選煤廠集中控制系統的應用研究

尉言龍

（晉煤集團長平公司洗煤廠， 山西 晉城 048400）

引言

選煤廠集中控制系統是全廠電力驅動設備控制的核心，它使得全廠電力驅動設備按照工藝環節的需求關系順序進行啟動、停止。匯集著全廠所有電氣設備的控制和狀態信息，能及時反饋電器設備出現的問題，極大縮短系統啟、停車時間，節能降耗，同時減少了現場操作人員，減輕了勞動強度。選煤廠集中控制系統是選煤工藝系統的重要組成部分，也是全廠綜合自動化系統的核心。它搭建了一個完整的網絡框架結構，使得全廠各個控制分支可以方便統一到一個可靠性高、通信方式靈活、容納能力強的自動化平臺上來，確保工藝系統的高效、穩定運行。本文以山西某選煤廠為案例，對選煤廠集中控制系統的應用進行研究。

1 集中控制系統硬件構成

集中控制系統主要由客戶端、服務器、工程師站、通信網絡、組態軟件、編程軟件、可編程控制器（PLC）、PLC控制柜、就地控制箱、PLC遠程分站，預告系統等組成[1]。

1.1 集中控制系統三層架構

選煤廠集中控制系統基本由三層架構組成，分別為設備層、控制層、信息層。設備層是控制系統的基礎，由分布于現場的控制元件、智能儀表、綜合自動化子系統和其他智能監控系統等構成；拉制層是控制系統的核心，主要負責采集設備層設備運行工況、過程參數信息，然后根據工藝邏輯關系控制電器設備和智能儀表及其他自動化子系統，同時將采集的電氣設備和儀器儀表的過程信息向信息層傳遞；信息層是人機交互層，負責監視現場設備運行狀態、控制命令的下達，參數設定及修改，完成對現場設備的操作和過程參數的控制，同時對采集的大量現場信息進行存儲和分析，以實現歷史數據的查詢、檢索及各類數據的調用[2-3]。

1.2 集中控制系統的設備配制

根據該選煤廠工藝復雜程度、工程規模，確定使用中型集中控制系統。該系統主要應用于選煤廠的電氣設備數量基本在100臺左右，工藝較復雜，涉有重介選煤大部分工藝環節，對集中控制系統要求較高，主要以布局合理、系統可靠為主。

控制系統的配制：PLC控制主機站1臺、PLC遠程分站數臺、服務器1臺、客戶端2臺、就地操作箱、工程師站1臺。

PLC選型上一般考慮的中型機系列，主要根據電氣設備臺數計算所需開關量輸入輸出點數，模擬量模入模出點數，PLC控制站IO點數要留10%～15%的余量，根據其管轄的電氣設備臺數確定各自IO點數，配置相應模塊；對于工藝環節比較獨立的系統，可設置帶CPU的PLC子站；根據選用PLC廠家不同采用相應的通信方式；各個PLC控制柜將PLC、開關量隔離繼電器、模擬量隔離元件、接線端子、開關電源、斷路器、接觸器等集中成到一個控制柜中；服務器同PLC形成道信連接，客戶端同服務器形成連接。PLC控制主站、PLC遠程分站及PLC控制子站形成通信網絡連接。工程師站主要用于與服務器和PLC進行數據交換，方便修改和查找故障[4]。

2 集中控制系統軟件功能

該系統軟件主要由電氣設備程序、順序啟動程序、順序停止程序、系統預出報警程序、畫信程序、網絡規劃程序、數據交換程序，過程參數采集程序、上位根沿面等組成。

2.1 集中控制系統基本功能

2.1.1 操作控制功能

全廠電氣設備除輔助設備就地控制外，工藝流程中具有連續煤流的電氣設備均納入集中控制系統。參控設備設有集中連鎖啟停車、遠方單啟單停和就地單啟單停三種方式。當在集中連鎖狀態時，所有參控設備按照一定的順序和連鎖邏輯關系自動完成啟停車；在單啟單停狀態時，由操作員在客戶端電腦畫面前進行手動啟停。在集中工作模式下，系統均提供連鎖保護，就地工作方式用于檢修和單機試車。

集中工作模式下，參控設備按逆煤流方向啟車，順煤流方向停車，同時按工藝流程要求實現電氣閉鎖。集中工作模式下啟車前，發送預告信號，預告一定時間后，開始按順序自動啟車。在預告和啟車過程中，現場和集控室均能方便地取消預告信號或終止啟車過程。集控室可實現緊急停車和單機停車。機旁啟車按鈕在集中控制方式時失效。集中和就地控制方式可以無擾動切換。參控的電氣設備，在集控室客戶端電腦畫面上均可單啟單停，以助調度人員根據生產需要調整設備運行狀態。

