選煤廠自動化發(fā)展的進程

1主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的監(jiān)控和監(jiān)測20世紀90年代末以來，中國在新建的大型煤炭處理廠配備了一套簡單的全工廠設(shè)備集中控制和一些工藝環(huán)節(jié)自動化系統(tǒng)，包括煤炭設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量在線控制和主要生產(chǎn)區(qū)的自動化。用于檢測和測試不同生產(chǎn)過程中的各種工藝參數(shù)的機器、設(shè)備和傳感器。整個工廠的集中過程、數(shù)據(jù)采集和運營狀態(tài)的監(jiān)控，以及煤炭行業(yè)的微型信息信息信息。但是,我國在選煤廠自動化方面還比較落后,上述自動化項目無論功能的完善性還是運行的可靠性,與國外選煤廠的自動化系統(tǒng)相比,還存在著較大差距。2控制系統(tǒng)的改造以東龐礦選煤廠為例,其自動化發(fā)展的進程很有代表性地體現(xiàn)了中國選煤業(yè)自動化發(fā)展的進程。在建廠初期,東龐礦選煤廠就采用了單片機制作跳汰選煤自動控制系統(tǒng),實現(xiàn)了跳汰機液壓部分的自動控制和自動排料功能。進入20世紀90年代采用了小型PLC實現(xiàn)了主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)和生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控。在2001年成功地完成了全自動化重介質(zhì)選煤系統(tǒng)。日前在逐步對全廠的自動控制系統(tǒng)進行改造,實現(xiàn)1套對所有設(shè)備實現(xiàn)監(jiān)視、控制;對所有生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)測、調(diào)節(jié);對重要的工藝環(huán)節(jié)實現(xiàn)閉環(huán)控制的全面工業(yè)自動化控制系統(tǒng)。實現(xiàn)上述功能后,系統(tǒng)所采集的信息經(jīng)過計算機的分析處理,通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)共享,使得管理層能及時得到有關(guān)生產(chǎn)的第一手資料,合理調(diào)度生產(chǎn),最終實現(xiàn)選煤廠生產(chǎn)的管理自動化。東龐選煤廠現(xiàn)有自動化系統(tǒng)可劃分為以下幾塊。(1)設(shè)備起車、機控停車包括以下車間:水煤漿控制系統(tǒng),工藝流程中所有設(shè)備的運行狀況和工藝參數(shù)通過PLC傳送至上位機顯示輸出,所有設(shè)備手動起車、機控停車,聯(lián)鎖停車;重介系統(tǒng)為全自動控制系統(tǒng),既可以全部由上位機實現(xiàn)運行操作,也可由操作工人就地操作;壓濾系統(tǒng),為小型PLC自動控制系統(tǒng)。(2)圖像監(jiān)控和通信網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)全廠重點生產(chǎn)環(huán)節(jié)監(jiān)視,操作指令傳送,各控制系統(tǒng)信息交換。(3)信息實現(xiàn)的子系統(tǒng)之間的通訊。在整個主在上述基礎(chǔ)上建立了全廠監(jiān)控系統(tǒng),即東龐礦選煤廠DCS系統(tǒng)。此系統(tǒng)加強了各子系統(tǒng)之間,子系統(tǒng)與主系統(tǒng)之間的通訊聯(lián)絡(luò),各生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)工藝參數(shù)的控制,能實現(xiàn)生產(chǎn)信息的共享。并逐步建立選煤廠生產(chǎn)管理系統(tǒng),與集團公司的生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)連接,實現(xiàn)生產(chǎn)管理統(tǒng)一調(diào)度。3國內(nèi)4年生產(chǎn)廠家進口無砂混凝土產(chǎn)品集散控制系統(tǒng),既DCS(DistributedControlSystem)問世于1975年,生產(chǎn)廠家主要集中在美、日、德等國。我國從70年代中后期起,首先由大型設(shè)備成套進口中引入國外的DCS,首批有化纖、乙烯、化肥等進口項目。當(dāng)時,我國主要行業(yè)石化、建材的DCS基本全部進口。20世紀80年代初期在引進、消化和吸收的同時,開始了研制國產(chǎn)化DCS的技術(shù)攻關(guān)。3.1壓濾車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)根據(jù)東龐礦選煤廠生產(chǎn)工藝的特點,本系統(tǒng)的控制由3個工藝流程組成,分別是精煤線、中煤線和矸石線,細分到單獨工藝,劃分為跳汰、浮選、壓濾、原煤準備系統(tǒng)、灰分傳報和生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)。