选煤厂集中控制系统的设计与改造

崔璐君

（山西潞安郭庄煤业有限责任公司选煤厂， 山西 长治 046100）

引言

现阶段，选煤厂的选煤系统都是通过人工来操作控制的，系统的自动化程度较低，而且不能做到对现场设备的统一有效管理，大大降低了选煤的效率[1]，潞安某选煤厂的处理能力是6.0 Mt/年，集中控制系统承担原煤处理、重介质分选、装车等任务，系统结构复杂、涉及环节较多，随着工艺设备的改进，单纯依靠人工操作的控制系统已经不能满足生产的需要，一些先进的计算机、传感器等技术的发展，更是推动选煤控制系统朝着智能化、集成化的方向发展。

1 改造前状况

1）系统集成化程度低。选煤厂在前期布局时，由于缺少科学合理的判断，洗煤过程中的原煤处理系统、重介质分选系统、装车系统等的每个作业都是单独安装，没有充分考虑各个环节间的协调运行，每个系统都有自己独立的线路和控制开关，无法进行统一管理，在其中一个环节出现问题后，排查的工作量较大，时间较长，在排查时相关作业要停止工作，效率较低，容易造成较大的损失[2]。

2）系统维护成本高。随着技术的不断升级，综合考虑经济成本，一般企业会针对性地更换机器设备，或是进行软件升级，这样就会出现多种规格的设备，造成系统的版本互不兼容等问题，现场越来越多的设备使得供电系统也变得很复杂，加大了故障检测和设备运行监控的负担，在设备和线路出现老化故障时，增加了维修成本，影响经济效益。

2 改造方案

选煤厂的集中控制系统主要包括原煤预处理、重介质分选、自动装车等部分，系统主要采用PLC和远程控制相结合的工业局域网络，在进行调度指挥时，将各种指令信号在以太网传输下，经PLC 运行后，通过图形等形式传输到集控室中，现场的工作人员通过集控室的图形来监控实际工艺流程中各设备的运行状态，集控室的工作人员根据传输过来的图形进行远程控制，在出现问题时及时采取控制措施。

2.1 原煤预处理系统

原煤预处理系统是对原煤进行去杂质处理，将原煤中的砂石、木块等杂质剔除，为下一步的选煤工艺提供质量合格、性质稳定的原煤，确保精煤的质量。在对原煤进行预处理时，选用的控制器是西门子PLC-4000 系列[3]，通过工业局域网来实现对各个生产设备的监控；通过I/O 口控制，将PLC 主站和分站联系起来，实现对通讯系统的扩展；通过上位机可以监控设备的启停和运行状态；选用的主电机是ABB的ACS800 系列变频器，可以对多段速度进行控制，系统采用IC 编程软件，根据主电机的特性合理控制机器设备，实现设备的自动化运行。

2.2 重介质分选系统

重介质分选系统的改造重点是对电气部分进行改造，通过对设备及配电装置的改造，实现对重介质分选等环节的自动化控制。

为了提升重介质分选系统的自动化程度，实现对多个设备的集中控制，给相关设备配置上位机、配电柜、操作箱、PLC 等硬件设施，同时根据控制要求，配备密度计、压力机、黏度计等辅助仪器，为了避免出现设备压煤现象，统一沿逆煤流的方向依次启动设备。重介质分选系统主要是控制重介质密度及介质桶的液位，其核心技术是要控制好重介质液体的浓度。集中控制系统采用PID 闭环控制，通过感应重介质的密度和介质桶液位，使系统一直保持在最佳的工作状态下，采用PLC 可编程控制器，通过采集现场传感器信号，将采集的信号与PID 控制中的设定值进行比较，得到对应的信号，实现对设备的自动化控制，其PID 控制原理图如图1 所示。

图1 PID 工作原理

采用以太网构建系统的集中控制网络，以PC上位机和PLC 下位机控制器组成的控制系统，能够实现对设备工作状态的监控和显示，通过信息化、智能化等手段，实现对设备的自动化控制，整个集中控制系统的网络拓扑结构如图2 所示。

图2 控制系统网络拓扑图

2.3 自动装车系统

自动装车系统可实现精煤的自动化装运，确保精煤的装载率，控制精煤的装载量。根据控制要求，为装车系统配置精煤煤仓液压闸门、皮带、称重检测、车号识别、监控系统等[4]，实现对精煤的自动装车，自动装车系统包括信息管理层、调度监控层和现场控制层三层网络，根据实际生产的需要，可以对自动装车系统进行单机控制，也可以进行集中控制，在单机控制时主要是进行系统设备调试，在集中控制时，主要实现系统对所有设备的集中统一控制，实现相互闭锁功能，自动装车系统示意图如图3 所示。

图3 自动装车系统

3 改造结果

通过对集中控制系统的改造升级，对改造前后系统的经济效益和成本进行分析，经过比较得出，在对系统进行改造后，设备的负载运行时间提高约10 min/d，设备的故障排查时间节省约8 min/d，系统的整体输出功率降低约4 000 kWh，如果按照0.56 元/kWh 的电费来计算，在设备每天运行20 h、一年运行320 d 时，可节约电费约1 433 万元。