大平矿选煤厂集控系统升级改造方案设计与应用

张子勇;李俊;孙丽艳

【摘 要】大平矿选煤厂集中控制系统受建厂时技术、资金、控制理念等方面制约,存在诸多缺陷,长期运转也使一些关键元件逐渐老化,给安全高效生产带来了一定的隐患.通过技术改造,该厂建成了一套完整先进、安全可靠、高效的控制和信息管理系统,使大平选煤厂的自动化控制达到了国内先进水平,实现了优质、高效生产和经济效益的大幅提高.

【期刊名称】《选煤技术》 【年(卷),期】2011(000)002 【总页数】5页(P-68)

【关键词】集控系统;升级改造;改造方案;控制功能;效益分析 【作 者】张子勇;李俊;孙丽艳

【作者单位】铁法煤业集团有限责任公司,辽宁,调兵山,112700;铁法煤业集团有限责任公司,辽宁,调兵山,112700;铁法煤业集团有限责任公司,辽宁,调兵山,112700 【正文语种】中 文 【中图分类】TD948.9

铁煤集团大平矿选煤厂是一座年生产能力为405万t的矿井型选煤厂,2004年10月正式投产,采用跳汰分选工艺。全厂有筛分、洗煤、压滤、化验和装车五个车间。选煤厂集中控制系统受当时技术、资金、控制理念等方面制约,存在诸多缺陷,长期运转也使一些关键元件逐渐老化,给安全、高效生产带来了一定的隐患,经常出现故

障而影响正常生产,因此有必要为选煤厂建设一套安全可靠、高效、信息化、数字化的控制和信息管理系统。

原有集控系统已使用近6年,在自动控制、安全平稳运行、生产工艺适应性和信息化管理方面存在着诸多不足,主要体现在以下几个方面:

(1)由于选煤厂生产设备不断更新和改造,新增加的设备不能在现有集控系统中参与集中控制,而一些淘汰的设备却依然在集控系统中。

(2)控制设备的长期运转使PLC模块、继电器、工控机和监视系统等一些关键元件逐渐老化,系统的故障率明显增多,维护量很大,给安全高效生产带来了隐患。 (3)现有集控系统不能实现工艺流程的在线调整,每次改变流程都要把所有的设备停下,这样便增加了设备无故障停车时间,消耗了电能,影响了选煤厂的整体工作效率。 (4)现有集控系统没有把皮带综合保护传感器纳入系统,没有安装电动机综合保护装置,也没能对煤仓煤位、水池水位等实施在线监测。

(5)选煤厂员工较少(每个班组仅为6人),因而在目前不高的自动化水平下无法实现优质、高效生产。

(1)建设完整、可靠、先进的控制和信息网络结构框架,确保控制设备的高标准和系统的完整性、可靠性。

(2)控制系统有足够的扩展接口,使后期增添的设备或传感器能够与系统无缝连接。 (3)系统软件应有很强的兼容性,以利于后期的软件升级。

(4)在调度室的操作台上要留有余地,以便增添计算机或其他台面设备。 (5)调整设备时,要无条件满足现场生产工艺的要求。

(6)在不影响系统先进性、可靠性、完整性的情况下,最大限度地利用现有设备和材料。

(1)建设一套完整的现代化厂级控制网与信息管理网络。 (2)重新构建选煤厂集中控制系统(包括配备各类监测传感器)。

(3)配置设备综合保护系统。 (4)建设现代化点检系统。 (5)建立工业电视监视系统。 (6)设计选煤厂控制调度中心。

3.3.1 集中控制网络与信息管理网络结构设计

大平矿选煤厂原有的控制网络仅局限于生产设备集中控制,还未建立完整的控制及管理信息网络,各种管理信息、生产数据、工艺参数及运行状态均无法互相传递,信息不通畅;管理人员、技术人员、调度人员都在各自的孤岛,不能共享信息,从而不能有效地调度和指挥生产。因此,需要完整地建设选煤厂管理信息网络,并与控制网络进行信息集成。所要建设的自动化系统网络由信息网络层、以太网网络层、工业控制网络层组成,是一种多层式网络,结构如图1所示。 3.3.2 控制功能

