马头洗选厂集控系统升级改造实践

张绍先

(冀中能源峰峰集团 马头洗选厂，河北 邯郸 056045)

马头洗选厂隶属于冀中能源峰峰集团有限公司，是冀中能源集团的主力选煤厂，也是我国“一五”期间由苏联援建的156项重点工程之一。目前，其实际洗选能力在5 Mt/a以上，原煤采用不脱泥方式入选，主选工艺为全重介分选、直接浮选的联合工艺；入选原煤主要来自峰峰集团所属的梧桐庄矿、羊渠河矿、新三矿等，主导产品为十级冶炼精煤，用户主要包括武钢、邯钢、安钢等。

多年来，马头洗选厂坚持以创新管理和科技进步为动力，以信息自动化建设与应用为中心，不断改善生产方式，构建了选煤生产集中控制、重介质密度自动测控、浮选参数自动测控、调车作业集中控制、视频监控、配电自动化等大型信息自动化系统。如今马头洗选厂正向装备现代化、办公信息化、管理精细化、发展科学化、生产智能化方向发展，力争将其建成京津冀最大、全国一流的现代化选煤厂。

1 生产现状

马头洗选厂原集控系统于2006年改造成功并投入运行，随着使用时间的推移，其在运行过程中出现了较多问题，且自动化控制功能和信息化功能不够完善，这不仅不利于生产管理，还不利于各项经济技术指标较好实现，已不能适应日益完善的生产工艺要求。主要原因如下：

(1)随着设备的更新换代，部分备件已退出市场，设备配件的采购与更换得不到保障；随着生产工艺的不断变化，部分旧设备被替换，部分新设备投入应用，原集控系统的控制要求随之改变，不能适应生产工艺的要求。

(2)原集控系统的抗干扰性较差，在生产运行过程中，设备无规律“偷停”的情况时有发生，无法保证稳定生产和安全生产[1]。

(3)原集控系统自成一家，并未融合在一起，导致生产与管理效率低下；其冗余性、可扩展性较差，导致生产系统的运行可靠性、功能多样化受到限制。为了实现协同式作业，需要对原集控系统进行整体性重构[2]。

(4)随着管理水平的提升，生产管理的精细化要求越来越高，自动化水平需要进一步提升。这就需要提高生产过程的控制能力，实现对压力、料位、液位等数据的监控与报警，达到选煤生产的全过程可视和可控管理。

综上所述，马头洗选厂需要借助集控系统升级改造，实现基于生产集控的综合自动化系统的设计与应用，助力各项经济技术指标的提升，并实现减人增效的目标。

2 改造内容

此次生产集控系统升级改造共涉及圆环链、筛机、带式输送机等16大项生产设备，具体改造内容包括设备控制方式的再造、各类信号状态的采集显示与集中管理等，并对岗位应答系统、电铃预警系统及其他控制功能进一步完善，实现多系统的相融相合。

(1)根据生产工艺要求，编写功能丰富、简洁明了的PLC程序，替换原PLC站柜，并搭配先进的硬件设施，提高集控系统的冗余性和可扩展性。针对抗干扰性差、稳定性差的问题，将原生产设备的运行信号由采集接触器常闭触点改为常开触点，并增加隔离继电器，同时将原控制和信号电压全部由DC24V改为AC220V。另外，将原PLC站间的单路电信号传输改为以光纤为媒介的环网连接[3]，以保证和实现生产的安全性、高效性、连续性。

(2)将原远程/就地转换旋钮移至上位机上，实现权限的上移、集中管理与操作；优化岗位应答系统、电铃预警系统，并将远程/就地转换按钮替换成急停按钮，以提高操作速度，并保证安全生产与检修[4]。

(3)通过二次控制线路更改，并与PLC程序搭配，实现一键式流程化启停车，以提高设备启停速度与生产自动化水平[5]。每台参控设备对应两个PLC输入点，一个作为设备的运行信号点，一个作为设备急停按钮的状态信号点；其对应两个PLC输出点，一个作为远程/就地转换点，一个作为设备的远程自动启停点。通过上位机组态画面的远程/就地、软解锁/软闭锁、硬解锁/硬闭锁等操作，结合逻辑严谨、各功能相互关联的PLC程序，实现一键式流程化启停车，这有利于提高生产效率。

(4)上位机组态画面的不同样式对应设备的不同状态，其能够清楚地反映设备的运行、停止、远程、就地、解锁、闭锁等状态[6]。为了快速查找故障设备和故障原因，构建了生产报警记录系统，用于查询生产过程中的各种操作记录、设备运行时长等，以大幅缩短故障处理时间。

(5)优化集控系统功能，采集液位、料位、压力、皮带秤等主要技术数据，实现实时监测、报警、记录及集中管理，并自动生成实时趋势曲线[7]，达到选煤生产的全过程可控与可视，以提高生产的数据化和信息化水平。

(6)基于生产集控的综合自动化系统，将孤立的分布式视频监控、调度电话通讯等与生产集控系统融合，其集生产控制自动化、生产数据信息化、管理全方位化为一体[8]。这些系统全部集中在新集控室，从而形成综合性的生产指挥中心。

