林西礦選煤廠（南廠）集中控制及自動化系統介紹及經驗

摘 要：本文介紹了林西礦選煤廠（南廠）技術改造集中控制及自動化系統的成功應用情況，對集控及自動化系統的設備集中控制和重介工藝系統控制自動化實施進行了較詳細的闡述，同時對整個洗選系統實現集中控制及自動化進行了介紹，并通過實際應用提出了一些心得體會。

關鍵詞：集中控制；自動化；經驗

1 概述

林西礦選煤廠始建于1939年，屬礦井型煉焦煤選煤廠，主要產品為12級煉焦精煤，先后經歷了多次技術改造，近幾年經歷了兩次較大規模技術改造，總設計能力達2.7 Mt/a。2010年5月，林西礦重新選址，修建了主廠房和原煤準備車間，僅保留了原煤泥壓濾車間、45米濃縮池、手選車間，引入洗選工藝為不分級、不脫泥無壓給料三產品重介旋流器—煤泥噴射式浮選機分選，設計能力為1.8Mt/a，于2011年3月投產，新工藝、新設備、自動化、集控等使選煤效益得到較快提升。此后，唐山開灤林西礦業有限公司立足于企業轉型發展，繼續加大對選煤廠的投資，在原址再一次對原選煤廠（以下稱南廠）進行技術改造，總體技術水平得到進一步提升。南廠保留了原選煤廠產品拉運及儲裝系統，磁選機、藥劑桶及泵等設備，新建了受煤槽、準備車間、主廠房，主導工藝仍為不分級、不脫泥無壓給料三產品重介旋流器—煤泥浸沒噴射式浮選機分選，設計能力為0.9Mt/a，于2013年年底投入試生產，集控及自動化水平進一步提高，洗選效率再上新臺階，為公司提高經濟效益開辟了新途徑。

2 林西礦選煤廠南廠集中控制及自動化系統介紹

2.1 生產集中控制系統

生產集中控制系統采用PLC可編程控制器作為主控器件，由上位機實現集中控制，可形成CPU熱備系統，能對全廠設備實現自動化管理，由操作員在集控室內直接控制設備的起停及過程控制參數的自動或手動調節。在上位機人機界面中直觀地顯示設備的起停狀態、故障狀態及數據的自動采集生成報表，便于操作員及時地掌握現場情況。以太網接口可與其他網絡連接，支持多種通訊網絡的組合。各生產環節自動控制子系統及通信指揮調度子系統通過高速工業以太環網和自動化平臺軟件整合，實現全廠的管控一體化。

集中控制系統功能包括完成全廠設備的啟、停、預警與控制；設備故障聯鎖停車、故障記錄、故障分析與統計及報警功能；煤泥水綜合平衡控制；各工藝參數（原煤及加工產品煤量，各桶、池液位、料位、流量、濃度，重介自動化測控數據）、設備運行參數（皮帶及錨鏈保護信號，設備運行時間、電量、電流、電壓等）的采集、監控、計量和數據記錄、顯示、打印等。

2.2 重介工藝參數自動測控系統

重介工藝參數自動測控系統完成介質的平衡與質量（密度、粘度）調控，確保重介系統高效穩定運行，并且向集中控制系統傳輸壓力、密度、磁性物含量、煤泥含量等工藝參數。系統對重介主要工藝參數密度、分流量、加水加介量、磁性物含量、合格介質桶液位、煤泥含量、旋流器入口壓力等進行自動檢測與控制。工業控制用計算機利用組態編程軟件，將所有工藝參數動態顯示在屏幕和控制面板上，操控人員只需根據實際情況調整相應給定值，系統即可自動調節，且具有自動、手動自由切換功能。該系統所涉及的閉環調節系統如密度調節、煤泥含量調節等均為模塊化結構。

2.3 工業電視系統

全廠設一套獨立的工業電視系統，廠內有24個監視點，該系統具有錄像、查詢、網絡數據共享功能，為指揮生產、分析生產過程提供有利工具。工業電視系統由攝像、傳輸、顯示及控制四個主要部分組成。工業電視監視系統現場設24臺彩色一體攝像機，視頻信號分別傳輸到集中控制室，顯示在24臺液晶電視上，并進入硬盤錄像機（數字式存儲視頻服務器）。集控室通過工業計算機控制攝像機、云臺，通過硬盤錄像機監視廠內的重要工藝設備的運行，通過液晶電視機分別對24個重要監視點進行監視，也可通過計算機或大屏幕瀏覽。硬盤錄像機具備標準的視頻信號保存和處理能力，錄像時間長、可實現實時預覽、回放等功能。工業電視系統與計算機監控網絡一起構成一套完整的、可覆蓋全廠主要生產環節和生產指揮調度系統的監控管理與電視網絡，反映主要生產設備運行狀態，適當減少巡檢人員，從而確保選煤廠安全、高效生產。

