智能启停车控制系统在选煤厂的应用

智能启停车控制系统在选煤厂的应用

赵选  ,王杰

（天津中新智冠信息技术有限公司，天津市 300380）

摘要：针对现有选煤厂煤流系统启停车技术存在启停车时间长、耗电量较大、操作容易出错等问题，提出了一种选煤厂智能启停车控制系统技术方案，该控制方案充分结合PLC控制技术和软件控制技术的优势，可灵活配置启停顺序和条件，启停过程信息及时交互和提醒，减少了启停车过程耗时和电耗，保障了启停车操作的安全性。

关键词：选煤；智能化；启停车；配置；交互；优势；效果

中图分类号：TD： 文献标识码：A

1 选煤厂启停车控制现状

1.1选煤厂启停车控制管理现状

选煤厂是一个具有综合性、生产连续性、设备布局分散的工业化大生产系统,主要包括原煤筛分与破碎、 重介质循环与回收、循环水澄清及复用、煤泥浮选及压滤脱水、产品转载运输等工艺环节。全厂涉及输送机、刮板机、分选机、离心机、水泵、给煤机、振动筛、压滤机、除铁器、旋流器及各类电气设备等十余种设备。日常生产过程中，需要将所有参控设备按一定的逻辑和规则依次启动，从产品仓上分配刮板直到给煤机，达到带煤生产的条件。各环节按时序分段作业, 各自相对独立但又环环相扣、错综复杂,如果储煤筒仓上游任一环节或设备出现故障,可能引发堵压设备、撒煤和跑水等生产事故, 导致子系统甚至整个生产系统全线停产,进而影响选煤厂产品质量和经济效益。

在选煤的过程中，经常需要同时或者是依次启动多台洗煤设备，目前，每台启车的开启均需要通过PLC进行控制，因此在实践中存在如下缺陷：随着启车数量的不断增加，操作的复杂度急剧增加，同时，多台启车之间的协调性很难把握。同时传统的PLC控制停车的流程只能按照设定好的时间顺序停车，无法应对停车过程中遇到的各种问题，停车效率低；而人工停车可以应对停车中的问题，但是需要逐台点击设备，工作量大，所用时间长，易于出错。现阶段传统选煤厂实施启停车存在手动控制闸板、阀门，且需要人工现场操作和确认，过程繁琐且耗时长。目前传统启停车控制存在的问题主要有：

（1）目前启停车过程在上位机逐个设备程控启车，启停车需要与现场人员不断沟通协调，启停车前进行设备、仓储量检查，人员就位确认等工作，整个过程需要与现场人员频繁相互沟通当前状况，过程繁复；

（2）启停车前系统无自检过程，关键设备出现问题，需要等待处理，启车过程中会遇到各种不可提前预知的问题，不能做到问题提前处理，增加整个过程耗时，一键启停车过程容易发生各种故障，最终导致启车过程无法按顺序继续执行，现场的启停控制逻辑基本处于停用的状态；

（3）目前现场系统启车或者停止是按照一台一台手动点启的方式，根据生产系统规模大小不同，一般2.4Mt/a的选煤厂手动启车大概在10~20min不等，手动停车在20~30min不等（停车过程中有拉空浅槽的控制操作，本过程相对比较耗时），导致设备空转时间较长、系统有效生产效率比较低。

基于此提出一种控制精度高的洗煤厂用智能启停控制系统，以解决传统的启停控制流程效率低、启停车时间长等关键技术问题。

2  智能启停车系统的定义及特点

2.1智能启停车系统定义

智能启停是根据选煤工艺、设备特点以及启停车要求，把选煤厂设备按区域、线、包、设备进行划分，按照一定逻辑、分布式按一定步骤先后进行启动或停止，同时系统能够调动相关人员，处理可能出现的问题，让系统能够紧凑的启动或停车，快速的消除障碍，最合理的配置相关启动流程，以减少不必要重复劳动，最合理的安排前后逻辑，实现人员劳动强度低，无效劳动减少，不必要的故障降低，启车或停车时间缩短。整体提高岗位工作效率，缩短启停车耗时。

2.2智能启停车系统的特点

智能启停控制系统对设备启停车过程进行优化，缩短了系统启停车时间，减少设备空转及设备磨损，降低启停车过程电耗，提高调度及岗位人员操作效率为目标，结合选煤厂选煤工艺和设备特点研发了智能启车、停车模块。实现：

