馬頭洗選廠集控系統(tǒng)升級改造實踐

張紹先

(冀中能源峰峰集團 馬頭洗選廠，河北 邯鄲 056045)

馬頭洗選廠隸屬于冀中能源峰峰集團有限公司，是冀中能源集團的主力選煤廠，也是我國“一五”期間由蘇聯(lián)援建的156項重點工程之一。目前，其實際洗選能力在5 Mt/a以上，原煤采用不脫泥方式入選，主選工藝為全重介分選、直接浮選的聯(lián)合工藝；入選原煤主要來自峰峰集團所屬的梧桐莊礦、羊渠河礦、新三礦等，主導產(chǎn)品為十級冶煉精煤，用戶主要包括武鋼、邯鋼、安鋼等。

多年來，馬頭洗選廠堅持以創(chuàng)新管理和科技進步為動力，以信息自動化建設與應用為中心，不斷改善生產(chǎn)方式，構(gòu)建了選煤生產(chǎn)集中控制、重介質(zhì)密度自動測控、浮選參數(shù)自動測控、調(diào)車作業(yè)集中控制、視頻監(jiān)控、配電自動化等大型信息自動化系統(tǒng)。如今馬頭洗選廠正向裝備現(xiàn)代化、辦公信息化、管理精細化、發(fā)展科學化、生產(chǎn)智能化方向發(fā)展，力爭將其建成京津冀最大、全國一流的現(xiàn)代化選煤廠。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

馬頭洗選廠原集控系統(tǒng)于2006年改造成功并投入運行，隨著使用時間的推移，其在運行過程中出現(xiàn)了較多問題，且自動化控制功能和信息化功能不夠完善，這不僅不利于生產(chǎn)管理，還不利于各項經(jīng)濟技術(shù)指標較好實現(xiàn)，已不能適應日益完善的生產(chǎn)工藝要求。主要原因如下：

(1)隨著設備的更新?lián)Q代，部分備件已退出市場，設備配件的采購與更換得不到保障；隨著生產(chǎn)工藝的不斷變化，部分舊設備被替換，部分新設備投入應用，原集控系統(tǒng)的控制要求隨之改變，不能適應生產(chǎn)工藝的要求。

(2)原集控系統(tǒng)的抗干擾性較差，在生產(chǎn)運行過程中，設備無規(guī)律“偷停”的情況時有發(fā)生，無法保證穩(wěn)定生產(chǎn)和安全生產(chǎn)[1]。

(3)原集控系統(tǒng)自成一家，并未融合在一起，導致生產(chǎn)與管理效率低下；其冗余性、可擴展性較差，導致生產(chǎn)系統(tǒng)的運行可靠性、功能多樣化受到限制。為了實現(xiàn)協(xié)同式作業(yè)，需要對原集控系統(tǒng)進行整體性重構(gòu)[2]。

(4)隨著管理水平的提升，生產(chǎn)管理的精細化要求越來越高，自動化水平需要進一步提升。這就需要提高生產(chǎn)過程的控制能力，實現(xiàn)對壓力、料位、液位等數(shù)據(jù)的監(jiān)控與報警，達到選煤生產(chǎn)的全過程可視和可控管理。

綜上所述，馬頭洗選廠需要借助集控系統(tǒng)升級改造，實現(xiàn)基于生產(chǎn)集控的綜合自動化系統(tǒng)的設計與應用，助力各項經(jīng)濟技術(shù)指標的提升，并實現(xiàn)減人增效的目標。

2 改造內(nèi)容

此次生產(chǎn)集控系統(tǒng)升級改造共涉及圓環(huán)鏈、篩機、帶式輸送機等16大項生產(chǎn)設備，具體改造內(nèi)容包括設備控制方式的再造、各類信號狀態(tài)的采集顯示與集中管理等，并對崗位應答系統(tǒng)、電鈴預警系統(tǒng)及其他控制功能進一步完善，實現(xiàn)多系統(tǒng)的相融相合。

