开滦集团钱家营矿选煤厂集控系统自动化解决方案

开滦(集团)有限责任公司钱家营矿业分公司是国家“七五”重点建设项目之一，1978年开工建设，1988年12月 建成投产，设计年生产原煤400万吨，并有一座与之相配 套的选煤厂，是我国自行设计与施工建设的一座特大型现 代化矿井，现有员工6395人，固定资产10.89亿元。

公司位于河北省唐山市丰南区境内，自备铁路和京山线相连，与秦皇岛港、京唐港、塘沽港三个港口的公路距离均 在一百公里左右，有三条高速公路和若干国道省道相通, 地理位置优越，路运、水运十分便利。

钱矿公司井田总面积81平方公里，有6个可采煤层，其中5、7、9、12煤层为主采煤层，可采煤量6.38亿吨。煤种 具有低灰、低硫、高发热量等特点，是理想的动力用煤和 炼焦配煤。矿井采用竖井、阶段石门、集中大巷开拓方式, 综合机械化采煤，采掘机械化程度100%。

投产以来，钱矿公司以建设高产高效矿井为主线，大力实 施科技兴矿战略，投资6亿多元先后完成了主井自动化改 造、电液控自移支架等新型设备，实施了岩巷中深中孔光 爆、煤巷全锚网支护、皮带集控等21项新工艺、新技术, 基本形成了生产系统现代化、关键部位自动化、安全监测 网络化的格局，使矿井产量、劳动效率和经济效益同步大 幅度提升。1998年建成了行业级“双高”矿井，2000年建 成行业特级“双高”矿井。随着企业发展，钱矿公司先后 荣获现代化矿井、特级质量标准化矿井、省级标兵企业、煤 炭企业现场管理先进单位、省级重合同守信用单位、省级 园林式单位和全国文明煤矿、全国“双十佳”煤矿等称号, 获得国家、省市级以上科技成果多项，全国QC一等奖2项。

多年来，公司以高质量、多品种为手段，大力开发煤炭市场，形成了精煤和动力煤两大系列8个品种的多元化产品 结构，并通过了ISO9001质量体系认证，增强了市场竞争 力，产品畅销东北、华北、江浙、上海、广州等地，并实 现了精煤出口。

选煤厂集控系统组成

选煤厂集控系统工程分为计算机信息管理系统、全厂设备 集中控制系统、单机自动化/闭环控制系统、检测/计量设 备4部分。

全厂总体网络设计为3层网络结构，如下图所示。

上层为公司网络，作为信息层，选煤厂计算机信息管理系 统定位为钱家营矿业分公司管理信息系统的一个组成部 分。中间层是控制层，由全厂生产集中控制系统和工艺参 数闭环控制系统组成。

作为全厂生产集中控制系统和工艺参数闭环控制系统人机界面的监控计算机，采用了工业等级的计算机并通过百兆 以太网上联全厂信息管理系统。最底层通过10兆以太网下 连PLC，与密度自动控制、浮选自动加药、原煤、主洗、浮 选、上仓、装车、及其它辅助生产系统的PLC站构成车间设备层网络；该层采用了当今国际上应用最为广泛的PROFIBUS总线技术。

全厂监控系统

全厂监控系统全部由德国SIEMENS公司的S7系列PLC主 机组成。

钱家营矿选煤厂集控系统总的规模大(全部建成后PLC总的I/O点数约7000～8000点)，且属于系统项目，要保证生产 的正常进行，需分步实施系统。为降低系统风险，确保在 不影响正常生产的情况下实施分步系统，该项目采用分散 型控制系统结构构建了钱家营矿选煤监控系统。PLC监控 系统的网络结构见下图。

全厂集控(含闭环)系统设置下列PLC站：

· 原煤系统PLC站：主机设在1RS，在2RS、74V及仓上配 电室设I/O站
· I系统PLC站：设在3RS3
· II系统PLC站：设在3RS2
· 浮选系统PLC站：设在3RS1
· 主、再洗重介密度控制系统PLC站
· 浮选调节系统PLC站
· 压滤(含浓缩、事故沉淀池、清水泵房、油库)系统PLC站：设在5RS。
· 精、中煤仓(含矸石仓、装车站)PLC站。

