选煤厂集中控制系统的应用研究

尉言龙

（晋煤集团长平公司洗煤厂， 山西 晋城 048400）

引言

选煤厂集中控制系统是全厂电力驱动设备控制的核心，它使得全厂电力驱动设备按照工艺环节的需求关系顺序进行启动、停止。汇集着全厂所有电气设备的控制和状态信息，能及时反馈电器设备出现的问题，极大缩短系统启、停车时间，节能降耗，同时减少了现场操作人员，减轻了劳动强度。选煤厂集中控制系统是选煤工艺系统的重要组成部分，也是全厂综合自动化系统的核心。它搭建了一个完整的网络框架结构，使得全厂各个控制分支可以方便统一到一个可靠性高、通信方式灵活、容纳能力强的自动化平台上来，确保工艺系统的高效、稳定运行。本文以山西某选煤厂为案例，对选煤厂集中控制系统的应用进行研究。

1 集中控制系统硬件构成

集中控制系统主要由客户端、服务器、工程师站、通信网络、组态软件、编程软件、可编程控制器（PLC）、PLC控制柜、就地控制箱、PLC远程分站，预告系统等组成[1]。

1.1 集中控制系统三层架构

选煤厂集中控制系统基本由三层架构组成，分别为设备层、控制层、信息层。设备层是控制系统的基础，由分布于现场的控制元件、智能仪表、综合自动化子系统和其他智能监控系统等构成；拉制层是控制系统的核心，主要负责采集设备层设备运行工况、过程参数信息，然后根据工艺逻辑关系控制电器设备和智能仪表及其他自动化子系统，同时将采集的电气设备和仪器仪表的过程信息向信息层传递；信息层是人机交互层，负责监视现场设备运行状态、控制命令的下达，参数设定及修改，完成对现场设备的操作和过程参数的控制，同时对采集的大量现场信息进行存储和分析，以实现历史数据的查询、检索及各类数据的调用[2-3]。

1.2 集中控制系统的设备配制

根据该选煤厂工艺复杂程度、工程规模，确定使用中型集中控制系统。该系统主要应用于选煤厂的电气设备数量基本在100台左右，工艺较复杂，涉有重介选煤大部分工艺环节，对集中控制系统要求较高，主要以布局合理、系统可靠为主。

控制系统的配制：PLC控制主机站1台、PLC远程分站数台、服务器1台、客户端2台、就地操作箱、工程师站1台。

PLC选型上一般考虑的中型机系列，主要根据电气设备台数计算所需开关量输入输出点数，模拟量模入模出点数，PLC控制站IO点数要留10%～15%的余量，根据其管辖的电气设备台数确定各自IO点数，配置相应模块；对于工艺环节比较独立的系统，可设置带CPU的PLC子站；根据选用PLC厂家不同采用相应的通信方式；各个PLC控制柜将PLC、开关量隔离继电器、模拟量隔离元件、接线端子、开关电源、断路器、接触器等集中成到一个控制柜中；服务器同PLC形成道信连接，客户端同服务器形成连接。PLC控制主站、PLC远程分站及PLC控制子站形成通信网络连接。工程师站主要用于与服务器和PLC进行数据交换，方便修改和查找故障[4]。

2 集中控制系统软件功能

该系统软件主要由电气设备程序、顺序启动程序、顺序停止程序、系统预出报警程序、画信程序、网络规划程序、数据交换程序，过程参数采集程序、上位根沿面等组成。

2.1 集中控制系统基本功能

2.1.1 操作控制功能

全厂电气设备除辅助设备就地控制外，工艺流程中具有连续煤流的电气设备均纳入集中控制系统。参控设备设有集中连锁启停车、远方单启单停和就地单启单停三种方式。当在集中连锁状态时，所有参控设备按照一定的顺序和连锁逻辑关系自动完成启停车；在单启单停状态时，由操作员在客户端电脑画面前进行手动启停。在集中工作模式下，系统均提供连锁保护，就地工作方式用于检修和单机试车。

集中工作模式下，参控设备按逆煤流方向启车，顺煤流方向停车，同时按工艺流程要求实现电气闭锁。集中工作模式下启车前，发送预告信号，预告一定时间后，开始按顺序自动启车。在预告和启车过程中，现场和集控室均能方便地取消预告信号或终止启车过程。集控室可实现紧急停车和单机停车。机旁启车按钮在集中控制方式时失效。集中和就地控制方式可以无扰动切换。参控的电气设备，在集控室客户端电脑画面上均可单启单停，以助调度人员根据生产需要调整设备运行状态。

