選煤廠自動化系統改造方案研究

許 濤

（兗礦集團鄒城華建設計研究院有限公司，山東 鄒城 273500）

選煤廠作為保證礦井煤炭質量的主要環節，實現選煤生產系統自動化、數據網絡化、信息智能化、監控在線化、減員增效是選煤廠發展的必由之路，也是礦井效益的可靠保證。

兗礦集團大力發展走出去戰略，本部煤礦大多承擔著外派人員對接外部礦井工作，東灘煤礦選煤中心外派人員150人，相應本部選煤廠的人員數量明顯減少，不能滿足現有的安全生產需要。為建設“高效率、高效益”雙高選煤廠，實施選煤廠智能化升級，建立“穩定、可靠、先進”的選煤廠智能化控制系統，提高完善選煤廠設備可靠性、智能化水平，把東灘煤礦選煤廠建設成“本質安全、清潔生產、指標領先、經濟高效”的選煤廠，實現“機械化換人，自動化、智能化減人”，最終達到東灘煤礦選煤中心減員至300人的目標。

1 選煤廠自動化系統現狀

（1）全廠分為洗煤、倉前、重介、裝運、壓濾機、密控6個主站，整體采用多主站架構，單個工藝采用主從架構；6個主站采用CPU414-2DP處理器（密控除外，使用CPU315-2DP處理器），上位機和各主站、各分站之間采用PROFIBUS-DP網絡進行通訊。

（2）2006年自動化系統皮帶機在原有防偏、急停、拉繩保護監測的基礎上，增加防滑、堆煤等保護監測，增加3UF5/3UF7電機綜保數據監控以及料（液）位計、皮帶秤、在線灰分儀等內容，使自動化系統更趨完善。

（3）2008年在洗煤主站中增加對無壓重介系統的監控，同時增加密控系統主站。

（4）2014年全入洗全重介技術改造增加浮選主站，采用417-5H雙機熱備冗余CPU，使用工業以太網與兩臺安裝WINCC7.0的冗余服務器進行通訊，對新增重介系統、TBS系統、浮選系統進行監控。

（5）調度室使用3臺客戶機與WINCC服務器連接進行自動化操作和監視。洗煤、倉前、重介、裝運、壓濾機、密控6個主站采用PROFIBUS總線網絡進行通訊，洗煤主站安裝CP443-1以太網通訊模塊與新增的浮選主站進行通訊。

（6）單機自動化（未納入自動化系統）：選煤廠單機自動化設備包括跳汰機、壓濾機、TBS和濃縮機等，其中跳汰機使用三菱A系列PLC，壓濾機和TBS使用西門子S7-300PLC，濃縮機采用西門子S7-200PLC。

2 選煤廠自動化系統存在的問題

（1）系統不穩定，總線傳輸速率低，信號干擾嚴重

選煤廠現有自動化6個PLC主站和各自的分站采用DP通信傳輸方式，主站和分站之間通信故障影響范圍大；特別對于洗煤主站的PLC和各個分站距離遠，總線傳輸線路老化，且受到沿線的動力電纜、變頻器、大功率電機干擾，容易造成大范圍系統停車，耽誤生產，同時造成設備損壞。

（2）自動化程度低

選煤廠各個工藝段，沒有對現場的閘板、翻板、分料器、閘閥納入自動化，洗煤工藝切換、煤流流向及分倉入料閘板的控制全靠人員現場手動控制，沒有實現各個工藝的遠程集中自動化控制。