通過對采集的工藝參數數據進行處理，自動形成各工藝參數的工況歷史曲線，與控制指標所做出的報警相比鉸，如果“超限”則實時報警，及時控制有關參數，使選煤廠的產品數量、質量關系嚴格控制在預訂范圍內，實現以最大經濟效益為目的的生產狀態的控制。將各類生產數據、檢測值建立數據庫作為生產管理的數據來源。根據用戶要求可定期產生三班生產報表，打印系統參數并對各項指標進行統計和整理，產生日報、月報、季報及年度報表。通過數據采集，各個料位、液位的數據傳送至PLC，形成柱狀圖，顯示在集控的顯示屏上，自動和人工干預生產過程控制，并能根據需要打印圖表。

在集控室客戶端電腦畫面顯示工藝流程、設備運行狀態、各種儲料倉的料位、各種水池（箱）的液位、介質桶的液位，監視工作面設備運行狀態，各工藝過程的控制畫面可任意切換，配合電視監控系統，全廠的所有設備運行狀況集控室都能夠一目了然。高、低壓柜各進線及聯絡開關的分合閘工作狀態、各電力儀表及保護裝置參數可在調度室得到實時監控。

2.1.2 圖形顯示功能

包括全廠設備運行狀態、入洗原煤量、精煤產率、原煤準備、主洗、濃縮壓濾、產品運輸等主要系統畫面；顯示生產環節的實時數據和最終數據，故障信號等；以填充、趨勢曲線、旋轉、閃爍、變色等多種形式進行實時動態顯示。

2.1.3 故障及報警處理功能

當發生故障時，提供故障停車功能，使故障設備及其之前工作流程的設備立即停車，最大限度地減少損失。當現場設備出現異?，F象時，拉制系統發出事故報警信號，采用語音報警方式，明確指出故障設備所處的位置，對一般事故（如皮帶的一級跑偏）只做報警，對影響設備和人身安全的事故應直接停車。當系統運行過程中遇有緊急情況時，現場可隨時按下緊急停止，實現全系統緊急停車。實時采集檢測生產過程工藝參數，并對越限參數實施報警。

2.1.4 運程協助功能

應用運程協助軟件，在獲得許可的情況下，利用互聯網技術，可以實現對集中控制系進行遠程維護，當集控系統出現故障時，對系統進行遠程故障診斷，快速解決問題，減少停機時間，提高生產效率。

2.2 集控系統基本畫面

1）上位機主操作畫面。在客戶端操作畫面上，會顯示全廠所有設備的狀態信息，實現連鎖/解鎖功能切換，集中/就地功能切換。在連鎖狀態下，電氣設備必須按照連鎖關系逆煤流順序啟動，否則設備無法啟動；在集中狀態下，上位機可以單機啟停設備和順啟順停設備：在就地狀態下，上位機失去操作權限，設備操作完全由現場按鈕操作箱來實現。

2）上位機趨勢操作畫面。在客戶端操作畫面上，對于系統集來的重要模擬量信號進行實時顯示和記錄，同時可進行歷史數據的查詢，對于分析工藝系統存在的問題有一定的指導意義。

3）上位機報警操作畫面。在客戶端操作畫面上，對于系統采集的重要開關量信號和重要的模擬量信號進行報警設置；開關量信號設置以帶式輸送機保護信號為例，對于一級跑偏設置報警，但不停車；對于二級跑偏設置報警，同時通過程序控制停止設備運行。模擬量信號設置以合格介質桶液位信號為例，對于液位過高設置報警，同時會通過程序控制關閉桶上加水閥門；對于液位過低設置報警，同時會通過程序控制停止合格介質泵運行。

4）上位機設備啟停順序畫面。在客戶操作畫面上，選煤工藝系統逆煤流啟動，順煤流停車，能直觀清楚地查看設備啟停車情況。參加工作一段時間的操作員對現場設備已經非常熟悉，完全記住了全廠設備編號對應的具體設備。

3 實踐應用分析

山西某選煤廠是一座設計處能力為300萬t/a的礦井型選煤廠，生產采用跳汰，旋流器重選、浮選、壓濾聯合工藝流程。按照工藝環節，廠區劃分為7個部分，分別為重介車間、天橋配電室等，重要車間采用雙鏈路網絡通信，次重要車間采用單鏈路通信。集中控制系統主站放置在集控室配電間的集控柜內，選用的是西門子400H冗余熱備系統，CPU選用6ES7414-4HJ04-0AB0，配制以太網模塊6GK7443-1GX20-0XF0，遠程通信模塊6ES7153-2BA02-0XB0。上位機組態軟件選用亞控科技的KIVGVIEW6.50，集中控制操作的工控機。通信鏈路通過OLMG11/G12實現光出轉換，系統形成雙鏈路通信。該集中控制系統的應用有效提高了選煤廠的智能化、信息化水平，有較好的經濟效益和社會效益。