張家峁選煤廠主要設備在線監測系統設計

張建安，高沛林，薛勝軍，李 軍，張喜軍

(1.陜煤集團 神木張家峁礦業有限公司，陜西 神木 719300；2.西安科技大學，陜西 西安 710054)

隨著選煤工業的發展及煤炭清潔高效利用要求的提高，我國選煤廠正在逐步向工藝靈活化、設備大型化及控制自動化的方向轉變[1-3]。隨著選煤廠設備數量的不斷增加，電機功率大幅提高，這給設備管理與維護提出了更高的要求[4-5]。在生產過程中，提高設備完好率，減少停機時間和降低維修成本[6-7]，對企業的高效生產有著十分重要的意義。

張家峁選煤廠是一座洗選能力為10 Mt/a的礦井型動力煤選煤廠，主選采用以淺槽重介分選機為核心設備的洗選工藝。目前，選煤廠中工作功率>45 kW的設備共有31臺，且采用人工巡檢方式，這不但不便于設備管理和維護，而且不利于及時發現其存在的安全隱患，更不能實現利用設備運行狀態數據對其健康狀況進行評估及全生命周期管理的目標。當設備出現故障時，嚴重影響正常生產，給企業造成較大損失。為此，針對該選煤廠的設備布局，在現有工業以太網和iFix監測監控軟件的基礎上設計出在線監測系統，目的是實現對主要設備運行狀態(溫度和振動)進行實時監測，確保能夠及時發現設備隱患，保證其處于健康運行的狀態。

1 生產過程和主要設備

張家峁選煤廠生產系統由地面生產系統、塊煤洗選系統及煤泥水處理系統等構成。地面生產系統主要設備包括帶式輸送機、破碎機、刮板輸送機及分級篩等，在生產過程中，先將原煤倉的原煤通過給煤機和帶式輸送機送入破碎機，破碎物料經過帶式輸送機和刮板輸送機進入馳張篩，篩下末煤經過帶式輸送機送入末煤產品倉，篩上塊煤由帶式輸送機送入洗選系統。塊煤洗選系統的主要設備包括介質泵、離心脫水機及帶式輸送機等，介質泵先將重介懸浮液泵入淺槽重介分選機，再將脫泥后的塊煤送入淺槽重介分選機，重介精煤經過脫介、脫水后被帶式輸送機送入產品倉，稀介由稀介泵泵入磁選機。煤泥水處理系統主要設備包括旋流器入料泵、煤泥離心機、澄清水泵及壓濾機入料泵等，入料泵將脫泥后的煤泥水送入旋流器，然后分離出粗煤泥和煤泥水，煤泥水被送入濃縮池，并加藥澄清，澄清水可泵出再利用，沉淀后的煤泥被泵入壓濾機脫水，最終成為煤泥產品。

2 在線監測系統設計

對于選煤廠的主要設備而言，在線監測的任務就是利用無線溫度和振動傳感器實時檢測設備的運行溫度和振動情況[8-9]，并由此判斷與評價設備的健康狀況，傳感器所檢測到的實時數據通過網絡傳送到集控中心并予以保存，從而實現顯示及故障狀態報警等功能。

2.1 硬件設計

系統硬件設計是建立在選煤廠已有的工業以太網基礎上的。根據設備布局，設備監測系統由動篩車間、原煤棧橋、主廠房及產品倉等單元構成，每個單元設置1臺工業以太網交換機，并與數據采集分站連接。動篩車間和原煤棧橋單元中設置2個數據采集分站和5個無線采集器，主廠房單元中設置3個數據采集分站和6個無線采集器，產品倉單元中設置2個數據采集分站和3個無線采集器。無線采集器用于采集設備的溫度與振動數據信息，數據采集分站用于讀取采集器所采集的數據，數據服務器通過工業以太網交換機讀取每個數據采集分站中的數據，并對其進行分類、處理及存儲，監控主機用于顯示數據服務器中的數據和相應的管理報表及監測設備運行狀況。系統硬件結構框圖如圖1所示。

圖1 在線監測系統的硬件結構框圖

各設備選用型號分別為：KJ201C-F數據采集分站，KJ201C-D-8無線數據采集器，KJ201-W-PT100無線溫度傳感器，KJ201-WZ1振動傳感器。生產時，對帶式輸送機、刮板輸送機、破碎機、振動篩、泵(入料泵、稀介泵等)、離心脫水機等設備進行實時檢測，在被監測的31臺設備和15臺減速機的機殼和機軸上均設置有溫度傳感器，在帶式輸送機、刮板輸送機及入料泵電動機的機殼和機軸及減速機的機殼和軸上均設置有振動傳感器。

2.2 軟件設計

檢測系統和選煤廠的集中控制系統共用一個iFix5.1軟件平臺，iFix軟件的核心是數據采集及監控(SCADA)，SCADA的基本功能是采集數據、管理數據及過程控制[10-11]。iFix通過OPC(用于過程控制的OLE)與數據采集分站通信，并用于讀取各個采集分站檢測到的設備狀態數據。OPC采用客戶機/服務器體系結構，OPC服務器有三個層次的對象，即服務器(Server)、組(Group)及項(Item)，項對應從每個分站所讀取的數據。iFix作為客戶端，用于訪問OPC服務器采集到的數據，并將數據存入驅動器映射表(DIT)中，其掃描報警控制程序(SAC)，從DIT中讀取數據，并對其進行處理和分類，然后將其存入過程數據庫(PDB)。iFix通過工作臺(Workspace)訪問PDB中的數據，并結合人/機交互(MHI)功能，實現顯示設備運行狀態、故障報警、歷史數據查詢及設備的健康狀態評估與預測等功能[12]。

3 運行結果

結合系統硬件和軟件的設計功能，對系統硬件進行安裝、連接與調試，對系統軟件進行數據采集、處理及存儲，并進行人/機交互畫面程序的調試，進而實現主要設備運行狀態的在線監測功能，如查詢設備臺帳、運行記錄、歷史狀態及運行狀態參數，并對設備故障報警等。

通過主要設備在線監測系統的監測畫面(圖2、圖3)，可以調用設備的運行狀態和狀態參數，如調用201帶式輸送機的運行參數和歷史數據(圖4、圖5)后，可對設備運行狀態進行分析。

圖2 各設備運行狀態監測畫面

圖3 各設備實時數據監測畫面

圖4 201帶式輸送機運行狀態監測畫面

圖5 201帶式輸送機歷史數據畫面

4 結語

張家峁選煤廠根據生產系統中的主要設備及運行狀態的監測要求，在現有的工業以太網和iFix軟件平臺的基礎上，設計出在線監測系統，經過安裝與調試后，其能夠滿足主要設備運行狀態的實時監測、運行狀態記錄、故障報警及歷史數據查詢等功能。在線監測系統的應用，實現了設備管理的信息化，提高了設備運行的完好率，減少了停機時間，降低了維修成本，同時也為設備健康狀況的進一步評估奠定了良好的基礎。

參考文獻：

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