（1）灵活设置设备启停车参数和设备启停顺序，从逻辑层面避免启停车过程中出现的卡、堵、压现象；

（2）启车前对系统进行自检，识别影响启车因素，并可进行一键处理；

（3）启停车过程中生产信息、生产任务通过移动终端实时推送相关岗位，实现启停车过程线上协同；

（4）启车系统配置功率限制功能，可避免同一时间启动设备功率过大对变压器造成冲击，在供电安全范围内多系统并行启停车；

（5）报警信息实时推送和呈现，启停车过程中故障自动应对，问题快速处理，如泵不上料、设备故障等判断等；启停进程及故障报警视频联动推送、声光电警示，过程可视监管；

（6）设备启车/停车完成后对所有设备状态进行整体扫描，状态异常设备集中显示、处理；

（7）一键处理功能，启停车可一键恢复生产闭锁、一键恢复设备保护、一键切换带煤频率；

（8）启停过程数据自动记录、在线统计分析。

3 智能启停车系统功能设计

3.1.整体设计思路

采用软件系统与PLC工控系统相结合控制

启停过程的模式，利用软件后台配置启停顺序、延时、条件等，将配置信息下发给PLC工控系统执行具体的启停控制，此种模式融合了软件的灵活性、通用性与PLC程序控制的稳定性的优点，打破了PLC程序触发式启停的传统启停模式。

将选煤厂划分为多个大区，每个大区又划分为不同的区域，每个启车区域下包含多条启车线，启车线按照煤流及洗选系统进行划分，每条启车线下有一个或多个启车包，每个启车包下有一个或多个设备，每条启车线和启车包都可以配置启动延时。

3.2.启车准备阶段的控制

启车准备阶段，主要包括启停车方案选择与启停车自检两部分，主要是为设备启动/停止做准备工作。

3.2.1 启停车方案选择

启停车第一步工作为启停车方案选择，此阶段主要确定启停车设备范围、设备启动/停止关键参数制定等，主要操作内容主要有：

1)启动/停止设备范围确定

为方便操作，启停车方案页面设置常用计划，可在页面直接选择。

常用计划无法满足启停车需求的，可使用自定义启停车方案，岗位人员可以选择本次启停车需要控制的设备，实现系统一键启动或停止。

2)设备保护屏蔽操作

    根据现场实际情况，部分设备启动阶段无法投用部分保护装置，否则将导致设备无法启动。此操作主要解除影响设备启动的保护信号。

3)变频设备频率操作

    用于设置变频设备启动、带煤频率。

4)人工干预设备选择

对于启停车方案内设备可进行人工干预选择，标定人工干预设备将不会启动/停止，只有解除人工干预后方可进行设备的启停控制。

3.2.2 系统自检

系统根据启停车方案对启停车涉及设备控制状态、闭锁状态、阀门状态、故障报警信息、闸板状态、仓位情况、合介桶液位等进行检查，检查过程分为系统自检和人工检查两部分，检查通过后，系统具备启车条件，启车/停车准备工作完成。

系统自检方式为根据启车/停车方案筛选的设备检查信号点是否正确，信号点错误的系统认为自检异常。对于未接入系统的信号点由人工检查任务进行检查处理，人工可对该检查项进行标定。

为保障安全，自检异常结果的处理必须经过人工确认后方可进行，调度员根据现场实际情况确定是否处理该异常结果。无法远程处理的异常情况，将发送人工检查任务进行处理，自检通过后方可进行下一步启车操作。影响设备启动的部分保护将在此阶段人工确认后解除。

岗位工接到人工检查任务后，依据任务要求对现场进行检查，并反馈检查结果；

人工检查任务主要包括以下几项：

1、闸板位置调整；

2、设备试车；

3、故障复位；

4、自检问题处理；

人工检查任务主要处理系统无法自动检查的问题，并反馈检查结果。

3.3.设备启动阶段的控制

设备启动阶段，主要包括启车预警、设备启动两个阶段，此阶段设备按预设条件进行启动，直至方案内设备全部启动完成。设备启动阶段一旦发生启动故障，自动执行应对逻辑，故障排除后在调度员确认后继续执行启车程序。

3.3.1 启车预警

启车预警为设备启动前必要的安全措施，是设备启动的前提条件之一，根据选煤厂现场实际情况预警共计分成两种方式：

设备启动前统一预警

此种方式为在设备启动前统一进行预警，根据设备启动方案确定预警范围，设备启动前统一启动预警范围内预警。

预警启动共计分成三次进行，每次预警鸣响30s，间隔30s后启动下一次鸣响，待三次鸣响结束后，整个预警过程结束。

预警结束有两种方式：

预警按流程执行完成；

预警开始后人工操作结束预警。

以上两种方式均认为预警完成，不做具体区分。

设备启动前预警，直至设备启动完成后预警结束。

此种方式为设备启动前一定时间启动该设备所属预警，直至设备启动成功后预警结束。启车进入预警阶段后根据启动方案确定已经范围，统一启动预警一定时间后即可进行设备启动操作。

3.3.2 启停车进程监控

设备启动/停止阶段，系统按照预设逻辑、步骤先后启动/停止设备，直至启车/停车方案内所有设备启动/停止完成，设备启动/停止阶段完成。设备启动阶段一旦发生启动/停止故障，自动执行应对逻辑，故障排除后在调度员确认后继续执行启车/停车程序。

