摘 要：对于一个现代化选煤厂，配备一套技术先进、功能全面、安全可靠的监控系统是提高控制管理水平的重要手段。文章通过大屯选煤厂监控系统应用实例，论述了适合于处理能力为400～60万t/a的大、中、小各类厂型的监控系统的构成及工作原理。
关键词：分布式控制系统 智能I／O网络 故障检测▲
1 前 言
根据我国选煤厂监控系统的状况，国家计委提出“为大型选煤厂配备一套全厂电控设备的可靠性诊断检测与工况参数监控管理系统”，并列为国家“九五”重点科技攻关项目，该项目在江苏省大屯煤电公司选煤厂得以实施，并于1999年2月通过国家煤炭工业局的鉴定。试验结果表明：该系统的实现缩短了启车时间，及时发现事故隐患，保证设备安全运行，对于提高劳动生产率，改善工作条件，增加企业效益起到了重要作用。
2 系统构成及工作原理
大屯煤电公司选煤厂是一座年处理能力为230万t的大型矿区型选煤厂，1982年投产，跳汰—浮选联合流程，主要生产设备约200多台。
2.1 系统功能和特点
（1）采用了大型可编程序控制器、智能I／O局域网络和工业微机组成的三级计算机分布式控制系统，实现了工艺设备的集中控制、辅助设备的监视，使启车时间缩短到2min；
（2）为全厂建立一套参控设备的“禁启记忆监视网”，当发生联锁停车时，通过屏幕可判断故障的原因和地点，缩短了故障查找时间；
（3）具有完善的诊断功能，除对模块I／O点进行“温度超限”和“输入／输出开关故障”的诊断外，并能对输入回路进行开路诊断，对输出回路进行短路、空载和超载的诊断；
（4）利用可编程序控制器对辅助设备进行了直接数字调节，简化了系统硬件，节省了投资；
（5）实现了原煤仓下给煤机的闭环控制，原煤的入选量和配比调节方便、准确，有利于入选原煤的均质化；
（6）对全厂主要工艺参数（煤量、灰分、流量、液位、煤位等）进行采集和处理，加强了科学管理；
（7）用彩色大屏幕代替了模拟盘，动态监视设备的运行和故障状况。
2.2 系统结构
由于选煤厂设备多且分散，电气干扰强，机械振动大，因此在大屯选煤厂采用了以高可靠性的美国GE公司系列六加强型大型可编程序控制器为基础的三级计算机分布式控制系统。系统硬件结构如图1所示。主控制级由设在调度室的系列六加（Series Six Plus）PLC构成；车间控制级由设在各个配电点的GE智能I／O（Genius I/O）网络所构成，与主控制级串行通讯，波特率153.6kB；上位管理级设两台上位机，一台用于图像系统，另一台用于集控操作和打印生产日报表等。
图1 大屯选煤厂监控系统硬件连接图
2.2.1 主机Series Six Plus存储器64k（16位），寄存器16k（16位），I／O点各16k。本系统中采用了两个总线控制器，连接两个智能I／O局域网。第一个网络连接主厂房的32PD中跳汰系统的参控设备和21PD、20PD原煤预处理系统的参控设备，电缆全长400m，连接智能设备26台。第二个网络连接主厂房的32PD中浮选系统的参控设备和71PD产品装仓运输系统的参控设备，电缆全长450m，连接智能设备17台。通讯线采用BELDEN9182型屏蔽双绞线，阻抗150，采用153.6k波特率。穿过Φ13.32mm（4′）或Φ19.98mm（6′）网管敷设。
2.2.2 各控制站设主机柜、仪表柜和输出继电器柜。每个智能I／O模块（Genius I/O Block）独立封装，放在设备附近，省去了常规系统的扩展箱、电源模块、发送器／接收器模块等，省去了大量电缆敷设和施工费用。系统中各模块同时工作，通过控制程序对外部事件及时响应和处理，比非智能的PLC系统大大缩短了系统响应时间。
国家“九五”重点科技攻关项目，编号：95-215-01-05-03
