淺談自動化系統在祁南煤礦選煤廠的應用

摘要：安徽淮北礦業集團祁南煤礦選煤廠通過自動化控制改造，實現了對生產系統的有效集中控制，配煤系統的精確配料，確保了精煤質量，提高了生產率。同時強化了調度指揮系統，利用集控起停機，減少了電力消耗，延長了實際開機時間，有效提高了處理量和入洗能力。系統運行更加穩定可靠，收到較好的效果，為全廠優質高效的管理和生產奠定了基礎。

關鍵詞：自動控制 生產系統 系統運行 提高效益。

祁南煤礦選煤廠隸屬淮北礦業（集團）有限責任公司，位于祁南煤礦工業廣場內。

祁南煤礦地面生產系統建有斜輪排矸車間，主要是對+13mm以上原煤塊進行重介斜輪排矸，大塊精煤破碎后和-13mm末煤一起作為動力煤由帶式輸送機運至裝車倉。近年來，隨著祁南煤礦技術改造的進行，礦井生產能力由每年180萬噸/年，提高到240萬噸/年，而且隨著井下采場的延伸，原煤灰分逐年增高，現有的選煤廠各個系統。

如塊煤斜輪排矸對煤質適應性差，+13mm篩分效率低，分選效果差，不能有效降低商品煤灰分，而且煤泥水處理煤泥回收能力低；原有集控系統不能滿足生產需要，必須進行技術改造。根據淮北礦業集團對祁南煤礦選煤廠技術改造的設想，重點通過對生產集控系統的改造，形成網絡化管理，進一步增加入洗能力，提高現代化水平，生產市場需要的動力電煤和煉焦配煤產品。祁南煤礦選煤廠從2008年開始陸續對集控系統、壓濾車間、濃縮池等進行自動化改造，增設了生產集中控制系統，工業電視監控系統，計算機信息管理系統，調度通訊系統等全廠形成了網絡化管理。經過近兩年來的運行，效果顯著。

1 全廠系統控制的組成

1.1 全廠集中控制系統

選煤廠集中控制系統由PLC集中控制系統和計算機調度監控系統組成。

PLC集中控制系統實現選煤廠的全廠設備的集中控制和自動化參數的調節過程。

PLC系統采用GE Fanuc PLC，PLC主站采用GE最新產品PAC7i，CPU選用IC698CPE010。分站選用GE90-30分站。主分站之間通過以太網光纖環網相連接。與原有的Fieldcontrol分站采用Genius總線連接。

計算機調度監控系統則以各種圖形、數字、報表實時顯示選煤廠的生產過程及重要的工藝參數過程。并作為人機接口實現對全廠的控制過程的操作。

計算機調度監控系統和PLC之間通過TCP/IP工業以太網通信，交換機采用MOXA工業型以太網交換機。

1.2 工業電視監控系統及大屏幕投影系統

工業電視監控系統，通過控制室的大屏幕投以直觀的可視圖像實現對全廠的工況的實時監視，并且其圖像信號通過視頻服務器接入礦務局域網從而實現信息共享。使相關領導在辦公室即可觀察現場的實際工況。

電視視頻信號通過光纖傳輸的方案。控制室采用25”彩色監視器實現對現場電視信號監視。

1.3 計算機信息管理系統

計算機信息管理系統完成全廠綜合信息管理系統。該系統通過和自動化系統聯網可以實時觀察選煤廠的生產過程信息，如每天的產量、當前煤質灰分、設備運轉情況等。并可隨時了解安全、生產、物質運銷、效益等各種信息，實現全廠區統一調度、統一管理。并且可實現遠程辦公，即使出差在外通過互聯網也可以了解工程信息。

1.4 調度通訊系統

新上數字程控調度交換機（120門）1套取代原有通訊系統。

調度電話通訊系統采用蘇州山友通信公司的CR-95D 1024型數字交換機。

調度通訊系統CPU及供電系統均采用雙套熱備份工作，在系統自動倒換時不會影響。

2 各系統的主要功能

我們在該選煤廠的控制系統中，采用三層網絡結構，控制網、監控網、信息管理網。控制網采用了遠程RIO網。控制網完成對全礦設備運行狀態、工藝參數等的數據采集以及設備控制和相關的調節過程。監控網采用以太網和PLC控制主機相連接，完成生產系統的監控管理功能。

