綜合自動化系統(tǒng)在岱莊煤礦選煤廠的應用

榮獲“2004年度工控及自動化領域優(yōu)秀典型應用”有獎評選活動　　二等獎

專家點評： 作者介紹了山東淄礦集團岱莊礦選煤廠綜合自動化系統(tǒng)的應用。其中，利用了“二次回路控制原理”，與傳統(tǒng)控制方式不同，減少了接線和中間環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)的可靠性。并對項目進行了技術經(jīng)濟效益分析。系統(tǒng)提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益，使選煤廠現(xiàn)代化管理水平得到了很大提高。這一應用是近年來國內(nèi)現(xiàn)代化大型選煤廠的一個突出熱點。案例符合國家發(fā)改委“2004年度當前優(yōu)先發(fā)展的高技術產(chǎn)業(yè)化重點領域指南”的要求和行業(yè)發(fā)展需求，也是國家產(chǎn)業(yè)化的重點項目之一。具有典型意義。作為基本能源第一線的作者能夠結(jié)合國家急需選擇“綜合自動化系統(tǒng)”的題目，應當說是難能可貴！文章不足之處在于：缺少加強論述的系統(tǒng)框圖、并對綜合自動化系統(tǒng)的分析應當更加詳細一些！

0 引言 綜合自動化系統(tǒng)的推廣應用是近年來國內(nèi)現(xiàn)代化大型選煤廠的一個突出特點。它明顯提高了大型工礦企業(yè)的技術水平和現(xiàn)代化管理水平，對提高企業(yè)的勞動生產(chǎn)率、改善工人的工作環(huán)境、增強企業(yè)效益具有重要意義。 淄礦集團岱莊礦選煤廠是一座設計年處理能力150萬噸的現(xiàn)代化礦井型選煤廠，實際能力達到300萬噸。主要承擔入洗岱莊礦井原煤，入洗煤種為氣煤,洗煤產(chǎn)品主要為優(yōu)質(zhì)動力煤和煉焦配煤。洗煤工藝為 40mm采用動篩排矸，-40mm采用跳汰---浮選聯(lián)合流程。動篩排矸系統(tǒng)引進德國威達格.洪堡特KHD公司生產(chǎn)的動篩跳汰機，該機性能可靠，分選效果優(yōu)良，實現(xiàn)了單機自動化。水洗系統(tǒng)洗煤機和浮選機分別選用煤科總院唐山分院研制的自動化程度較高的SKT96型跳汰機和XJQM-14（4）型浮選機。 岱莊礦選煤廠綜合自動化系統(tǒng)分為控制系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)，一期工程實現(xiàn)動篩車間、裝車站和濃縮壓濾車間的綜合自動化，二期工程實現(xiàn)主廠房和產(chǎn)品倉上的綜合自動化。一期系統(tǒng)于2000年3月份投入正常使用，二期系統(tǒng)于2001年3月份投入使用。該系統(tǒng)自使用以來，運行正常，基本達到了技術協(xié)議要求，實現(xiàn)了減人提效的目的，年節(jié)約開支516萬元；集控系統(tǒng)的投運減少了啟停車時間，年節(jié)約資金18.92萬元；先進的監(jiān)測系統(tǒng)，能準確判斷出事故地點和事故原因，減少事故處理時間，年減少損失50.4萬元，該系統(tǒng)的投運取得了良好的經(jīng)濟效益。 1 綜合自動化系統(tǒng)介紹 1.1概況 選煤廠綜合自動化系統(tǒng)是根據(jù)局長建設高產(chǎn)、高效、高技術含量選煤廠的指示投入的,按照精簡、優(yōu)化、低投資、高效率的原則配置整個綜合自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為控制系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)，包含三個網(wǎng)絡：控制網(wǎng)絡、工業(yè)電視網(wǎng)絡和管理網(wǎng)絡?？刂葡到y(tǒng)選用施耐得公司的QUANTUM系列PLC，在主廠房控制室、動篩車間控制室、裝車控制室、壓濾車間控制室設立CPU站點，在主廠房配電室、動篩車間配電室、濃縮車間配電室、原煤倉下配電室、產(chǎn)品倉上/下配電室設立遠程I/O分站，它與CPU站組成RI/O網(wǎng)絡，CPU站之間組成MB 網(wǎng)，CPU與上位機組成以太網(wǎng)，現(xiàn)場I/O負責設備的啟停和生產(chǎn)信息的采集，CPU負責邏輯運算和信息的處理，上位機負責設備狀態(tài)的監(jiān)控和操作。