白龙洗煤厂控制系统改进

张瑞颖

（霍州煤电集团云厦白龙洗煤厂，山西霍州 031400）

0 引言

随着国家对煤矿资源的大量需求，越来越多的煤矿被开采出来，而开采出的煤层存在较多杂质[1-2]，因此，不同类型的洗煤厂设备被应用到煤矿的分离工艺中，其中，白龙洗煤厂则为国内典型的洗煤厂。由于洗煤厂环境相对恶劣，加上洗煤厂设备运行工况相对复杂，导致现有的洗煤厂控制系统无法较好地满足使用需求，不断加大对白龙洗煤厂控制系统综合性能的改进研究，已成为保证洗煤厂较高作业效率及作业安全的重要改进方向。因此，以现有洗煤厂控制系统结构分析为基础，开展了控制系统的优化改进和系统中的关键部分设计分析，并对其现场使用情况进行了应用测试，得出改进后的控制系统具有更好的控制性能，更能满足洗煤厂设备的使用需求。这对提高洗煤厂控制系统的控制效果及洗煤厂设备的运行安全具有重要作用[3-4]。

1 控制系统结构组成

洗煤厂主要是将原煤中的优质煤及劣质煤进行分离，最终分离出中煤、精煤等产品，而洗煤厂中的设备种类相对较多，主要包括磁选机、破碎机、弧形筛、压滤机等，所设计的控制系统需能实现这些设备的有效控制。目前，白龙洗煤厂现有的控制系统主要包括PLC主站、PLC从站、各类传感器、人机显示界面、执行机构、调度室等部分，其控制网络主要采用星型网络形式，通过CNA总线方式进行通讯连接。根据控制系统功能的不同，将该系统分为控制层和设备层，通过不同层的功能特点，实现对设备的监控、控制、调节等功能。通过该控制系统，已较好地实现了对洗煤厂设备的有效控制，保证了各类设备的正常运行，同时也大大提高了设备运行效率及运行安全，但在一定程度上仍存在控制精度不足、反应不及时、控制范围较窄等问题。加强对白龙洗煤厂控制系统的优化研究，已成为当下研究的重点方向。

2 控制系统总体方案设计

2.1 功能设计

根据洗煤厂的作业特点，所设计的控制系统需具有如下功能特点[5-8]：

（1）目前，控制系统的控制种类相对较多，包括就地控制、禁止启动及集中控制等方式，而每台洗煤厂设备的启动操作方式存在一定的不同，因此，为更加方便地对所有用电设备进行统一的控制，所设计的控制系统需满足在调度室即可实现对所有设备的启停控制，以此保证洗煤厂的正常生产作业；

（2）洗煤厂设备不同工况条件下所需的功率大小有所不同，而洗煤厂设备数量相对较多，因此，该控制系统需根据设备的不同作业需求实现对其作业功率及转速的自动调整，以此来实现洗煤厂设备的节能运行；

（3）当设备长时间运行或超负荷运行过程中，加上作业环境的相对恶劣，导致洗煤厂设备在运行过程中经常出现各类故障问题，因此，该监控系统需设计设备报警提示功能，针对设备出现的各类故障现象，能及时发出相应的报警提示；

（4）该系统的显示界面需能对洗煤厂设备的各类运行参数进行实时显示，并能绘制各类曲线数据，将所汇聚的数据信息进行数据保存，以便后期能对设备运行参数进行查询及运行状态分析。