與重介系統之間的接口：全廠集中控制系統與重介系統之間采用以太網相連接，在中央控制室實現重介密度參數的監控。對于原來的重介密度調節系統納入到新的控制系統中，通過監控計算機實現關于密度調節系統的監控操作。

2.1 PLC控制系統

在程序設計上，主控CPU能自動診斷所選系統的運行條件、各設備的輸入狀態及保護接點是否滿足起車條件，若出現異常情況PLC向上位機給出相應的報警信息。

按工藝流程特點，控制系統分為原煤系統、跳汰系統、三產品重介旋流器系統、濃縮壓濾系統、產品運輸系統及產品煤裝車系統等。系統在正常情況下均由控制操作員實現按程序自動停起車，所有集控設備均設有集控/就地/零位三種控制方式，“集中”用于正常生產，“就地”用于單機調試，“零位”用于設備檢修和故障處理。濃縮和壓濾設就地控制系統。

2.2 視頻功能

工業電視系統主要有視頻服務器，攝像機（18個攝像頭）、云臺、解碼器、視頻分配器、監視器等組成，用于監視各設備的運行情況。來自現場的視頻信號經視頻分配器分成兩路，一路送至視頻頻矩陣控制器，一路送至視頻服務器，視頻服務器的輸出信號一路通過視頻同軸電纜送至監視器，一路通過廠礦信息管理網傳至礦調度中心，廠礦領導及相關職能辦公室，實現圖像資源共享。集控室和各辦公室可同時任選觀看各監視點的現場生產情況。

集控室設置一套120大屏幕投影系統，通過視頻主機的設置，能夠自由靈活的在上位系統畫面和工業電視監視畫面之間切換。在大屏幕左右兩側，各設置三塊尺寸為34寸液晶顯示屏，每塊顯示屏均可以切換同時顯示四路信號畫面。

2.3 計算機監控系統功能

通過調度監控系統完成全廠工藝設備的監控，實時顯示工藝設備的工作狀態以及所采集的工藝過程參數（如貯存倉的料位和主要液位，入選原煤的煤量、灰分等）。通過以上信息，指導系統設備的開、停關及時調整生產過程；同時，通過工藝參數的采集處理，為逐步建立以工藝參數檢測和人工實踐知識為基礎的智能監控系統創造條件。

2.4 生產數據的采集處理

對采集的生產過程數據進行處理分析、科學地指揮調度生產，使選煤廠做到節能、降耗。并逐步建立起人工智能監控系統。

2.5 工藝流程圖形顯示功能

系統采用立體動畫圖形對工藝設備進行描述，當設備處于停止狀態時，代表該設備的圖形是靜態的，當設備處于運行狀態時，系統會以動畫的形式模擬設備運行；所有的流程線均采用不同顏色的線條進行描述等。

系統采用不同顏色來表示設備的各種運行狀態。紅色表示設備處于帶電狀態；綠色表示設備正在運行；黃色表示設備處于故障狀態，所有的流程線均采用不同顏色的線條進行描述：煤流用黑色、煤泥水用灰色、循環水用藍色等。