(1)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，編寫功能豐富、簡潔明了的PLC程序，替換原PLC站柜，并搭配先進的硬件設施，提高集控系統(tǒng)的冗余性和可擴展性。針對抗干擾性差、穩(wěn)定性差的問題，將原生產(chǎn)設備的運行信號由采集接觸器常閉觸點改為常開觸點，并增加隔離繼電器，同時將原控制和信號電壓全部由DC24V改為AC220V。另外，將原PLC站間的單路電信號傳輸改為以光纖為媒介的環(huán)網(wǎng)連接[3]，以保證和實現(xiàn)生產(chǎn)的安全性、高效性、連續(xù)性。

(2)將原遠程/就地轉(zhuǎn)換旋鈕移至上位機上，實現(xiàn)權(quán)限的上移、集中管理與操作；優(yōu)化崗位應答系統(tǒng)、電鈴預警系統(tǒng)，并將遠程/就地轉(zhuǎn)換按鈕替換成急停按鈕，以提高操作速度，并保證安全生產(chǎn)與檢修[4]。

(3)通過二次控制線路更改，并與PLC程序搭配，實現(xiàn)一鍵式流程化啟停車，以提高設備啟停速度與生產(chǎn)自動化水平[5]。每臺參控設備對應兩個PLC輸入點，一個作為設備的運行信號點，一個作為設備急停按鈕的狀態(tài)信號點；其對應兩個PLC輸出點，一個作為遠程/就地轉(zhuǎn)換點，一個作為設備的遠程自動啟停點。通過上位機組態(tài)畫面的遠程/就地、軟解鎖/軟閉鎖、硬解鎖/硬閉鎖等操作，結(jié)合邏輯嚴謹、各功能相互關(guān)聯(lián)的PLC程序，實現(xiàn)一鍵式流程化啟停車，這有利于提高生產(chǎn)效率。

(4)上位機組態(tài)畫面的不同樣式對應設備的不同狀態(tài)，其能夠清楚地反映設備的運行、停止、遠程、就地、解鎖、閉鎖等狀態(tài)[6]。為了快速查找故障設備和故障原因，構(gòu)建了生產(chǎn)報警記錄系統(tǒng)，用于查詢生產(chǎn)過程中的各種操作記錄、設備運行時長等，以大幅縮短故障處理時間。

(5)優(yōu)化集控系統(tǒng)功能，采集液位、料位、壓力、皮帶秤等主要技術(shù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實時監(jiān)測、報警、記錄及集中管理，并自動生成實時趨勢曲線[7]，達到選煤生產(chǎn)的全過程可控與可視，以提高生產(chǎn)的數(shù)據(jù)化和信息化水平。

(6)基于生產(chǎn)集控的綜合自動化系統(tǒng)，將孤立的分布式視頻監(jiān)控、調(diào)度電話通訊等與生產(chǎn)集控系統(tǒng)融合，其集生產(chǎn)控制自動化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息化、管理全方位化為一體[8]。這些系統(tǒng)全部集中在新集控室，從而形成綜合性的生產(chǎn)指揮中心。

基于生產(chǎn)集控的綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

3 主要創(chuàng)新點

(1)精細化劃分系統(tǒng)。重新劃分設備所屬系統(tǒng)，并將系統(tǒng)細分為灌倉系統(tǒng)、原煤系統(tǒng)、單號系統(tǒng)、雙號系統(tǒng)、濃縮系統(tǒng)、產(chǎn)品運輸系統(tǒng)等[9]，既能按照生產(chǎn)工藝要求依次分步執(zhí)行，又能根據(jù)選擇開啟某個系統(tǒng)或多個系統(tǒng)，有利于合理組織生產(chǎn)。此外，根據(jù)工藝情況、設備啟停時間，合理設置設備的啟停時間間隔，防止啟車時電流沖擊過大及停車時“跑煤”等情況的發(fā)生。

