选煤厂自动化系统改造方案研究

许 涛

（兖矿集团邹城华建设计研究院有限公司，山东 邹城 273500）

选煤厂作为保证矿井煤炭质量的主要环节，实现选煤生产系统自动化、数据网络化、信息智能化、监控在线化、减员增效是选煤厂发展的必由之路，也是矿井效益的可靠保证。

兖矿集团大力发展走出去战略，本部煤矿大多承担着外派人员对接外部矿井工作，东滩煤矿选煤中心外派人员150人，相应本部选煤厂的人员数量明显减少，不能满足现有的安全生产需要。为建设“高效率、高效益”双高选煤厂，实施选煤厂智能化升级，建立“稳定、可靠、先进”的选煤厂智能化控制系统，提高完善选煤厂设备可靠性、智能化水平，把东滩煤矿选煤厂建设成“本质安全、清洁生产、指标领先、经济高效”的选煤厂，实现“机械化换人，自动化、智能化减人”，最终达到东滩煤矿选煤中心减员至300人的目标。

1 选煤厂自动化系统现状

（1）全厂分为洗煤、仓前、重介、装运、压滤机、密控6个主站，整体采用多主站架构，单个工艺采用主从架构；6个主站采用CPU414-2DP处理器（密控除外，使用CPU315-2DP处理器），上位机和各主站、各分站之间采用PROFIBUS-DP网络进行通讯。

（2）2006年自动化系统皮带机在原有防偏、急停、拉绳保护监测的基础上，增加防滑、堆煤等保护监测，增加3UF5/3UF7电机综保数据监控以及料（液）位计、皮带秤、在线灰分仪等内容，使自动化系统更趋完善。

（3）2008年在洗煤主站中增加对无压重介系统的监控，同时增加密控系统主站。

（4）2014年全入洗全重介技术改造增加浮选主站，采用417-5H双机热备冗余CPU，使用工业以太网与两台安装WINCC7.0的冗余服务器进行通讯，对新增重介系统、TBS系统、浮选系统进行监控。

（5）调度室使用3台客户机与WINCC服务器连接进行自动化操作和监视。洗煤、仓前、重介、装运、压滤机、密控6个主站采用PROFIBUS总线网络进行通讯，洗煤主站安装CP443-1以太网通讯模块与新增的浮选主站进行通讯。

（6）单机自动化（未纳入自动化系统）：选煤厂单机自动化设备包括跳汰机、压滤机、TBS和浓缩机等，其中跳汰机使用三菱A系列PLC，压滤机和TBS使用西门子S7-300PLC，浓缩机采用西门子S7-200PLC。

2 选煤厂自动化系统存在的问题

（1）系统不稳定，总线传输速率低，信号干扰严重

选煤厂现有自动化6个PLC主站和各自的分站采用DP通信传输方式，主站和分站之间通信故障影响范围大；特别对于洗煤主站的PLC和各个分站距离远，总线传输线路老化，且受到沿线的动力电缆、变频器、大功率电机干扰，容易造成大范围系统停车，耽误生产，同时造成设备损坏。

（2）自动化程度低

选煤厂各个工艺段，没有对现场的闸板、翻板、分料器、闸阀纳入自动化，洗煤工艺切换、煤流流向及分仓入料闸板的控制全靠人员现场手动控制，没有实现各个工艺的远程集中自动化控制。