本系統(tǒng)在現(xiàn)場設置32臺攝象機和12臺彩色電視機，通過矩陣切換主機可在電視機上固定循環(huán)顯示或調(diào)出某個攝象機的現(xiàn)場畫面，可將工業(yè)電視視頻信號傳輸?shù)?個管理終端，采用快速以太網(wǎng)，實現(xiàn)對選煤廠管理信息的綜合處理。通過與控制網(wǎng)絡互聯(lián)，動態(tài)顯示選煤廠設備的運行狀態(tài)，與礦井管理網(wǎng)絡連接，礦調(diào)度室可方便地查看選煤廠管理信息。 1.2控制范圍及主要控制環(huán)節(jié) 原煤及地銷煤系統(tǒng)：礦井箕斗倉下給煤機至動篩車間、原煤倉上、塊精煤倉及地銷裝車給煤機，參控設備34臺，電機42臺。 濃縮壓濾系統(tǒng)：從濃縮機底流泵、壓濾車間到煤泥皮帶機，受控設備30臺。 裝車系統(tǒng)：原煤倉下給煤機、221皮帶、裝車倉下給煤機及裝車設備，受控設備40臺。 水洗系統(tǒng)：入洗皮帶至產(chǎn)品倉上設備，受控設備50臺。 事故停車采用事故點設備至煤流源側(cè)急停，事故點到煤流方向設備依次延時停車。 原煤系統(tǒng)以動篩跳汰機為中心實現(xiàn)質(zhì)量控制單元自動；。水洗系統(tǒng)以跳汰機為中心實現(xiàn)質(zhì)量控制單元自動化，濃縮機實現(xiàn)濃度控制單元自動化，各種運輸設備實現(xiàn)綜合自動化。 對主要的料位、液位、閘門位置、翻板位置、濃度、流量、40千瓦以上的電機電流、溜槽堵塞實現(xiàn)實時在線檢測，設定常值、超值報警。 1.3科學的二次回路控制原理 選煤廠綜合自動化系統(tǒng)二次控制回路原理與傳統(tǒng)控制方式不同，減少了接線和中間環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)的可靠性；啟車前，控制室能清楚的知道設備主回路是否正常；停車按鈕的輸入可在上位機里面方便地記錄下故障設備的名稱、故障類型、故障時間等內(nèi)容；PLC輸出與控制回路隔離，通過中間繼電器驅(qū)動接觸器線圈，提高了系統(tǒng)的可靠性，并延長了I/O模塊的使用年限；二期工程由于設備集中/就地均由PLC驅(qū)動，對工藝流程控制的修改完全由軟件來完成，無需變動硬接線，提高了系統(tǒng)的靈活性；二期工程中，設備的工作狀態(tài)由控制室統(tǒng)一調(diào)度決定，便于生產(chǎn)管理；在啟車預告過程中，對已選擇集中啟車的設備，由停車按鈕完成禁起指令的發(fā)送，并在硬接線中封鎖PLC出口，提高了系統(tǒng)的安全性；完善的皮帶綜合保護系統(tǒng)為迅速查找故障提供了保證；安全轉(zhuǎn)換開關為檢修人員安全提供了保證。 1.4靈活的控制方式：集控/就地/單起 集控方式下PLC執(zhí)行用戶程序的全部控制功能；就地方式下PLC僅執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和模擬顯示功能；單起方式下，在集控室可實現(xiàn)單臺設備的啟停車，并具有聯(lián)鎖、解鎖功能；設置就地操作設施，該設施不通過PLC控制。 1.5實現(xiàn)功能 本系統(tǒng)形成后，可以取消各種崗位工，工人由操作工變?yōu)檠矙z工，不參與設備的控制（事故狀態(tài)除外），可實現(xiàn)如下功能： 1） 控制功能，實現(xiàn)設備控制方式和工藝流程選擇、啟車預告、系統(tǒng)單起/程序啟停、系統(tǒng)運行的閉鎖、過程參數(shù)的實時監(jiān)測。 2） 診斷功能，能快速正確地識別模塊配置錯誤、模擬量超程、線路斷線等故障，自動報告總線通訊錯誤還是網(wǎng)絡錯誤。 3） 冗余功能，采用不間斷電源雙回路供電自動投入。選擇冗余通訊模塊，實現(xiàn)PLC和CPU的雙機熱備功能，主輔機同類切換，系統(tǒng)不間斷工作。 4） 網(wǎng)絡通訊功能，利用光纖將全廠PLC分站連成一個網(wǎng)絡，各分站所采集的信息全匯集到主廠房控制室，在上位機上顯示，同時，也可將指令通過網(wǎng)絡傳至PLC分站。 