開灤集團錢家營礦選煤廠集控系統自動化解決方案

開灤(集團)有限責任公司錢家營礦業分公司是國家“七五”重點建設項目之一，1978年開工建設，1988年12月 建成投產，設計年生產原煤400萬噸，并有一座與之相配 套的選煤廠，是我國自行設計與施工建設的一座特大型現 代化礦井，現有員工6395人，固定資產10.89億元。

公司位于河北省唐山市豐南區境內，自備鐵路和京山線相連，與秦皇島港、京唐港、塘沽港三個港口的公路距離均 在一百公里左右，有三條高速公路和若干國道省道相通, 地理位置優越，路運、水運十分便利。

錢礦公司井田總面積81平方公里，有6個可采煤層，其中5、7、9、12煤層為主采煤層，可采煤量6.38億噸。煤種 具有低灰、低硫、高發熱量等特點，是理想的動力用煤和 煉焦配煤。礦井采用豎井、階段石門、集中大巷開拓方式, 綜合機械化采煤，采掘機械化程度100%。

投產以來，錢礦公司以建設高產高效礦井為主線，大力實 施科技興礦戰略，投資6億多元先后完成了主井自動化改 造、電液控自移支架等新型設備，實施了巖巷中深中孔光 爆、煤巷全錨網支護、皮帶集控等21項新工藝、新技術, 基本形成了生產系統現代化、關鍵部位自動化、安全監測 網絡化的格局，使礦井產量、勞動效率和經濟效益同步大 幅度提升。1998年建成了行業級“雙高”礦井，2000年建 成行業特級“雙高”礦井。隨著企業發展，錢礦公司先后 榮獲現代化礦井、特級質量標準化礦井、省級標兵企業、煤 炭企業現場管理先進單位、省級重合同守信用單位、省級 園林式單位和全國文明煤礦、全國“雙十佳”煤礦等稱號, 獲得國家、省市級以上科技成果多項，全國QC一等獎2項。

多年來，公司以高質量、多品種為手段，大力開發煤炭市場，形成了精煤和動力煤兩大系列8個品種的多元化產品 結構，并通過了ISO9001質量體系認證，增強了市場競爭 力，產品暢銷東北、華北、江浙、上海、廣州等地，并實 現了精煤出口。

選煤廠集控系統組成

選煤廠集控系統工程分為計算機信息管理系統、全廠設備 集中控制系統、單機自動化/閉環控制系統、檢測/計量設 備4部分。

全廠總體網絡設計為3層網絡結構，如下圖所示。

上層為公司網絡，作為信息層，選煤廠計算機信息管理系 統定位為錢家營礦業分公司管理信息系統的一個組成部 分。中間層是控制層，由全廠生產集中控制系統和工藝參 數閉環控制系統組成。

作為全廠生產集中控制系統和工藝參數閉環控制系統人機界面的監控計算機，采用了工業等級的計算機并通過百兆 以太網上聯全廠信息管理系統。最底層通過10兆以太網下 連PLC，與密度自動控制、浮選自動加藥、原煤、主洗、浮 選、上倉、裝車、及其它輔助生產系統的PLC站構成車間設備層網絡；該層采用了當今國際上應用最為廣泛的PROFIBUS總線技術。

全廠監控系統

全廠監控系統全部由德國SIEMENS公司的S7系列PLC主 機組成。

錢家營礦選煤廠集控系統總的規模大(全部建成后PLC總的I/O點數約7000～8000點)，且屬于系統項目，要保證生產 的正常進行，需分步實施系統。為降低系統風險，確保在 不影響正常生產的情況下實施分步系統，該項目采用分散 型控制系統結構構建了錢家營礦選煤監控系統。PLC監控 系統的網絡結構見下圖。

全廠集控(含閉環)系統設置下列PLC站：

· 原煤系統PLC站：主機設在1RS，在2RS、74V及倉上配 電室設I/O站
· I系統PLC站：設在3RS3
· II系統PLC站：設在3RS2
· 浮選系統PLC站：設在3RS1
· 主、再洗重介密度控制系統PLC站
· 浮選調節系統PLC站
· 壓濾(含濃縮、事故沉淀池、清水泵房、油庫)系統PLC站：設在5RS。
· 精、中煤倉(含矸石倉、裝車站)PLC站。

上述PLC站、上位監控系統的2臺計算機監控管理站、數 據采集站都通過環型光纖以太網通信，構成控制層網絡。該 層網絡共配置9臺交換機，為提高系統的性能及可靠性, 控制層網絡采用環型光纖以太網。現場層則采用PROFI- BUS總線。該總線系統由傳輸技術(RS485、RS485-IS、光 纖、MBP, MBP-IS、MBP-LP等)、通訊技術協議、通用 行規和專用行規組成。由于PROFIBUS擁有統一的通信協 議，并在此基礎上發展了不同的通用應用行規和專用應用 行規,使得PROFIBUS可以廣泛地應用煤礦業各個工藝段 的現場設備層。

