自动化控制系统运行的可靠性，确保了全矿煤流系统运行的可靠性，有效减少了生产影响。

5 经济效益

此项目完全由本单位自行设计安装融合调试，一次性节约外委设计安装费用100 余万元，平均年可减少因控制系统故障引发的生产影响30 h 以上，实现了一备一用的安全运行模式，进一步提高了生产过程控制的稳定性、安全性，提高了系统运行效率，对洗煤厂改造工程及新老系统融合的深入研究和应用在行业内具有较好的推广应用前景。

6 结语

本项目是根据义桥煤矿洗煤厂现场实际需求进行的浅槽系统、动筛原煤控制系统与主洗集中控制系统三方融合研究，以主洗自动化控制系统平台为依托，优化了系统控制单元，实现了原煤系统与主洗系统在同一操作画面下自由切换控制，亦可单独控制，互不干扰，经单机、联机试运转运行安全可靠，操作方便。经过生产运行的实践证明，该系统融合研究创新性强、投资小、实用性强，直接经济效益、环境效益和社会效益和谐统一，具有推广应用价值。