5） 各種檢測和保護功能，實現(xiàn)對各種料位、水位、閘閥位置、水量、電量、設備運行狀態(tài)的檢測，并用圖形軟件在屏幕上顯示出動態(tài)畫面；實現(xiàn)對所有設備保護信號的檢測。 6） 單機自動化與系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)功能，通過PLC-/I/O接口實現(xiàn)與單機自動化設備的聯(lián)機。 7） 啟停車聲光預告和語音報警功能，啟停車前可利用廣播系統(tǒng)和信號系統(tǒng)預告；系統(tǒng)出現(xiàn)故障，在上位機提示故障并語音報警。 8） 工業(yè)電視功能，通過集控室電視墻畫面對全廠重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行監(jiān)視，并通過視頻網(wǎng)絡將圖象傳至礦井調(diào)度室，使生產(chǎn)調(diào)度和管理人員及時獲取大量豐富的視覺信息，極大地提高了管理效率和自動化水平，為選煤廠減人提效、安全生產(chǎn)提供了保障。 9） 計算機管理信息系統(tǒng)，使生產(chǎn)經(jīng)營管理人員以科學的手段組織合理的生產(chǎn)，通過建立管理信息系統(tǒng)局域網(wǎng)，與其它計算機系統(tǒng)互聯(lián)，形成廣域計算機網(wǎng)絡，實現(xiàn)對選煤廠管理信息的綜合處理，使選煤廠的管理具有高度的科學性和技術性，達到現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理水平。 2技術經(jīng)濟效益分析 2.1減少啟停車時間，降低電耗 為更好的應用岱莊礦選煤廠綜合自動化系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場開停車的需要，通過不斷完善調(diào)整啟停車程序，最大限度的減少啟停車時間，對于單臺小設備考慮同時啟車，縮短了啟車時間；詳細計算閉鎖關系的設備停車時間，盡量縮短停車時間，降低了電耗，根據(jù)經(jīng)驗，現(xiàn)測算如下： 原煤系統(tǒng)設備總有功功率為711.3KW，按平均每天啟停車3次，每次節(jié)省20分鐘，每年為300個工作日，每度電為0.45元，則每年可節(jié)約電費20?3?588.73?300?0.45/60=7.95萬元； 水洗系統(tǒng)設備總功率為1169.35KW，按平均每天啟停車3次，每次節(jié)省20分鐘，每年為300個工作日，每度電為0.45元，負荷計算系數(shù)為0.6，則每年節(jié)約電費20?3?300?1169.35?0.6?0.45/60=9.47萬元； 裝車系統(tǒng)設備總功率為380.5KW，按平均每天裝一列火車，每次節(jié)省時間30分鐘，每年為300個工作日，每度電為0.45元，負荷計算系數(shù)為0.6，則每年節(jié)約電費30?300?380.5?0.6?0.45/60=1.5萬元； 則每年可節(jié)約電費18.92萬元。 2.2先進的監(jiān)測系統(tǒng)，減少事故處理時間 該系統(tǒng)運行可靠，維修量小，其先進的監(jiān)測系統(tǒng)，在事故發(fā)生時，能及時準確的找出事故發(fā)生地點，方便調(diào)度人員采取正確果斷的處理措施，縮短事故處理時間，按平均每月事故處理減少1小時計算，每年可節(jié)約12小時，按350噸/小時計算，每年可減少損失4200噸原煤；按120元/噸計算，可減少損失資金4200?120=50.4萬元。 2.3減人提效 由于全廠綜合自動化系統(tǒng)的投運，可大幅度減少崗位人員配置，實現(xiàn)高產(chǎn)高效。全廠人員將從原計劃的412人減至154 人，每人每年的消耗按2萬元考慮，每年可減少人員開支516萬元。 2.4增強管理效益 集控系統(tǒng)是全廠綜合自動化的核心，是實現(xiàn)各種單機自動化的基礎，該系統(tǒng)負責對全廠生產(chǎn)設備集中控制，對各種參數(shù)的檢測，它產(chǎn)生的效益是多方面的、綜合性的。 生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)投運后，可顯著提高選煤廠的現(xiàn)代化裝備和管理水平，實現(xiàn)工藝參數(shù)動態(tài)管理，降低設備事故率，