－I系統PLC站
I系統PLC站設在3RS3配電室，負責對3RS3所轄的參控 設備的監控及相關信號的監測。PLC主機選用S7-300系 列的CPU 315-2DP。本PLC站共配置5面PLC控制柜。

－II系統PLC站
II系統PLC站設在3RS2配電室，負責對3RS2所轄的參控 設備的監控及相關信號的監測。PLC主機選用S7-400系 列的CPU 414-2。本PLC站共配置8面PLC控制柜。

－浮選系統PLC站
浮選系統PLC站設在3RS1配電室，負責對3RS1所轄的參 控設備的監控及相關信號的監測。PLC主機選用S7-300 系列的CPU 315-2DP。本PLC站配置4面PLC控制柜。

－壓濾(含事故沉淀池、清水泵房、油庫)系統PLC站 壓濾系統PLC主機(CPU)站設在5RS配電室，負責對壓 濾、濃縮、事故沉淀池、清水泵房及油庫系統參控設備 的監控及相關信號的監測，在各相關系統配電室設置I/O 控制柜。PLC主機選用S7-300系列的CPU 315-2DP。壓 濾系統PLC站共配置7面PLC控制柜。

－精、中煤倉(含矸石倉、裝車站)系統PLC站 本站的PLC主機(CPU)站設在78RS配電室，負責對精中 煤倉、矸石倉及裝車站系統參控設備的監控及相關信號 的監測，在各相關系統配電室設置I/O控制柜。PLC主機 選用S7-300系列的CPU 315-2DP。本PLC站配置5面PLC 控制柜。

密度自動控制系統

原密度自動控制系統自成一個獨立的子系統(S7-400系列, 其PLC主機配置一塊以太網通訊模塊)，該子系統接入控制 層環網。

浮選藥劑自控系統

浮選系統采用西門子S7400PLC構成藥劑自控系統，本工 程提供一塊S7400以太網通訊模塊、一臺以太網交換機, 將藥劑自控系統作為子系統接入控制層環網。聯網后，可 通過集控室的上位機對浮選藥劑自控系統進行參量設定和 系統控制。

檢測對象和控制對象

包括過濾機液位；精、中礦箱液位；主軸轉速(變頻器輸 出)；給料閥門的開度；過濾機真空度等和過濾機給料閥 門開度；過濾機電機(變頻器)速度等。

壓濾機單機自控系統

新增的4臺壓濾機系統實行單機自控，系統的3臺壓濾機單 機自控，其運行狀況接入壓濾系統PLC站，實現對壓濾機 的監控。

檢測/計量設備

液位計：連續測量液位計選用西門子公司的The Probe,2W，NIS型一體化超聲波液位計，測量范圍0～5米，共 配置14臺。

高低液位測量選用西門子公司的ULS200，24V超聲波液 位開關，可輸出2個繼電器接點指示高低液位，動作調節 范圍0～5米，共配置20臺。

倉位計：倉位測量選用西門子公司的AiRanger系列超聲波料位計，具體配置如下：精煤倉、中煤倉各配置2點儀表AiRanger DPL Plus一臺、XPS30P探頭2只(每個煤倉1只),最大量程為30米；矸石倉配置單點儀表AiRanger SPL Plus一臺，最大量程為30米。

油流量計：油流量計選用西門子公司7ME3001-1ED03型 超聲波管道流量計，共配置2臺。

其它：皮帶秤、測灰儀、拉繩開關、皮帶欠速開關、跑偏 開關、堵塞開關、壓濾機負壓傳感器、電流變換器、速度 變換器、電量變送器等、電機綜合保護器、溫度傳感器等

采用西門子自動化系統所帶來的好處：

該系統通過PLC及通訊網絡不僅可方便地采集現場設備的 開/停、故障狀態、變頻器輸出頻率、電機電流、煤倉煤 位、液位、流量、介質密度等實時數據，統計主要設備運 行時間和故障狀態，同時顯示在工控機大屏幕上，還可以 利用這些實時數據參與系統控制，通過網絡將這些數據發往 更高級管理層作為安排設備檢修以及有關生產任務的參考。

由于全部采用西門子公司的控制系統部件及統一的編程組態軟件，塊煤重介質密度自動調節系統及旋流器密度自動 控制系統納入全廠集控網絡后，不但可在集控室實現對該 子系統的監視，還可使用同一套軟件實現對該子系統的編 程、調試和控制任務，不但降低了購買備品備件的費用, 而且在人員培訓、工程調試、設備運行和維護上大大降低 了相關費用。