此外,選煤廠原有重介選煤系統(tǒng)、選煤機控制系統(tǒng)和加壓過濾機系統(tǒng)經(jīng)過改造也集成到此系統(tǒng)中,建成選煤廠生產(chǎn)管理自動控制系統(tǒng)。建成后的系統(tǒng)將集中控制和顯示跳汰、浮選、壓濾、原煤準備、重介、選煤機、加壓過濾機的生產(chǎn)過程和詳細生產(chǎn)參數(shù),同時運行灰分傳報和生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)。(1)總體方案按工藝流程分精煤線設(shè)備控制,中煤線設(shè)備控制和矸石線設(shè)備控制。(2)按系統(tǒng)構(gòu)成分新建系統(tǒng)和原有系統(tǒng)集成。新建系統(tǒng)包括:生產(chǎn)車間設(shè)備控制和顯示;浮選系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)顯示;壓濾車間設(shè)備運行狀態(tài)顯示及壓濾機生產(chǎn)計數(shù);原煤準備系統(tǒng)設(shè)備控制和顯示;灰分傳報系統(tǒng);生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)。原有系統(tǒng)集成包括:重介車間自動控制系統(tǒng);加壓過濾機自動控制系統(tǒng);選煤廠生產(chǎn)監(jiān)視及工業(yè)電視系統(tǒng)。(3)按系統(tǒng)功能分設(shè)備控制,生產(chǎn)報文處理和遠程信息管理。3.2軟件屬性軟件系統(tǒng)包括2部分即PLC和上位機組態(tài)。3.2.1套教材PLC軟件實現(xiàn)設(shè)備的起停控制,各種現(xiàn)場數(shù)字量和模擬量數(shù)據(jù)的采集,具體如下。(1)現(xiàn)場設(shè)備執(zhí)行信息的收集包括所有參控和參顯設(shè)備的運行信息(設(shè)備是否備妥、是否故障),模擬量的轉(zhuǎn)換等。(2)控制設(shè)備的運行在集控狀態(tài)下設(shè)備按照逆煤流啟車、順煤流的方式起/停車,其它在集控狀態(tài)下的起停設(shè)備也要通過PLC設(shè)備來實現(xiàn)。(3)聯(lián)鎖設(shè)備聯(lián)鎖實線本系統(tǒng)控制方式分為3種:集控方式——所有的操作由控制系統(tǒng)完成,無需現(xiàn)場操作工人干預(yù);就地解鎖聯(lián)鎖方式——按原煤、精煤、中煤線上的設(shè)備聯(lián)鎖運行,其它設(shè)備由現(xiàn)場機旁控制箱人工控制;就地解鎖方式——系統(tǒng)只監(jiān)視設(shè)備的運行狀態(tài),不發(fā)出控制指令。(4)錯誤捕獲此操作捕捉設(shè)備運行過程中出現(xiàn)的故障信息,并判斷是否發(fā)出報警或停車指令。這些信息有急停、電機過熱等報警信號。(5)選擇從系統(tǒng)設(shè)備啟動汽車在生產(chǎn)系統(tǒng)中有一些設(shè)備屬于并行設(shè)備,在起車過程中需預(yù)先選擇要起車的設(shè)備,確定后執(zhí)行下一步的操作。(6)報警信息的處理在集控起車過程中某些設(shè)備出現(xiàn)異常,發(fā)出報警信息時有3種處理方式:停止、暫停和繼續(xù)?？傊?PLC直接面向現(xiàn)場設(shè)備,PLC的軟件也是面對現(xiàn)場控制設(shè)備的最基層軟件。3.2.2組態(tài)模塊的實現(xiàn)上位機軟件是人機交互的渠道,通過上位機軟件實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)視,下達操作指令,分析精煤產(chǎn)品的灰分趨勢等。在系統(tǒng)中上位系統(tǒng)的組態(tài)主要通過WinCC(一種組態(tài)軟件)來完成,在WinCC中組態(tài)好的流程畫面、數(shù)據(jù)報表,報警事件、趨勢報表等可以保存到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中去,并可以在人機界面上顯示出來。本系統(tǒng)的上位機組態(tài)包括組態(tài)工藝流程界面,組態(tài)報警信息與存檔,組態(tài)趨勢圖、設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)參數(shù)與存檔,組態(tài)生產(chǎn)日報、月報等幾方面。3.2.3設(shè)備監(jiān)控狀態(tài)在此控制系統(tǒng)中,操作人員在集控室通過上位機下達操作指令,監(jiān)視設(shè)備運行,精煤產(chǎn)品的灰分趨勢分析,與選煤廠子系統(tǒng)和單機控制系統(tǒng)通訊連接,最終實現(xiàn)所設(shè)備的監(jiān)視和一些主洗設(shè)備的控制。