系統集中顯示全廠工藝流程系統圖，也可以分系統顯示各獨立的工藝流程。也可以采用循環分頁顯示、定格及調出顯示等方式。

不論在任何顯示方式下，一旦設備發生故障，計算機自動調處故障設備發生故障的類型、時間等。

2.6 數據顯示功能

數據顯示功能主要以各種方式顯示數據采集系統所采集的各種參數：如煤量、灰分、壓力、倉位、水位等。

煤量顯示——按流程顯示原煤煤量、精煤煤量和其它產品煤的煤量，以圖表方式顯示瞬時值及累加值。

灰分顯示——以餡餅圖、棒狀圖、圖表方式顯示精煤灰分；

倉位——以直方圖動態顯示原煤倉、中煤倉、精煤倉倉位的連續變化，以煤倉的固有幾何尺寸自動換算出為煤倉儲煤量，并在直方圖上實時顯示，倉位設高低位超限報警；

水位——以直方圖動態顯示合格介質桶、稀介質桶等液位的連續變化，以水池（桶）的固有幾何尺寸自動換算出水池出水量，并直方圖上顯示：水位設高低位超限報警；

電流/電壓——以傳統的電壓/電流表的方式或數字直觀顯示設備的電壓/電流，并對重要設備的電流形成歷史趨勢曲線。

2.7 歷史趨勢功能

根據采集到的各參數性質，按類別形成多幅歷史趨勢曲線圖，如煤量、灰分歷史趨勢圖等，一些重要參數可記錄在硬盤，隨時可調盤顯示，從而科學地指導生產。

2.8 聲光報警系統

聲光報警系統是由多媒體工業計算機完成的。全廠控制系統的各種預告方式、設備故障、以及各種計算結果、參數超限等狀態均可由聲音播放系統完成，且可方便的更改及增減。所有的報警記錄和報警狀態在報警狀態表中都有詳細的記錄。

2.9 報表打印功能

調度監控系統能夠根據采集到的過程工藝參數，根據要求定時打印班、日、月生產報表或事故報警狀態表，并且也可由人工隨時打印。

2.10 控制系統操作功能

通過人機接口計算機、鍵盤或鼠標設備對控制系統實施操作，下發工作指令，選擇合適的工藝流程走向，設定工藝調節過程調節參數設定值和手動值。

3 系統運行效果

3.1 集中控制系統運行效果

集中控制系統的投入運行，使選煤廠生產過程的起停機時間大大縮短，減少了電力消耗，增加了生產時間，提高了處理量；工作人員在集控室通過模擬屏、即可隨時掌握全廠的所有設備的運行情況，發現并及時與生產班隊聯系處理，生產效率大幅度提高。

3.2 配煤自動化控制系統運行效果及效益

選煤廠自動化控制系統實施以來，系統運行穩定，精煤硫分達到了規定要求。硫分合格率達到100%，產生了巨大的社會效益。

①調高了精煤質量，滿足了用戶要求，提高了產品的競爭力；

②精煤硫分穩定，可避免用戶對超硫煤價或索賠等質量糾紛，杜絕了不合格品的發生，經濟效益顯著；

③精煤硫分在1.0%以下，為減少使用地區的環境污染提高居民的生活質量起到了良好的作用。

3.3 生產和信息管理系統運行效果

選煤廠設生產電話及廣播系統一套，在各值班室設有普通電話分機，生產管理快捷，實現了有效調度和指揮。

建立健全了信息管理網絡，并開發了相應的系統管理軟件，使全廠生產、安全、經營等各種事務管理實現了計算機化，非常便于生產經營管理人員以科學的手段組織合理的生產，并為領導決策提供了科學依據。該系統可根據生產原煤的質量變化及用戶需求，優化產品方案，制定合理的產品結構和工藝流程，最大限度的提高了企業的經濟效益。還可使生產統計，運銷管理和技術管理中的各種報表及曲線由計算機自動完成，自動打印，從而減輕了勞動強度。健全的選煤廠信息管理系統局域網與礦信息網聯網后，實現了全礦信息資源共享。

4 結束語

淮北礦業集團祁南煤礦選煤廠通過自動化系統控制改造后，關鍵生產過程均實現了自動化控制，這些控制系統是相互獨立的，每個控制系統都能單獨完成他的控制目標，同時他們之間又是相互聯系的，小系統的控制及單機控制也可以通過集中控制系統達到集中控制，與集中控制之間進行數據交換。這些控制系統的使用，不僅使選煤廠的自動化水平明顯提高，同時由于多種控制方式共存，使選煤廠的生產過程更具靈活性，精煤產品的質量顯著提高。

配煤、分選等關鍵工藝過程實現自動化控制后使選煤廠的生產過程從入料的均勻性到工藝參數控制的準確性都得到了保障，確保了精煤質量，提高了生產效率。集控系統作為全廠的指揮中心，不僅能全面掌握和控制生產的各個環節，做到運籌帷幄，同時利用集控鍵起停機，大幅度縮短了起停機時間，減少了電力消耗，延長了實際開機時間，提高了處理量和單系統入洗能力。

參考文獻：

[1]王曉敏.綜合自動化系統在我國煤礦選煤廠的應用《中國科技縱橫》.2011.5.

[2]淮北礦業集團祈南煤礦選煤廠控制系統項目技術協議書.

[3]淮北礦業集團祈南煤礦選煤廠技術改造工程驗收報告.