新疆焦煤集团选煤厂自动化控制系统的特点

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中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）09-0142-02

摘要：介绍了新疆焦煤集团选煤厂S7300/400PLC控制系统的构成、供电系统的设计情况、工业现场总线的连接方式以及控制系统的功能；分析了重介质选煤工艺参数自动测控系统、浮选工艺参数自动测控系统、水池液位控制子系统的功能及配置情况。

关键词：选煤厂控制器重介质旋流器浮选工艺

新疆焦煤集团洗煤厂新建了一座处理能力为240万t/a的选煤厂，选煤工艺为重介—浮选联合流程。配备了技术先进、自动化程度高、运行可靠的控制系统，达到了生产管理科学化、现代化，成为一座优质高效的选煤厂。该厂生产的精煤供宝钢集团八钢公司作为炼焦用煤；中煤、尾煤和矸石供本集团公司的电厂作燃料煤。

1 控制系统构成

选煤厂控制系统采用西门子S7-400，根据系统工艺要求，主厂房设一个S7-400PLC站、准备车间、矸石车间、干燥车间各设一个ET200M PLC远程站。主站、远程站之间通过PROFIBUS-DP现场总线通讯，通讯速率12Mb/s。主厂房设两台上位机DELL3000，负责监控全厂设备，通过MOXA EDS-305交换机与S7-400 CPU工业以太网通讯，通讯速率10～100Mb/s。

换热站设一个S7-300的主站，下位软件均采用SETP7 V5.2+SP1，上位软件采用WINCC6.0+SP1。

编程器采用配置为PM1.6G/40G/16XDVD/17英寸的康柏 笔记本电脑。

2 可编程序控制器供电系统设计

选煤厂控制系统的完整供电设计包括系统上电启动、连锁保护和紧急停机处理等问题。一个完整的供电系统的总电源来自三相电网，经过系统供电总开关进入系统。可编程序控制器组成的控制系统以220V交流电压为基本工作电源。电源开关选择低压断路器。通电后，电流进入隔离变压器、交流稳压器及UPS。进入交流稳压器输出的电源分成两路：一路为可编程序控制器电源模板供电，另一路为可编程序控制器输入输出模板和现场检测元件、执行机构供电。图2为可编程序控制器供电系统示意图

3 工业现场总线（PROFIBUS）

选煤厂控制系统通讯协议采用PROFIBUS-DP，在主站和从站之间采用轮循的通信方式，主站掌握总线中数据流的控制权，从站是简单的输入输出设备；最大节点数127（地址0-126），现场共有18个站点，总线部件包括总线连接器、总线端子、中继等。

4控制系统实现的功能

（1）控制功能。实现设备控制方式和工艺流程选择、开机预告、系统单起/程序启停、系统运行的闭锁、过程参数的实时监测。集中控制系统有两种操作方式，即集控室集中操作和现场单机就地操作，集中操作又分为“集中—自动”和“集中—手动”两种方式（集中手动主要用于系统调试、查找故障和设备检修时应用）。选定工艺流程后，主要设备按照一定的闭锁关系和延时时间逆煤流顺序开机、顺煤流停车。开机和停机的闭锁关系和延时时间是不同的，以保障设备下次运行时空载开机。发生故障时设备开始逆煤流停车至最上游给煤设备，其下游设备经延时，待物料排清后依次停机；出现紧急情况时，集控室或现场均能使所有设备立即带负荷停止运行。

（2）诊断功能。能快速正确地识别模块配置错误、模拟量超程、线路断线等故障，自动报告是总线通讯错误还是网络错误。

（3）冗余功能。采用不间断电源双回路供电自动投入。选择冗余通讯模块，实现PLC和CPU的双机热备功能，主辅机同类切换，系统不间断工作。

（4）网络通讯功能。利用PROFIBUS通讯线将全厂PLC分站连成一个网络，各分站所采集的信息全汇集到主厂房控制室，显示在上位机上，同时，也可将指令通过网络传至PLC分站。

（5）各种检测和保护功能。可对各种料位、水位、闸阀位置、水量、电量及设备运行状态进行实时检测，并用图形软件显示出动态画面，同时，可实现对所有设备保护信号的检测。

（6）单机自动化与系统的联网功能。通过PLC-/I/O（注：输入/输出）接口实现与单机自动化设备的联机。

5 重介工艺参数自动测控子系统

为实现在线检测、监视，稳定控制重介质选煤过程中的工艺参数，保证重介质选煤过程的分选效果，提高生产管理水平，该厂选用DMAS-II型重介质工艺参数自动测控系统。这一系统是针对选煤厂无压给料三产品重介质旋流器不脱泥选煤工艺开发的。

5.1 系统的基本工作原理

（1）合格介质密度的控制。由于介质密度直接影响产品质量及产率，所以在选煤过程中，必须控制介质密度并使其稳定在某一给定值，介质密度高于给定值，会导致精煤产品灰分高；低于给定值时，精煤产品灰分低，使得精煤产率低。