2.2 总体方案设计

以现有的洗煤厂控制系统为基础，开展了对控制系统的改进设计。改进后的洗煤厂控制系统主要由干洗PLC站、筛分PLC站、各类传感器、变频器柜、场就地箱、工业交换机、人机显示系统、打印机及外界局域网等部分组成，具体结构组成示意图如图1所示。其中，传感器包括了电流传感器、转速传感器、流量传感器等，并将采集的数据信息通过采集系统及CAN总线，传递至PLC控制站中；控制PLC控制站是整个控制系统的核心部分，主要负责接收采集系统传输来的各类数据信号，并通过设置的控制程序及相关算法，对信号进行分析处理，之后将分析处理后的信号发送至执行层及显示界面中；监控主机则通过设计的上机位软件程序向PLC发出相应的控制命令，以此完成对设备控制命令的控制操作；现场就地箱则主要为洗煤厂设备提供启停、预警及信号指示灯功能；配电柜则主要负责为设备提供运行用电。通过该控制系统，可更加全面地完成对洗煤厂设备运行状态的监控和动作控制，控制精度更高、系统响应速度更快，对保证白龙洗煤厂中设备的工作效率及作业安全具有更高的控制效果。

图1 控制系统总体结构布局图

3 关键系统设计

3.1 变频器选型匹配

由于洗煤厂设备的电压频率与外界的输入电压存在一定的差异性，无法满足设备的使用需求。因此，在洗煤厂整个控制系统中，配备了变频器设备，通过在变频器上进行频率参数的设置，可将外界输入的工频交流电转化为洗煤厂设备所需的变频交流电，以此实现对洗煤厂设备电机转速的有效控制。因此，经过匹配选型，选择了西门子公司生产的MM440变频器，其工作电压为380 VAC、工作输出电流为1 800 A、输出功率可达75 kW。该设备具有控制精度高、输出转速大等特点，且能与多种通讯接口进行快速对接，具有较好的节能效果。变频器的安装，有效避免了较大的启动电流对电网的冲击作用，保证了整个控制系统的正常运行。

3.2 传感器选型匹配

该控制系统设计了皮带秤、速度传感器、仓位计等设备，分别实现对物料的快速称重、设备运行速度及物料存储高度等操作，是整套系统前端实现数据快速采集的重要设备。根据洗煤厂中设备的性能特点及使用环境，皮带秤采用了ICS-20型号，其工作电压为220 VAC、称重范围可达1～4 500 t/h、采集精度为±0.12%。速度传感器主要安装在输送机的轮子附近，选用了VB-Z9500型霍尔传感器，其工作电压为5～32 V、输出波形为方波、频响范围为0～10 kHz、防护等级为IP65、输出方式为PNP输出，能较好地满足设备运行速度的信号检测。另外，仓位计利用自身系统发出的超声波信号，完成对物料高度的测量，其工作电压为24 VDC、输出信号为2～24 mA、测量高度可达15 m，基本满足了洗煤厂物料高度的测量。由此，完成了对控制系统传感器的匹配选型。

4 现场运行情况

结合上述分析，基本完成了白龙洗煤厂控制系统的升级完善。为进一步验证改进后的控制系统，将其进行了为期4个月的现场应用测试，其显示界面如图2所示。测试结果表明，该控制系统运行正常、功能更加齐全、系统运行稳定可靠，能较好地实现对洗煤厂设备运行状态的信号检测及动作控制，针对设备运行过程中出现的各类故障问题，该系统能及时发出相应的报警提示，并通过显示界面进行故障问题、故障发生位置等信息的实时显示，同时，将设备的运行参数通过主控机进行快速保存，较好地满足白龙洗煤厂设备的控制需求。该煤矿现场负责人也对改进后的控制系统作出了高度评价及认可，建议对该系统进行推广及应用。

图2 控制系统显示界面

5 结束语

针对白龙洗煤厂控制系统的综合性能已无法较好地满足当下洗煤厂的使用需求，将当下更加先进的设备应用到该控制系统，开展控制系统的改进优化已成为当下提高洗煤厂控制系统综合性能的关键方向。因此，分析了现有洗煤厂控制系统的结构组成，开展了控制系统的优化改进研究和对关键系统进行了设计分析，并对该系统在洗煤厂中的应用情况进行了实时应用测试。结果表明，改进后的控制系统具有更高的控制精度和采集速度、功能更加齐全，能更好地满足白龙洗煤厂设备控制系统的使用需求。这对提高洗煤厂控制系统的控制效果及洗煤厂设备的运行安全具有重要作用。