2.4 調度指揮通訊系統

調度指揮通訊系統為一臺80門調度交換機和30門抗噪音電話及面向全廠的播音系統，完成調度（集控）與崗位、崗位之間的通迅聯系，使調度（集控）指令及時準確下達到崗位，各崗位的生產信息及時準確反映到調度（集控）指揮。另外，配備對講機20部，保證指揮通訊方便靈活。廣播系統設擴音裝置和前置放大器，2個話筒，連接廣播線網，在集控室發出廣播指令，可單獨選擇播音，分區域發布廣播，適應現代化生產調度管理。

2.5 信息管理系統

信息管理系統是整個選煤廠網絡系統的一個子系統，主要由服務器、客戶端、信息管理交換機、路由器、綜合布線等組成，包括選煤廠局域網架構、數據服務器系統、選煤廠生產技術管理系統、綜合布線、計算機終端設備和實時數據采集系統等部分。該系統運用科學的方法，對人、財、物、產、供、銷等各個環節進行合理有效的計劃、組織、控制和調整，從而提高選煤廠管理水平和經濟效益。

3 林西礦選煤廠南廠生產集中控制系統的實施

3.1 集中控制系統描述

通過林西礦選煤廠南廠集控系統改造工程，建立起南廠集控網絡控制、檢測、調節和數據處理等完善的控制管理系統，實現控制中心對全廠設備、儀器儀表、保護裝置的集中控制和監測以及工藝過程數據采集和處理，按照選煤工藝要求實現自動化。選煤廠集控系統的監控計算機設置在集控室，完成全部集控及信息管理功能。集控系統對選煤工藝過程的狀態量進行實時監測、報警及統計，為選煤過程中出現的異常情況提供準確的判斷，及時排除故障。通過信息管理軟件，完成工藝過程的數據采集、統計、報表、打印，以及生產過程的網絡傳輸。采用現場總線系統，建成智能化配電系統，使生產過程控制自動化、數據采集網絡化、進程處理規范化。集中控制組態軟件采用德國西門子公司的STEP7，操作系統為windows 2000 Professional+SP3，程序編程環境分別為Step 7 V6.0和WinCC V7.0。全廠集中控制系統包括PLC主站，以太網與上位機及各配電柜間進行通訊，形成全廠集中控制網絡。

3.2 林西礦選煤廠南廠生產集控系統的組成

3.2.1 集控系統結構

全廠自動化檢測控制一體化網絡由3層網絡結構構成。全廠網絡系統的上層為信息層，由選煤廠計算機信息管理系統組成。中間層為控制層，由全廠生產集中控制系統和工藝參數閉環控制系統組成，中間層監控計算機構成控制層和信息層連接的紐帶：監控計算機通過百兆以太網，上連接全廠信息管理系統，成為信息管理網絡的工作站，下聯各PLC主站與MCC的DP分站、密度自動控制系統及其他輔助生產系統的DP站。下層為設備層，設備層網絡采用西門子的PROFIBUS現場總線系統，實現PLC主站與其下各配電室內的配電柜DP分站之間的通訊，每個DP分站分別安裝在配電室的MCC柜中，由配電柜內部的智能測控裝置（配備觸摸屏，安裝于柜面）完成全部設備的控制、回路參數監測和處理、漏電檢測，電力計量，故障報警，邏輯閉鎖等功能。

3.2.2 集控系統設備組成

監控上位機為工業控制計算機2套；PLC系統分為2個子系統，1# PLC站和2#PLC站，各采用一個CPU 315-2DP，配制相應IO模塊。廠內的計量用電子皮帶秤通過監控計算機采集數據，并進行相關的數據處理，采用485網絡與上位機通訊。

集控系統設備主要包括：操作臺、PLC控制柜、控制箱、電子皮帶秤、各種皮帶保護、錨鏈斷鏈錯牙保護器、油位計、液位開關、油流量計、集控報警、濃度計、就地單機設備、遠程控制設備（如葉輪給煤機、破碎機等）、變頻器等。

3.2.3 主要設備集控分類情況

除起重設備、冷干機等個別設備采用就地操作外，其他設備均納入集中控制獲取運行情況信號。

單控設備：納入集中控制，可實現除順序啟停車外其他任何集控功能，主要設備有軸流排風機、收集泵、磁尾泵、介質制備泵、壓濾系統設備、濃縮機底流泵等。例如，根據桶液位對配有變頻器的泵實現獨立閉環控制，減少跑冒的發生，提高整個系統穩定性。