現場設備包括沉降過濾離心機、壓濾機、TBS和濃縮機等只能實現單機的自動化，沒有納入自動化系統。

浮選系統的加藥和浮選攪拌還沒有納入自動化，現場的加藥管理還使用手動閥門，加藥的劑量沒有檢測手段進行監控，全靠人員經驗和抽樣化驗。

洗煤濃縮泵房底流管路和溢流管路沒有安裝濃度計，水泵和閘閥沒有參與自動化，需要人員現場控制。

現有的6臺離心機沒有進行自動化控制，現場力矩保護已經不能使用，需要現場人員根據離心機扭矩和電流大小，手動調節進料閥大小，防止離心機扭矩過大，出現斷軸。

原煤濃縮泵房和生產泵房的水泵和閘板還沒有接入集控系統，不具備遠程控制，只能就地開停。

揀選配電室控制的皮帶、篩子都沒有接入集控系統，只能就地啟停控制。

壓濾車間皮帶、刮板機、攪拌桶、入料泵還沒有進行自動化控制，需要現場人員手動控制。

裝車落煤系統的配煤目前為人工手段配煤，PLC不能根據檢測到的灰分儀和皮帶秤參數進行自動配煤。

（3）缺乏高效的現場設備測試手段

皮帶機、刮板機沿線配置多種保護傳感器，人員現場檢修不能直觀了解設備狀態及沿線保護試驗，需要和集控室人員溝通了解設備動作狀態；現場缺乏語音報警定位和語音對講設備。

（4）缺乏設備狀態和環境參數的有效監測

洗煤中心目前沒有對電機溫度進行監測，沒有對車間環境溫濕度、煤倉瓦斯濃度、倉位和報警設備進行監測，不能在參數異常的情況下對設備進行及時的保護。

（5）低壓配電室電機綜合保護器都是獨立的，沒有融入集控系統，查看電機運行狀況和修改電機參數都必須在配電室才能完成，無法遠程查看、修改電機運行數據和參數，故障報警狀況不能立即讀取，實效性差。

（6）目前選煤廠沒有信息化系統，生產過程數據、設備管理數據不能進行共享，管理層無法實時了解現場及生產情況，對生產、調度管理存有一定的滯后性。

3 生產智能化系統方案

3.1 智能化環境建設

在智能經營中心、智能生產中心和智能資產中心等規劃方案的實現過程中，涉及到大量的通訊和數據傳輸，需要用到無線網絡和智能服務。因此，智能化的環境是智能化選煤廠實現的基礎，計劃通過集控系統升級，增加工業電視監控系統，增加無線網絡覆蓋、智能服務系統和智能硬件，構建選煤廠的智能化環境建設。

3.2 PLC主站網絡改造設計

（1）洗煤、裝運主站網絡改造設計

洗煤工藝自動化采用1個西門子S7-400主站，11個分站；裝運系統1個S7-400主站，4個分站；采用主從架構，11個分站分別在車間的各樓層配電室；主站和分站之間采用PROFIBUS-DP通信，通信距離遠程，控制設備多；經過多處大電機強動力電纜，目前出現經常干擾現象，耽誤生產。

設計著重于提升總線抗干擾能力，并且易于在有限時間內升級完成，計劃把DP總線升級為光纜傳輸方式，洗煤和裝運PLC主站和IO分站間增加光電轉換設備，實現主站與分站之間的光通訊，增加通訊的距離和質量，保障傳輸線路的抗干擾能力和網絡傳輸的穩定性，增加西門子DP中繼器只能延長DP的傳輸距離，對DP的抗干擾能力影響不大，PLC的DP接口本身帶隔離和信號處理功能，光纜環網網絡使遠距離傳輸的主從架構分站網絡更可靠。

該方案通過增加總線光纖轉換器，將該總線的電纜通訊轉換為光纖通訊，總線光纖轉換器直接通過光纖組成環形網絡，實現了高速率遠距離傳輸，解決了電磁干擾，環形網絡在光纖斷了的情況下快速完成硬件切換，有效保障生產任務，做到不影響生產。

（2）其他4個主站網絡改造設計

倉前、重介、壓濾、密控主站自動化系統各有1套S7-400PLC，其主站下掛接的遠程IO分站距離近，目前系統運行穩定，主站和分站之間仍采用現有的DP通信，主站和上位機的通信改造成以太網通信，在主站PLC安裝以太網通信模塊，實現主站和主站之間、主站和上位機的工業以太網環網通信。

3.3 無線網絡系統

無線網絡系統的搭建是實現智能化首先需要解決的問題。良好的拓撲設計和設備選型能夠保證在復雜電磁環境和負載情況下整套系統的穩定運行。東灘智能化系統方案針對無線網絡構建了一套具有高穩定性和良好拓展性的網絡結構。

運用嵌入式和高并發的技術，以arm和FPGA芯片為核心開發出來的高可靠性和并發性的無線接入方案。目前主要應用在設備信號讀取的無線接入，與傳統有線接入PLC的方式相比，大大節省了成本，提高了可維護性，同時實現了數據的分布式處理，提高了數據的利用率，從而提高了智能化程度。

4 結語

通過對東灘煤礦選煤廠自動化系統進行改造可以提高選煤廠的經濟效益，顯著提高單位人員工效，并在保證安全生產的前提下，在科技創新、綠色可持續生產等方面做出創新和樣板。實現企業的減員提效，降低人員成本，節約電力成本，降低維修費成本的目標。