现场设备包括沉降过滤离心机、压滤机、TBS和浓缩机等只能实现单机的自动化，没有纳入自动化系统。

浮选系统的加药和浮选搅拌还没有纳入自动化，现场的加药管理还使用手动阀门，加药的剂量没有检测手段进行监控，全靠人员经验和抽样化验。

洗煤浓缩泵房底流管路和溢流管路没有安装浓度计，水泵和闸阀没有参与自动化，需要人员现场控制。

现有的6台离心机没有进行自动化控制，现场力矩保护已经不能使用，需要现场人员根据离心机扭矩和电流大小，手动调节进料阀大小，防止离心机扭矩过大，出现断轴。

原煤浓缩泵房和生产泵房的水泵和闸板还没有接入集控系统，不具备远程控制，只能就地开停。

拣选配电室控制的皮带、筛子都没有接入集控系统，只能就地启停控制。

压滤车间皮带、刮板机、搅拌桶、入料泵还没有进行自动化控制，需要现场人员手动控制。

装车落煤系统的配煤目前为人工手段配煤，PLC不能根据检测到的灰分仪和皮带秤参数进行自动配煤。

（3）缺乏高效的现场设备测试手段

皮带机、刮板机沿线配置多种保护传感器，人员现场检修不能直观了解设备状态及沿线保护试验，需要和集控室人员沟通了解设备动作状态；现场缺乏语音报警定位和语音对讲设备。

（4）缺乏设备状态和环境参数的有效监测

洗煤中心目前没有对电机温度进行监测，没有对车间环境温湿度、煤仓瓦斯浓度、仓位和报警设备进行监测，不能在参数异常的情况下对设备进行及时的保护。

（5）低压配电室电机综合保护器都是独立的，没有融入集控系统，查看电机运行状况和修改电机参数都必须在配电室才能完成，无法远程查看、修改电机运行数据和参数，故障报警状况不能立即读取，实效性差。

（6）目前选煤厂没有信息化系统，生产过程数据、设备管理数据不能进行共享，管理层无法实时了解现场及生产情况，对生产、调度管理存有一定的滞后性。

3 生产智能化系统方案

3.1 智能化环境建设

在智能经营中心、智能生产中心和智能资产中心等规划方案的实现过程中，涉及到大量的通讯和数据传输，需要用到无线网络和智能服务。因此，智能化的环境是智能化选煤厂实现的基础，计划通过集控系统升级，增加工业电视监控系统，增加无线网络覆盖、智能服务系统和智能硬件，构建选煤厂的智能化环境建设。

3.2 PLC主站网络改造设计

（1）洗煤、装运主站网络改造设计

洗煤工艺自动化采用1个西门子S7-400主站，11个分站；装运系统1个S7-400主站，4个分站；采用主从架构，11个分站分别在车间的各楼层配电室；主站和分站之间采用PROFIBUS-DP通信，通信距离远程，控制设备多；经过多处大电机强动力电缆，目前出现经常干扰现象，耽误生产。

设计着重于提升总线抗干扰能力，并且易于在有限时间内升级完成，计划把DP总线升级为光缆传输方式，洗煤和装运PLC主站和IO分站间增加光电转换设备，实现主站与分站之间的光通讯，增加通讯的距离和质量，保障传输线路的抗干扰能力和网络传输的稳定性，增加西门子DP中继器只能延长DP的传输距离，对DP的抗干扰能力影响不大，PLC的DP接口本身带隔离和信号处理功能，光缆环网网络使远距离传输的主从架构分站网络更可靠。

该方案通过增加总线光纤转换器，将该总线的电缆通讯转换为光纤通讯，总线光纤转换器直接通过光纤组成环形网络，实现了高速率远距离传输，解决了电磁干扰，环形网络在光纤断了的情况下快速完成硬件切换，有效保障生产任务，做到不影响生产。

（2）其他4个主站网络改造设计

仓前、重介、压滤、密控主站自动化系统各有1套S7-400PLC，其主站下挂接的远程IO分站距离近，目前系统运行稳定，主站和分站之间仍采用现有的DP通信，主站和上位机的通信改造成以太网通信，在主站PLC安装以太网通信模块，实现主站和主站之间、主站和上位机的工业以太网环网通信。

3.3 无线网络系统

无线网络系统的搭建是实现智能化首先需要解决的问题。良好的拓扑设计和设备选型能够保证在复杂电磁环境和负载情况下整套系统的稳定运行。东滩智能化系统方案针对无线网络构建了一套具有高稳定性和良好拓展性的网络结构。

运用嵌入式和高并发的技术，以arm和FPGA芯片为核心开发出来的高可靠性和并发性的无线接入方案。目前主要应用在设备信号读取的无线接入，与传统有线接入PLC的方式相比，大大节省了成本，提高了可维护性，同时实现了数据的分布式处理，提高了数据的利用率，从而提高了智能化程度。

4 结语

通过对东滩煤矿选煤厂自动化系统进行改造可以提高选煤厂的经济效益，显著提高单位人员工效，并在保证安全生产的前提下，在科技创新、绿色可持续生产等方面做出创新和样板。实现企业的减员提效，降低人员成本，节约电力成本，降低维修费成本的目标。