監控設備：集控電腦只顯示設備運行情況信號，其他操作在現場完成，如除塵器、臥式沉降離心脫水機、壓風機、陰離子制備裝置等。以上設備雖然可實現遠控，自身也實現了PLC自動控制，但需現場操作人員定時觀察運行參數變化，有時還需根據運行情況調整預設參數值，遠控反而會增加事故率，因此，以就地控制為主。

集控設備：除單控設備、監控設備以外的其他設備均列為集控設備，可實現集中控制的所有功能。

4 重介工藝系統控制自動化的現場實施

4.1 重介懸浮液密度的實時測量與控制

重介懸浮液的密度是重介選煤工藝的首要參數，密度的變化率（穩定性）、可控精度、測量準確度等對選煤產品的質量、產量、系統穩定性、洗選效率、介質消耗等都具有決定性作用，因此，對重介懸浮液密度的控制要求很高，這里采用了壓差密度計，密度控制精度為±0.005g/cm3，并配磁性物含量計、電控加水閥對密度進行實時測量與控制。重介懸浮液密度控制閉環原理圖為：

4.2 重介懸浮液煤泥含量的測控

重介懸浮液煤泥含量是重介選煤工藝的重要參數，重介懸浮液中的煤泥對懸浮液起到穩定作用，可以改變懸浮液的粘度，對懸浮液密度也有一定影響，煤泥含量控制在合理范圍，既有利于提高重介分選效率，又可避免煤泥閉路循環產生過粉碎現象，還可以提高煤泥水處理工藝的效率。懸浮液煤泥含量采用分流精煤弧形篩下合格介質的方法，設置分流箱控制分流量，通過控制分流量調節煤泥含量的大小。煤泥含量依據在線測量的磁性物含量、密度值經過計算得出。

重介懸浮液煤泥含量控制閉環原理圖為：

4.3 重介旋流器入料口壓力檢測與報警

重介旋流器分選工藝要求入料口壓力在一定范圍內，否則將影響旋流器分選精度。本次技改對旋流器入料壓力實施在線監測，由壓力變送器將壓力信號傳送給重介工藝系統PLC， PLC與操作人員設定的壓力范圍進行對比，從而輸出超限聲光報警信號，便于適時檢查、調整。

4.4 介質桶液位的監測與報警

重介工藝系統各桶的液位對整個系統的穩定運行有較大影響，其中合格介質桶液位影響最大，保持合適的液位可保證停車不冒料，還可使壓力、密度穩定性提高，杜絕桶被抽空、打干等現象。重介系統各桶的液位在線檢測裝置為：合格介質桶采用超聲波液位計，其他各桶采用壓力液位計。當液位超出操作人員設定范圍時，系統發出聲光報警信號，提醒操作人員及時采取相應措施。

4.5 實時動態顯示與記錄重介工藝數據信息

重介工藝系統控制自動化具有對各工藝參數的實時、動態的顯示、采集、監視、記錄的功能。具體包括磁性物含量、煤泥含量、旋流器入口壓力給定值及測量值、介質桶液位給定值及上下限報警、給定密度和測量密度、工藝參數實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線、打印報表、報警信息、重介系統動態工藝流程圖等功能。另外，密控系統作為集控系統的一個子系統，其相關數據通過以太網通訊傳入集控上位機中。

5 實踐經驗探討

總體來看，技改后的集控及自動化系統操作簡單，控制靈活，通訊速度快，生產效率高。納入集中控制的設備，分組或車間實現組內、組間邏輯閉鎖，單元化集中控制，人機交流簡便，操作界面友好。系統已在計算機上實現按流程逆煤流啟車、順煤流停車控制，具備一鍵啟車功能。尤其配電柜內配有先進的智能測控裝置，柜面安裝觸摸屏，可方便進行監控參數的操作和設置，整個設備層網絡采用現場總線系統，聯網、布線便捷。故障報警直接來自對應設備的操作界面，故障記錄直觀明確，大大提高檢修工作效率。密度控制系統實現自動調節，運轉穩定，控制精度高，大幅度降低了密度操作人員的勞動強度。

作者簡介：

郭立志，男，1977年8月出生，河北遷西人，2001年畢業于太原理工大學礦物加工工程專業，高級工程師，現任唐山開灤林西礦業有限公司承德選煤分公司副經理，主要從事煤炭洗選加工的生產、經營、技術管理工作。