3.3.3 过程中问题处理及信息交互

设备启动/停止阶段，部分关键提示信息与任务利用弹窗进行强化提示，弹窗类别主要包括：提示类弹窗、确认类弹窗、故障率弹窗，分别采用不同的触发逻辑，通过不同类型的信息提示与推送，提醒操作人员进行问题的处理，保证启停车进程的顺利进行。

3.3.4 启停进程与语音视频联动

在启停车过程中，PC端监控画面可以查看到当前启停车动态信息，同时，智能启停车系统也支持与现场集控大屏相关视频以及现场安装的语音广播系统进行联动。在集控大屏端设计有可视化监控流程图，可以查看启停车进程的同时，当启停到重点设备时，大屏画面会联动推送出本台设备的现场实时监控画面信息，可以联动查看现场设备实际运行情况，更加直观的呈现现场启停车状况；同时通过现场的语音广播系统进行语音播报，当启动/停止现场设备时，对应的广播会播放出提示语音，告知现场人员设备即将启动

/停止，保证设备及人员安全。

3.4.启停车数据统计分析阶段

启停车数据统计分析阶段，此阶段在PC端可直接点击查看，支持查看上次启停车数据与历史启停车分析统计数据，设备启动完成后系统自动跳转至数据统计页面。

启车/停车数据分析功能主要作用为利用启车/停车整个过程产生的数据发挥作用，为决策者提供数据。

数据统计分析主要分为两个部分，分别为本次启停车数据展示与历史数据展示。

4  智能启停车系统的应用效果

4.1.典型案例应用效果

4.1.1.应用单位现状

山西焦煤集团西山煤电斜沟煤矿选煤厂是与矿井配套建设的矿井型选煤厂，设计能力15.0Mt/a。作为大型选煤厂，厂内设备数量多且生产工艺复杂，生产方式灵活。启车时调度员根据生产方式按照逆煤流逐台启动设备，关键设备需要和现场岗位沟通后启动，部分设备需要现场岗位就地启动。停车时待设备处于空载状态，涮桶完成后，依次按照顺煤流停车。目前启停车存在问题主要包括：

（1）部分设备空转时间长；

（2）目前的启停车耗时长，启车大约为40min，停车大约25min；

（3）启停车依赖操作员经验，若操作失误，易出现设备误启误停、设备卡、堵、压等状况；

（4）启停车过程中，调度员和现场岗位需要反复沟通，效率较低。

4.1.2.智能启停车控制系统应用后效果

（1）启停时间大大缩短

斜沟选煤厂启停车依次经历准备车间启停车调试、洗煤车间启停车调试、全系统启停车调试三个阶段。目前智能启车已实现稳定运行，将近200台设备（大功率设备较多，启动延时长）的启车时间整体可压缩在15min内，相比传统启车方式，可以减少25min，有效缩短设备空转时间。

（2）降本增效成果显著

因智能启车时间减少了20分钟，单次启车消耗功率约减少4000kwh，全年可为选煤厂节约用电146万度。同时，减少了设备空转及设备磨损，节省了材料配件费用。智能启车的实现，安全、平稳、快速地完成了从产品仓上配仓刮板到原煤仓下给煤机全流程设备的一键启动工作，提高了生产系统控制水平及稳定性、可靠性，大大减少了启车过程中的人工参与，降低了工人劳动强度，提高了生产效率。

4.2.其它选煤厂应用情况

目前，智能启停车系统已经成功应用于多个选煤厂（斜沟煤矿选煤厂、寺河二号选煤厂、东滩煤矿选煤厂、金鸡滩煤矿选煤厂、乌东煤矿选煤厂），相比传统的启停车方式，启停控制灵活性明显提高，过程耗时大幅降低，控制信息交互感受大幅改善，自动化程度进一步提高。同时避免了设备长时间空转、减轻了设备磨损、降低了电力消耗、摆脱了岗位经验依赖，最终实现选煤厂生产效率的提高。

5结语

启停过程是选煤厂每日生产过程控制的必要环节，通过智能启停车控制系统，基本可以实现洗选系统的安全、高效、便捷的监管与控制，也为选煤厂节能降耗、降低设备维护成本提供有力支持，是实现选煤厂智能化建设的重要环节。

参考文献：

[1]刘建国.基于PLC控制的选煤厂“一键启车”研究,河南科技[J]，2018,7:总645第七期

第 期                                  选   煤   技   术                                   201 年 月 日

[2]王川增.千万吨级选煤厂全流程一键启车的智能化开发与应用,煤炭加工与综合利用[J]，2020,6:1-4

[3]周成军、张新明、陶亚东.选煤厂煤流系统启停车技术优化,工矿自动化[J]，2018,44（1）:95-98                         作者简介：张赵选，1990-，男，本科，中级工程师，从事选煤厂智能化的产品研发设计及管理工作