選煤廠控制系統的研究與設計

程韶華

（霍州煤電集團三交河煤礦， 山西 洪洞 041600）

引言

目前，我國大多數的選煤廠仍然使用的是通過繼電器控制的選煤系統，這種選煤系統仍然需要大量的人力操控。通過綜合考慮選煤工藝特點及實際生產情況，對選煤廠的選煤系統進行研究設計，旨在提高其選煤系統的信息化和自動化水平。

1 控制系統要求

1.1 設計控制系統的原則

控制系統的設計需要遵循相關的設計原則，主要原則如下：

1）控制系統應該滿足選擇的選煤方法（即重介選煤）的工藝要求，且系統運行穩定可靠。便于操作和維修。

2）控制系統中的集控系統應可以對整個生產工藝流程中的電氣設備進行操縱控制，且設備在啟動和停止時都應設置信號預告。為了預防發生堆煤現象，控制系統應設置成可以使設備自動遵循逆煤流啟動、順煤流停車。

3）控制系統需使整個選煤工藝流程中的設備按照流程規定實現閉鎖控制，以防在生產過程中，由于操作不當，發生意外事故。

4）控制系統可以選擇遠程控制和就地控制兩種方式，選擇其中一種模式進行控制時，另外一種控制方式不可用。如果有緊急事件需要停車時，工作人員可以在控制室進行操控。

5）控制系統可以遠距離操控較遠的設備，每個設備都有獨立按鈕，在控制室發出預報信號后，即可進行遠程設備的啟動。

6）控制系統可以對選煤廠各設備進行遠程監測，若正在運轉的設備發生異常現象時，控制系統可以通過監測到的設備狀況進行智能化分析判斷，并根據對應狀況發出不同的警示信號提醒工作人員。同時，控制系統可以分析得出設備出現異常狀況的原因，嚴重時可以自動進行設備停車。

1.2 控制系統總體結構

控制系統主要結構有：控制器和上位機。根據實際選煤廠生產工藝、設備狀況及工作環境，確定控制器采用型號為S7的可編程邏輯控制器，然后將控制系統分成4個獨立的控制分站，利用MODBUS/以太網將分站與主站緊緊聯系成一個整體。控制系統采用冗余系統，該系統具有穩定性高的特點。

上位機采用工業交換機和PLC實現通訊，主要設備為：1臺工業計算機，配備多臺顯示器。選煤廠內部設置集中控制室，類似煤礦中的調度室，對選煤廠全廠工作進行集中調度和指揮，內部配備監控計算機、綜合式操縱臺、預警設備和打印機等。

1.3 重介液密度控制

綜合分析選煤廠現有控制系統，發現其主要缺陷是控制重介液密度的精度不夠，應針對提高其控制精度，進行系統的重新計算設計。

然后，對清水添加量及介質泵流出的液體密度進行實時監控，確保合格的分選密度。對磁性物料含量計和介質桶液位進行實時檢測，確保懸浮液分流量可以實現自動控制，避免出現溢流等其他狀況。調節分選密度主要與煤灰分這一參數有關，通過煤灰分可以有效的控制分選密度，確保分選出的產品質量合格。

2 洗煤廠控制系統總體設計

洗煤廠控制系統主要分為原煤翻儲系統和主廠房主選系統。選煤廠控制系統的網絡是PLC主機和遠程控制設備的工業局域網絡系統，當使用控制系統進行調度指揮時，發送的各種指令信號通過以太網及PLC運行后，以圖形界面等形式快速的運送到工作站和集控室。現場工作站可以通過傳輸過來的圖形界面對實際生產工藝流程中的各設備進行時刻的監控和預警等，集控室的工作人員可以根據收到的圖形界面進行遠距離控制，針對各種可能發生的問題采取相應的措施。

2.1 原煤翻儲系統

控制系統中對洗煤廠C型翻車機、原煤倉皮帶輸送機和重調機進行控制的系統，即為原煤翻儲系統。其控制器選用的是西門子公司生產的西門子系列PLC。該系統工作原理為：通過工業局域網絡系統實現各生產設備的監控，通過遠距離I/O方式，將PLC主站和分站聯合起來進行通訊系統的擴展，其上位機使用的為KingSCADA軟件，該軟件可以實現運輸系統和翻車機的啟停、監測設備的運行狀況和故障查詢。

重調機和翻車機的主電機采用的是ABB公司生產的ACS800系列變頻器，該變頻器可以實現多段速度控制。本控制系統采用PLC編程軟件，可以利用其主電機的特性，對這些設備進行控制，完美的實現重調機和翻車機的自動化運行。

2.2 主廠房主選系統

本次控制系統設計研究的重點之一為主廠房主選系統的電氣改造，本次改造主要從原煤分級，原煤分選、選煤產品入倉和洗水系統等相關設備及其配電控制進行了改造。實現了原煤入洗，末煤旋流器恒壓入料和介質桶液位等主要環節的自動化控制。

2.2.1 重介選煤主要環節的PID自動化控制

重介選煤主要環節的PID自動化控制主要包括重介質密度的控制及介質桶液位的控制。其關鍵技術主要在于控制重介質液體的濃度，該選煤方法的選煤效率相對其他方法較高。

采用該選煤方法的選煤工藝主要采用閉環控制，通過感應重介質密度、液位以及選煤環境的變化進行自動化條件，使其一直保持在最優的工作狀態。本系統的閉環控制，主要通過PID控制器實現，該控制器具有容易操作、簡單實用的特性，被廣泛應用于各工業行業。如圖1所示，為本次密度工藝的示意圖。

圖1 密度工藝圖

本次控制系統中采用的PLC可編程控制器同樣具有PID自動化控制功能，通過將現場采集的傳感信號與PID功能塊中的給定值進行比較，輸出相對應的信號，即可實現現場設備的自動化控制。如圖2所示，為PID的工作原理圖。

圖2 PID工作原理圖

2.2.2 控制系統的網絡構成

當前，選煤廠大部分控制系統選用的集控式網絡。該控制網絡主要以工業以太網為基礎，以PC機與PLC控制器組成上下機位控制系統，用以實現選煤設備的顯示和監控等功能。利用信息化、智能化工序，實現選煤廠設備的自動化運行。圖3所示為選煤廠控制系統網絡拓撲圖。

圖3 選煤廠控制系統網絡拓撲圖

3 結論

根據原煤初產礦區的煤質賦存特性及其分選的困難程度，綜合考慮選煤工藝特點及實際生產情況，設計的選煤廠控制系統，即原煤翻儲控制系統和主廠房主選控制系統，顯著提高了選煤系統的信息化和自動化水平，生產效率具有較大提升，降低了人力與時間的投入，研究結果具有較大的實用價值。