在此控制系統(tǒng)中按工藝流程,系統(tǒng)主要控制以下設(shè)備。(1)原煤運輸設(shè)備。將礦井提升原煤輸送至主洗跳汰機,包括一些皮帶和刮板。對于這些設(shè)備,控制系統(tǒng)監(jiān)視設(shè)備的運行狀態(tài),控制設(shè)備的運行,并且在故障或有其它影響設(shè)備正常運行的情況發(fā)生時,按照順煤流的方向設(shè)備聯(lián)鎖停車。(2)提升設(shè)備、脫水設(shè)備。跳汰機洗出產(chǎn)品含水較大,這些設(shè)備主要用于精煤和中煤的脫水。(3)精煤、中煤產(chǎn)品運輸設(shè)備,同原煤運輸。(4)單機設(shè)備和子系統(tǒng),此控制系統(tǒng)通過PROFIBUSDP(一種通訊協(xié)議)或工業(yè)以太網(wǎng)與其進行通訊,監(jiān)視系統(tǒng)中設(shè)備的運行狀態(tài),但不干預(yù)設(shè)備運行。(5)模擬量顯示。選煤廠的原煤、中煤、精煤倉位以及一些液位的監(jiān)視,原煤、中煤、精煤的煤量監(jiān)視,生產(chǎn)出精煤灰分監(jiān)視及分析。系統(tǒng)的控制策略是:總控制方式分3種,一集控狀態(tài),所有參控設(shè)備的運行為自動控制運行方式;二就地聯(lián)鎖狀態(tài),設(shè)備按照原煤、中煤、精煤3條線聯(lián)鎖運行,不參加聯(lián)鎖的設(shè)備可由操作工人在現(xiàn)場控制;三就地解鎖狀態(tài),一般用于檢修,即設(shè)備的運行完全由現(xiàn)場控制,控制系統(tǒng)不再發(fā)出控制指令,對其實行操作。根據(jù)上述區(qū)分,設(shè)備的起/停車邏輯如圖1、圖2所示。所有設(shè)備的運行在正常狀態(tài)下自動起停。4控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的變化近年來自動化技術(shù)發(fā)展迅速,新的設(shè)備和控制思想不斷出現(xiàn),隨著選煤廠技改項目的進行,這些新技術(shù)也將逐漸應(yīng)用到現(xiàn)場的選煤生產(chǎn)中。由于3C(Computer、Control、Communication)技術(shù)的發(fā)展,過程控制系統(tǒng)將由DCS發(fā)展到FCS(FieldbusControlSystem)。FCS可以將PID控制徹底分散到現(xiàn)場設(shè)備中?；诂F(xiàn)場總線的FCS又是全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的新一代生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng),必將給傳統(tǒng)的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)帶來革命性的變化?，F(xiàn)場儀器儀表技術(shù)在向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化方向發(fā)展,主要表現(xiàn)在:儀器儀表向智能化方向發(fā)展,產(chǎn)生智能儀器儀表;測控設(shè)備的PC化,虛擬儀器技術(shù)將迅速發(fā)展;儀器儀表網(wǎng)絡(luò)化,產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)儀器與遠程測控系統(tǒng)。計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)的結(jié)合,產(chǎn)生了“基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器”的全新概念?；跓o線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器使得工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)能夠通過無線鏈路直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布和共享。無線局域網(wǎng)技術(shù)能夠在工廠環(huán)境下,為各種智能現(xiàn)場設(shè)備、移動機器人以及各種自動化設(shè)備之間的通信提供高帶寬的無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),有效彌補了有線網(wǎng)絡(luò)的不足,進一步完善了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的通信性能。工業(yè)控制軟件正向先進控制方向發(fā)展。工業(yè)控制軟件作為一種應(yīng)用軟件,隨著PC機的興起而不斷發(fā)展。工業(yè)控制軟件主要包括人機界面軟件(HMI),基于PC的控制軟件以及生產(chǎn)管理軟件等。作為工控軟件的重要組成部分,近幾年,在國內(nèi)人機界面組態(tài)軟件研制方面取得了較