通过对采集的工艺参数数据进行处理，自动形成各工艺参数的工况历史曲线，与控制指标所做出的报警相比铰，如果“超限”则实时报警，及时控制有关参数，使选煤厂的产品数量、质量关系严格控制在预订范围内，实现以最大经济效益为目的的生产状态的控制。将各类生产数据、检测值建立数据库作为生产管理的数据来源。根据用户要求可定期产生三班生产报表，打印系统参数并对各项指标进行统计和整理，产生日报、月报、季报及年度报表。通过数据采集，各个料位、液位的数据传送至PLC，形成柱状图，显示在集控的显示屏上，自动和人工干预生产过程控制，并能根据需要打印图表。

在集控室客户端电脑画面显示工艺流程、设备运行状态、各种储料仓的料位、各种水池（箱）的液位、介质桶的液位，监视工作面设备运行状态，各工艺过程的控制画面可任意切换，配合电视监控系统，全厂的所有设备运行状况集控室都能够一目了然。高、低压柜各进线及联络开关的分合闸工作状态、各电力仪表及保护装置参数可在调度室得到实时监控。

2.1.2 图形显示功能

包括全厂设备运行状态、入洗原煤量、精煤产率、原煤准备、主洗、浓缩压滤、产品运输等主要系统画面；显示生产环节的实时数据和最终数据，故障信号等；以填充、趋势曲线、旋转、闪烁、变色等多种形式进行实时动态显示。

2.1.3 故障及报警处理功能

当发生故障时，提供故障停车功能，使故障设备及其之前工作流程的设备立即停车，最大限度地减少损失。当现场设备出现异常现象时，拉制系统发出事故报警信号，采用语音报警方式，明确指出故障设备所处的位置，对一般事故（如皮带的一级跑偏）只做报警，对影响设备和人身安全的事故应直接停车。当系统运行过程中遇有紧急情况时，现场可随时按下紧急停止，实现全系统紧急停车。实时采集检测生产过程工艺参数，并对越限参数实施报警。

2.1.4 运程协助功能

应用运程协助软件，在获得许可的情况下，利用互联网技术，可以实现对集中控制系进行远程维护，当集控系统出现故障时，对系统进行远程故障诊断，快速解决问题，减少停机时间，提高生产效率。

2.2 集控系统基本画面

1）上位机主操作画面。在客户端操作画面上，会显示全厂所有设备的状态信息，实现连锁/解锁功能切换，集中/就地功能切换。在连锁状态下，电气设备必须按照连锁关系逆煤流顺序启动，否则设备无法启动；在集中状态下，上位机可以单机启停设备和顺启顺停设备：在就地状态下，上位机失去操作权限，设备操作完全由现场按钮操作箱来实现。

2）上位机趋势操作画面。在客户端操作画面上，对于系统集来的重要模拟量信号进行实时显示和记录，同时可进行历史数据的查询，对于分析工艺系统存在的问题有一定的指导意义。

3）上位机报警操作画面。在客户端操作画面上，对于系统采集的重要开关量信号和重要的模拟量信号进行报警设置；开关量信号设置以带式输送机保护信号为例，对于一级跑偏设置报警，但不停车；对于二级跑偏设置报警，同时通过程序控制停止设备运行。模拟量信号设置以合格介质桶液位信号为例，对于液位过高设置报警，同时会通过程序控制关闭桶上加水阀门；对于液位过低设置报警，同时会通过程序控制停止合格介质泵运行。

4）上位机设备启停顺序画面。在客户操作画面上，选煤工艺系统逆煤流启动，顺煤流停车，能直观清楚地查看设备启停车情况。参加工作一段时间的操作员对现场设备已经非常熟悉，完全记住了全厂设备编号对应的具体设备。

3 实践应用分析

山西某选煤厂是一座设计处能力为300万t/a的矿井型选煤厂，生产采用跳汰，旋流器重选、浮选、压滤联合工艺流程。按照工艺环节，厂区划分为7个部分，分别为重介车间、天桥配电室等，重要车间采用双链路网络通信，次重要车间采用单链路通信。集中控制系统主站放置在集控室配电间的集控柜内，选用的是西门子400H冗余热备系统，CPU选用6ES7414-4HJ04-0AB0，配制以太网模块6GK7443-1GX20-0XF0，远程通信模块6ES7153-2BA02-0XB0。上位机组态软件选用亚控科技的KIVGVIEW6.50，集中控制操作的工控机。通信链路通过OLMG11/G12实现光出转换，系统形成双链路通信。该集中控制系统的应用有效提高了选煤厂的智能化、信息化水平，有较好的经济效益和社会效益。