集中控制系统由洗煤、压滤、装车、筛分、泵房五部分组成,每部分均采用一套的PLC控制站。PLC选用德国西门子公司的S7-300型可编程控制器,具有较强的数据处理和组网能力,采用模块式结构,具有系统容量大、扩充方便、功能模块齐全、指令功能强、高速、坚固、通信能力强、操作方便等特点,且具有高电磁兼容性和强抗振动性、冲击性,因而具有很高的工业环境适应性,特别适合于工业环境及电气干扰环境。控制系统由环形以太网和PROFI BUS-DP网络构成,各个PLC控制站通过以太网交换机接入环形以太网,PROFI BUS-DP网络由315-2DP和各个电机保护器组成,通过PLC接入以太网。控制系统网络结构如图2所示。

系统设三种控制方式:集中自动、集中手动和就地。其中:集中自动方式由集控室发出启、停车命令,现场相关设备按预定流程进行顺序启停;集中手动是在集控室对单台设备分别进行有或无闭锁单独开停控制,设备间的闭锁关系与选择的流程有关;就地控制是在现场对各个设备进行无或有闭锁启停,控制命令不通过PLC而直接起停

设备,一般在设备检修试车时使用。 该系统主要控制功能为:

(1)故障诊断。系统具有较强的过程诊断和系统诊断能力。过程诊断可以检测并提示过程中出现的故障状态,使问题得以在出现的地方被快速纠正,系统可以检测出多达500多种故障。故障诊断技术最重要的意义在于改革设备维修制度,变传统的定期检修为预知维修,这不仅可节约大量的维修费用,而且减少了许多不必要的维修时间,从而大大增加了设备正常运行的时间,大幅度提高了生产率,产生附加的经济效益。 (2)皮带保护功能。为所有皮带配齐打滑、跑偏、机头堆煤、温度、烟雾及拉线急停保护,为刮板机安装了堆煤和断链保护,并将所有的保护接点接入监测监控系统,出现任何故障,都可在监控上位机上清楚地显示故障原因和地点,并及时报警,以便操作、调度人员及时发现和安排故障的处理。

(3)设备状态监测。对参与集控的部分重要电机进行电流在线监测,监测监控系统可显示电机电流的实时值,分析电动机运行状态,也可记录历史数据,以便后续的故障分析。

3.3.3 电机综合保护系统

电机综合保护系统由位于控制室的上位机、位于控制现场的电机智能保护器以及上位机监控软件三部分组成。保护器的核心部件采用国外最新型的单片微机,它具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、精度高、保护参数设定简单方便和数字化、智能化、网络化等特点,可满足高层次用户的要求。

完善的电机保护是对电动机运行过程中的各种运行状况的详细信息进行采集跟踪,通过对故障报警、保护动作以及动作延时时间的设定来实现及时、准确的保护,以保证生产的安全进行。同时,经通讯,可以在上位机上对电动机运行状况的详细信息进行实时监测,并经计算机数据处理提供管理信息。在设备可能产生重大故障前,越限报警可及时提醒管理人员进行处理,避免了不必要的停机对正常生产造成的影响,

最大限度地保证了设备运行的有效性。在电动机控制装置实现各项保护功能的同时,各种保护信息也由装置生成,并经通信接口上传至计算机管理系统。 3.3.4 现代化点检管理系统

设备点检管理是利用人的感官和简单的仪表工具,或精密检测设备和仪器,按照预先制订的技术标准,对运行设备施行全过程的动态检查。它是一种及时掌握设备运行状态,指导设备状态检修的一种严肃的科学管理方法。应用这种管理模式,可有效地掌握设备的各种状态,防止“过维修”和“欠维修”,减少设备的故障发生率,大大降低设备维护费用。

在点检系统中,主要通过点检制度、点检软件、点检硬件帮助企业建立一套完善的点检系统。主要功能为:点检设置、基础信息、点检计划、定期维护、定期点检、运行点检、劣化分析、设备状况分析、点检管理、系统维护。