基于生产集控的综合自动化系统结构框图如图1所示。

3 主要创新点

(1)精细化划分系统。重新划分设备所属系统，并将系统细分为灌仓系统、原煤系统、单号系统、双号系统、浓缩系统、产品运输系统等[9]，既能按照生产工艺要求依次分步执行，又能根据选择开启某个系统或多个系统，有利于合理组织生产。此外，根据工艺情况、设备启停时间，合理设置设备的启停时间间隔，防止启车时电流冲击过大及停车时“跑煤”等情况的发生。

(2)生产安全性提高。在PLC程序内增加软解锁/软闭锁功能，与现场硬解锁/硬闭锁形成双重保险。在闭锁状态下，关联设备可以互相制约，能够防止“跑、冒、滴、漏”现象的发生和生产事故扩大化；在解锁状态下，通过PLC程序能够实现远程/就地无扰切换。生产过程中单台或多台设备停车或出现故障时，通过解锁与就地转换功能，在不影响整体生产的情况下，检修人员可通过现场急停按钮，断开远程和就地操作模式，以保证检修的安全性；在设备故障恢复后，切换成远程操作模式。这能够大幅提高生产与设备控制的灵活性，避免不必要的生产停车，并降低事故的影响范围[10]。

图1 基于生产集控的综合自动化系统结构框图

(3)监控系统功能丰富。针对生产需求专门设计了一套大屏幕窄逢拼接系统，另外配备了12台42寸液晶监视器，形成一套高清晰度、高智能化、功能完善、技术先进的综合信息显示管理控制系统，这是一个交互式的灵活系统[11]，能够实现各类信息屏上显示。监控系统融入了百余个分布式岗位视频监控点，实现了在新集控室远程直观地监视整个厂区各个重要生产环节，使现场情况更加清晰明了，实现了部分岗位无人值守，能够促进减人增效的实施。生产调度通讯系统实现了多方通话、强插、强通、会议、一键接打、录用等功能，功能更加丰富。

4 经济效益

(1)在集控系统升级改造后，生产系统的自动化、信息化管理水平大幅提高，实现了一键式流程化启停车，生产效率大幅提升，工人劳动强度降低，岗位所需工人数量减少，实现了减人增效的目的。全厂配备有300台设备，原来每人看守4台设备，目前每人看守8台设备，岗位工人减少37人，每年节约的人工成本约为150万元。

(2)在集控系统升级改造后，不但实现了安全生产，而且保证了生产的连续性，每月因生产事故影响正常选煤的时间减少约5 h。生产设备的开停效率大幅提高，每月的开停车时间减少20 h，相同时间内的开车时间增加约15 h，设备空载时间减少约25 h。按照处理能力750 t/h计算，每月的原煤入选量增加11 250 t；按照精煤产率55%，销售价格1 000元/t计算，每月因原煤入选量增加产生的经济效益为618万余元。按照设备功率5 500 kW计算，每月因生产系统少运行节约的电能为137 500 kW·h；按照电费单价0.62元/(kW·h)计算，每月节约电费8.50万余元。加上节约的油耗、介耗、设备损耗等约3万余元，预计每年的节支增收总额为7 600万余元。

5 结语

基于生产集控的综合自动化系统的设计与应用，使马头洗选厂成为一个数字化、透明化工厂，不但实现了集控系统与生产工艺的完美融合，达到了生产过程的高度可控与可视，而且提升了自动化、信息化管理水平，达到了节能、高效、减人的目的，有助于各项技术经济指标的顺利完成。这对内起到了实实在在的促进安全生产、提升管理、创造效益等作用，对外起到了行业示范效应。

参考文献:

[1] 崔向龙.选煤厂集控系统分析[J].中国高新技术企业，2012(15):139-140.

[2] 范坤廷，李 波.选煤厂集控系统的设计[J].选煤技术，2011(4):54-55.

[3] 胡良文.选煤技术与设备的选择[J].科技情报开发与经济，2005,15(8):242-243.

[4] 许 翏，王淑英.电气控制与PLC应用[M].北京：机械工业出版社，2005：11-12.

[5] 聂朋伟.可编程控制器在选煤自动化中的应用[J].矿业工程, 2005,3(5):63-64.

[6] 雷晓树.PLC在选煤厂集中控制系统的应用[J].中小企业管理与科技(上旬刊)，2011(9)：47-48.

[7] 刘东东，刘 珊.张家峁选煤厂集控系统设计[J].选煤技术，2013(2)：35-36.

[8] 杨立芳.选煤厂集中控制系统的现状及展望[J].选煤技术，2002(5)：53.

[9] 戴少康.选煤工艺设计的思路与方法[M].北京:煤炭工业出版社,2003.

[10] 萧海峰.新型现代化大中型选煤厂集中控制系统设计[J].煤矿设计，2000(10)：11.

[11] 刘 淑.多通道大屏幕图像无缝拼接技术研究[D].北京：北京交通大学，2011：39-40.