2.2.3 管理操作级设2台工业级微机，586 IBM兼容，1台接有21″ 1280×1024彩色监视器，代替传统的模拟盘显示全厂设备运行状态、事故及禁启状态、工艺参数值等；另一台主要代替传统的操作台用于系统的操作。
2.3 软件由三部分组成：①在PLC中利用Logicmaster 6系统软件开发了用户“继电器梯形图”程序，包括集中控制、数字调节、数据采集等；②图像系统上位机操作系统为MS—DOS V6.22，利用IC2X图形软件开发了十几幅图像与通讯。用变色、闪烁、旋转、按容器形状的填充、实时数字、趋势曲线等功能显示设备的运行状态和禁启情况、工艺参数的变化、调节设备过程值与给定值的接近程度等；③集控操作上位机操作系统为MS—DOS V6.22，利用C语言开发了用户程序，包括设备选择与转换，发出启／停车等指令，PID调节器给定值，存储历史数据，打印生产日报表等。
3 系统功能的实现
整个监控系统由四部分组成：集中控制、数字调节、数据采集和原煤配煤。
3.1 集控系统除启车预告、顺序启／停车、暂停顺序启／停车、故障联锁停车、紧急停车等常规功能外，还建立了一套覆盖全厂电控设备的禁启监视网。如图2所示，在各设备的就地停车按钮TA上引出一条线接到继电器J，继电器接点接入模块，当某个岗位按下此按钮而引起联锁停车时，调度人员通过监视器的“禁启图像”和“闭锁图像”可迅速判断出此次停车是由哪台设备引起，并且知道是电气故障还是其它原因。
图2 禁启示意图
3.2 对于过程参数允许在一定范围内变化且精度要求不很高的场合，采用直接数字调节是既经济又可靠的。系统中对定压水箱液位、跳汰用水流量、缓冲池出水阀门和过滤机入料阀门等11台辅助设备进行了数字调节。为每台设备编一段程序，模拟PID调节器的功能，程序逻辑如图3所示。
图3 数字调节程序逻辑图
LG—闭锁逻辑；PV—过程值；A／B—调节上／下限；A—逻辑与；T—延时；VCO-OFF／ON—阀门开度减小／增大逻辑
3.3 大屯选煤厂将徐庄和姚桥两个矿的原煤分别装入东、西2个原煤仓。2种煤质不同，为保证产品质量稳定，须对两仓的瞬时给煤量进行分配。系统中采用英国欧陆815调节器（EUROTHERM）对原煤仓下16台电振给煤机的给煤量进行自动调节。原理图见图4。PID调节器的给定值由计算机远程给定。入选总煤量和两仓配比也由计算机输入，总煤量可从200t/h到550t/h选择，两仓配比可以是0∶10，1∶9，2∶8，…9∶1，10∶0共11种选择。现场调试采用“临界振荡法”，精度3％。调节曲线和各仓煤量的实时数字和柱状图等在调度室计算机屏幕上显示。
图4 原煤配煤自动控制原理框图
3.4 系统对原煤及产品煤量、煤位、水池液位、矿浆流量、风包压力、精煤灰分等20多个主要工艺参数进行了采集、处理，测量误差为：煤量0.5％，煤位0.5％，液位0.2％，灰分0.5％。采样速率约10次/s，图像更新速率每秒1次或2次。
4 工业性试验结果
该系统1998年8月正式投入运行，至今已1.5年多。全天24h连续运转，未出现任何故障现象。为了简化系统便于维护，目前大屯选煤厂已将设备的就地操作全部拆除。由此可见监控系统的可靠程度，正是由于硬件的性能稳定和软件的逻辑严谨，保证了选煤厂生产的良好运行。启车时间由以前的十几min减少到2min左右，增加了有效选煤时间，降低了电耗。由于完善的故障检测系统，一旦发生故障联锁停车，调度人员在几秒之内即可找到故障地点和原因，缩短了故障查找时间，提高了生产效率。
5 结 语
实践证明，该系统使用效果良好，技术先进，设计合理，操作简便，使选煤自动化提高到新水平，受到生产调度人员和操作工人的欢迎，为生产现场带来了明显的社会和经济效益，具有良好的推广前景。
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