点检系统由点检仪(智能数据采集器)、巡检管理软件和数据转换器、巡检检测点、计算机等组成。系统可以由多个采集器共用一个数据转换器和软件包,其基本原理是:在巡查线路上安装一系列代表不同点的感应卡,巡查到各点时,巡查人员用手持式巡检机读卡,把代表该点的卡号和时间同时记录下来,巡查完成后巡检机通过通讯线把数据传给计算机软件处理,就可以对巡查情况(人员、地点、时间、事件等)进行记录和考核。

3.3.5 工业电视监视系统

工业电视监控系统是选煤厂集控系统的重要组成部分。本方案能在调度控制中心或其他允许的远程终端看到厂区重要场所的实时图像。在设计中,依照对该系统的基本需求,以配置合理、安全可靠、产品主流、低成本、低维护量作为出发点,以此为依据设计了该系统方案。该系统主要由前端摄像装置、传输设备(材料)、图像控制和处理、图像显示等组成。 3.3.6 选煤厂调度控制中心设计

调度控制中心选用了大屏幕显示墙,该屏将DLP高清晰度数码显示技术、投影墙无缝拼接技术、多屏图像处理技术、信号切换技术、网络技术等综合为一体,形成一个拥有高亮度、高清晰度、高智能化控制、操作方法先进的大屏幕投影显示系统。通过这套投影拼接墙显示系统可以将各类计算机信号、视频信号在大屏幕投影墙上显示,形成一套功能完善、技术先进的信息显示管理控制系统。

该系统主要由大屏幕显示墙、大屏幕控制PC、大屏幕应用管理系统软件、LED显示屏等组成。

升级改造后,大平矿选煤厂集控系统实现了设备监测手段先进,故障报警功能完善,故障分析和处理时间大大减少,在实际生产中发挥了巨大作用。

以2008年吨煤利润作为计算基础。2008年利润为56 800万元,共生产原煤405万t,吨煤利润为56 800/405=140元/t。

大平矿主井每小时提煤33斗,每斗煤至少25t,折合每分钟提煤13.75t。因网络故障、沿停和堆煤保护动作造成的影响,2008年比2007年减少故障停采时间2 480min(表1),则2008年增加效益2 480×13.75×140=477.4万元。

2008年升级改造后,主煤流设备的电动机均安装了智能化电动机综合保护器,因而杜绝了因电动机过载、故障等原因不能及时处理造成的问题。2008年比2007年减少停机时间230min(表2),直接增加效益13.75×230×140=44.27万元。 (1)增加流程预检功能,减少了设备空载时间。2008年未发生空载现象,而2007年实际发生161次,平均每次需要处理时间15min。因此增加的经济效益为4 297.4×161×15/60×0.7×0.7 (系数)=9.25万元。并且,由于增加了流程预检功能,因而2008年未发生设备无法启动而影响生产的问题,而2007年每3天即发生一次,每次处理时间10min,则2008年减少处理时间259/3×10 =863min,直接增加经济效益863×13.75×140= 166.19万元。

(2)增加翻版集中控制功能节省了电能。原集控系统201#翻版、212#翻版未实现

集中控制,升级改造后实现了集中控制,不需要人员到现场搬翻版,减少了设备空载时间。2007年平均搬翻版次数:201#翻版为6次/d,212#翻版为5次/d。按全年生产259d,每次设备空载时间为3min计算,则升级改造后可直接增加经济效益4 297.4×259×3 ×(6+5)/60×0.7×0.7(系数)=32.74万元。 综上所述,集控系统升级改造后,全年可增加经济效

益:238.70+44.27+9.25+166.19+32.74 =491.15万元。

一年多的生产实践表明,升级改造后的大平选煤厂集中控制系统确实是一套集安全性、可靠性、高效率、信息化、数字化于一体的控制和信息管理系统。100M的光纤环形工业控制以太息平台实现了快捷、安全、准确的信息交互,提高了控制系统的可靠性、实时性、科学性,为企业创造了良好的经济效益。