(2)生產(chǎn)安全性提高。在PLC程序內(nèi)增加軟解鎖/軟閉鎖功能，與現(xiàn)場硬解鎖/硬閉鎖形成雙重保險。在閉鎖狀態(tài)下，關(guān)聯(lián)設備可以互相制約，能夠防止“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象的發(fā)生和生產(chǎn)事故擴大化；在解鎖狀態(tài)下，通過PLC程序能夠?qū)崿F(xiàn)遠程/就地無擾切換。生產(chǎn)過程中單臺或多臺設備停車或出現(xiàn)故障時，通過解鎖與就地轉(zhuǎn)換功能，在不影響整體生產(chǎn)的情況下，檢修人員可通過現(xiàn)場急停按鈕，斷開遠程和就地操作模式，以保證檢修的安全性；在設備故障恢復后，切換成遠程操作模式。這能夠大幅提高生產(chǎn)與設備控制的靈活性，避免不必要的生產(chǎn)停車，并降低事故的影響范圍[10]。

圖1 基于生產(chǎn)集控的綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

(3)監(jiān)控系統(tǒng)功能豐富。針對生產(chǎn)需求專門設計了一套大屏幕窄逢拼接系統(tǒng)，另外配備了12臺42寸液晶監(jiān)視器，形成一套高清晰度、高智能化、功能完善、技術(shù)先進的綜合信息顯示管理控制系統(tǒng)，這是一個交互式的靈活系統(tǒng)[11]，能夠?qū)崿F(xiàn)各類信息屏上顯示。監(jiān)控系統(tǒng)融入了百余個分布式崗位視頻監(jiān)控點，實現(xiàn)了在新集控室遠程直觀地監(jiān)視整個廠區(qū)各個重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，使現(xiàn)場情況更加清晰明了，實現(xiàn)了部分崗位無人值守，能夠促進減人增效的實施。生產(chǎn)調(diào)度通訊系統(tǒng)實現(xiàn)了多方通話、強插、強通、會議、一鍵接打、錄用等功能，功能更加豐富。

4 經(jīng)濟效益

(1)在集控系統(tǒng)升級改造后，生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化、信息化管理水平大幅提高，實現(xiàn)了一鍵式流程化啟停車，生產(chǎn)效率大幅提升，工人勞動強度降低，崗位所需工人數(shù)量減少，實現(xiàn)了減人增效的目的。全廠配備有300臺設備，原來每人看守4臺設備，目前每人看守8臺設備，崗位工人減少37人，每年節(jié)約的人工成本約為150萬元。

(2)在集控系統(tǒng)升級改造后，不但實現(xiàn)了安全生產(chǎn)，而且保證了生產(chǎn)的連續(xù)性，每月因生產(chǎn)事故影響正常選煤的時間減少約5 h。生產(chǎn)設備的開停效率大幅提高，每月的開停車時間減少20 h，相同時間內(nèi)的開車時間增加約15 h，設備空載時間減少約25 h。按照處理能力750 t/h計算，每月的原煤入選量增加11 250 t；按照精煤產(chǎn)率55%，銷售價格1 000元/t計算，每月因原煤入選量增加產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為618萬余元。按照設備功率5 500 kW計算，每月因生產(chǎn)系統(tǒng)少運行節(jié)約的電能為137 500 kW·h；按照電費單價0.62元/(kW·h)計算，每月節(jié)約電費8.50萬余元。加上節(jié)約的油耗、介耗、設備損耗等約3萬余元，預計每年的節(jié)支增收總額為7 600萬余元。

5 結(jié)語

基于生產(chǎn)集控的綜合自動化系統(tǒng)的設計與應用，使馬頭洗選廠成為一個數(shù)字化、透明化工廠，不但實現(xiàn)了集控系統(tǒng)與生產(chǎn)工藝的完美融合，達到了生產(chǎn)過程的高度可控與可視，而且提升了自動化、信息化管理水平，達到了節(jié)能、高效、減人的目的，有助于各項技術(shù)經(jīng)濟指標的順利完成。這對內(nèi)起到了實實在在的促進安全生產(chǎn)、提升管理、創(chuàng)造效益等作用，對外起到了行業(yè)示范效應。

參考文獻:

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