（2）分流量的控制。由该厂采用不分级、不脱泥直接入选原煤的重介质选煤工艺，因此，正常生产过程中，合格介质中的煤泥含量是逐渐增多。而重介质选煤工艺要求合格介质中的煤泥含量适当，若煤泥含量太低，不利于合格介质的稳定；含量太高，则会影响分选效果，增大介耗。本系统中设有自动分流箱，当合格介质悬浮液中的煤泥含量超过允许范围时，系统会自动多分流一部分悬浮液进入磁选机，以降低介质中煤泥的含量，从而降低介质损耗。

（3）合格介质桶液位的在线检测。合格介质桶液位是生产过程中的重要参数。液位过高（一般由加水、加介引起），不仅密度调节滞后，而且当停止生产时由于管道和旋流器中的介质回流，会引起介质桶溢流，造成介质损失；而液位过低，则旋流器压力难以保证，影响正常生产。因此，必须控制合格介质桶液位，使其平稳、缓慢的下降。

（4）旋流器介质入口压力的在线检测。旋流器介质入口压力由在线压力传感器测量，当工艺环节调节正常后，根据旋流器的参数、原煤性质等因素，可将旋流器入口压力稳定在一定值，对保证产品质量有重要意义。

5.2 系统功能及技术指标

重介质选煤过程自动控制系统是以IPC工控机为控制核心，集检测、控制、管理等功能于一体的监控系统。根据八钢公司焦煤集团240万t/a选煤厂的工艺系统特点及要求，该系统设计为原煤重介控制系统，分别对悬浮液密度、磁性物含量等工艺参数进行调节，该系统的主要功能包括：

（1）实现合格介质悬浮液密度自动测量及控制，密度控制精度为：设定值±0.005g/cm3；

（2）实现合格介质悬浮液磁性物含量的在线检测与煤泥含量的稳定控制，测控范围满足工艺生产要求；

（3）实现合格介质桶液位的自动监测和超限报警；

（4）实现原煤重介质旋流器入口压力自动测量及超限报警；

（5）计算机系统可实现对各工艺参数进行实时采集、监视、记录，对煤泥含量及其控制算法进行计算，对历史生产数据查询、打印报表，以及与上位机wincc通讯等功能；

（6）系统具有手动/自动两种控制方式。

6浮选工艺参数自动测控系统

浮选过程是一个复杂的物理和化学过程，需要众多工艺参数相互配合才能得到高质量的产品。浮选自动化的目标就是检测出各种相关的工艺参数，按照特定的算法对其进行优化控制，以达到稳定产品质量、减轻劳动强度的目的。该系统选用过内最新研制的FX-IV型浮选工艺参数自动测控系统

6.1 系统功能

（1）入浮煤浆量检测。在集料池底流泵出口至矿浆预处理器的管道上设置一台Φ350mm电磁流量计，用来计量煤浆入料量。

（2）入浮煤浆浓度检测。在浮选入料管道上设置一台同位素浓度计，用于检测入浮浓度。

（3）入浮干煤泥量检测。通过入浮流量及入浮浓度，由计算机自动计算出入浮的干煤泥量。

（4）浮选剂添加量检测。由两套微小流量测量装置分别在线测量捕收剂和起泡剂的添加量。

（5）补加水量检测。在补加水管道上设置1个电动一体阀门及1台电磁流量计，当入料浓度大于最佳入选浮度时需补加水，使其趋近最佳入选浓度。

6.2 系统配置

系统由IPC工控机、模拟量输入/输出、开关量输入/输出模块、浓度计、电磁流量计、微小流量计、加药执行机构、电动一体阀等组成，用以检测原矿浆流量及浓度、浮选计量等，并将数据送入浮选工艺参数自动测控系统，进行过程参数的闭环调节。

6.3 技术指标及特点

（1）实现多点按比例自动跟踪加药；

（2）浮选剂测量误差±1%；

（3）浓度计检测误差±5g/L；

（4）浮选剂测量范围0～2000g（可调）；

（5）浮选剂添添加时可以进行自动/手动控制。

7水池液位自动控制子系统

生产过程中使用的稀介质桶和煤泥水池的上部均设一台超声波液位计，对应的泵均由一台变频器来实现对液位的闭环控制，防止跑冒和抽干，该子系统不设独立分站，就近融入PLC各分站。

8投产后的效果

240万吨/年（分两期建设）洗煤厂2006年初即进入生产调试阶段，自动化系统的投入运行可提高年生产能力 ，降低成本、节能降耗，现每年可入洗原煤200万吨左右，精煤的灰分最低可达到8-9﹪，甚至更底，中煤和矸石分选合格率很高，为宝钢集团八钢公司焦煤集团取得更好的经济效益发挥了巨大的作用。

参考文献：

[1]深入浅出西门子S7-300PLC

[2]深入浅出西门子WINCC 6.0

[3]SIMATIC可编程序控制器及应用

作者简介：杏志峰（1964-），男，新疆人，1993年毕业于北方工业大学工业电气自动化，2000年毕业于甘肃工业大学管理工程专业，现南开大学软件工程在职研究生、在读，本科学历、新疆焦煤集团动力分厂洗煤作业区作业长、工程师