上述PLC站、上位监控系统的2台计算机监控管理站、数 据采集站都通过环型光纤以太网通信，构成控制层网络。该 层网络共配置9台交换机，为提高系统的性能及可靠性, 控制层网络采用环型光纤以太网。现场层则采用PROFI- BUS总线。该总线系统由传输技术(RS485、RS485-IS、光 纤、MBP, MBP-IS、MBP-LP等)、通讯技术协议、通用 行规和专用行规组成。由于PROFIBUS拥有统一的通信协 议，并在此基础上发展了不同的通用应用行规和专用应用 行规,使得PROFIBUS可以广泛地应用煤矿业各个工艺段 的现场设备层。

－I系统PLC站
I系统PLC站设在3RS3配电室，负责对3RS3所辖的参控 设备的监控及相关信号的监测。PLC主机选用S7-300系 列的CPU 315-2DP。本PLC站共配置5面PLC控制柜。

－II系统PLC站
II系统PLC站设在3RS2配电室，负责对3RS2所辖的参控 设备的监控及相关信号的监测。PLC主机选用S7-400系 列的CPU 414-2。本PLC站共配置8面PLC控制柜。

－浮选系统PLC站
浮选系统PLC站设在3RS1配电室，负责对3RS1所辖的参 控设备的监控及相关信号的监测。PLC主机选用S7-300 系列的CPU 315-2DP。本PLC站配置4面PLC控制柜。

－压滤(含事故沉淀池、清水泵房、油库)系统PLC站 压滤系统PLC主机(CPU)站设在5RS配电室，负责对压 滤、浓缩、事故沉淀池、清水泵房及油库系统参控设备 的监控及相关信号的监测，在各相关系统配电室设置I/O 控制柜。PLC主机选用S7-300系列的CPU 315-2DP。压 滤系统PLC站共配置7面PLC控制柜。

－精、中煤仓(含矸石仓、装车站)系统PLC站 本站的PLC主机(CPU)站设在78RS配电室，负责对精中 煤仓、矸石仓及装车站系统参控设备的监控及相关信号 的监测，在各相关系统配电室设置I/O控制柜。PLC主机 选用S7-300系列的CPU 315-2DP。本PLC站配置5面PLC 控制柜。

密度自动控制系统

原密度自动控制系统自成一个独立的子系统(S7-400系列, 其PLC主机配置一块以太网通讯模块)，该子系统接入控制 层环网。

浮选药剂自控系统

浮选系统采用西门子S7400PLC构成药剂自控系统，本工 程提供一块S7400以太网通讯模块、一台以太网交换机, 将药剂自控系统作为子系统接入控制层环网。联网后，可 通过集控室的上位机对浮选药剂自控系统进行参量设定和 系统控制。

检测对象和控制对象

包括过滤机液位；精、中矿箱液位；主轴转速(变频器输 出)；给料阀门的开度；过滤机真空度等和过滤机给料阀 门开度；过滤机电机(变频器)速度等。

压滤机单机自控系统

新增的4台压滤机系统实行单机自控，系统的3台压滤机单 机自控，其运行状况接入压滤系统PLC站，实现对压滤机 的监控。

检测/计量设备

液位计：连续测量液位计选用西门子公司的The Probe,2W，NIS型一体化超声波液位计，测量范围0～5米，共 配置14台。

高低液位测量选用西门子公司的ULS200，24V超声波液 位开关，可输出2个继电器接点指示高低液位，动作调节 范围0～5米，共配置20台。

仓位计：仓位测量选用西门子公司的AiRanger系列超声波料位计，具体配置如下：精煤仓、中煤仓各配置2点仪表AiRanger DPL Plus一台、XPS30P探头2只(每个煤仓1只),最大量程为30米；矸石仓配置单点仪表AiRanger SPL Plus一台，最大量程为30米。

油流量计：油流量计选用西门子公司7ME3001-1ED03型 超声波管道流量计，共配置2台。

其它：皮带秤、测灰仪、拉绳开关、皮带欠速开关、跑偏 开关、堵塞开关、压滤机负压传感器、电流变换器、速度 变换器、电量变送器等、电机综合保护器、温度传感器等

采用西门子自动化系统所带来的好处：

该系统通过PLC及通讯网络不仅可方便地采集现场设备的 开/停、故障状态、变频器输出频率、电机电流、煤仓煤 位、液位、流量、介质密度等实时数据，统计主要设备运 行时间和故障状态，同时显示在工控机大屏幕上，还可以 利用这些实时数据参与系统控制，通过网络将这些数据发往 更高级管理层作为安排设备检修以及有关生产任务的参考。

由于全部采用西门子公司的控制系统部件及统一的编程组态软件，块煤重介质密度自动调节系统及旋流器密度自动 控制系统纳入全厂集控网络后，不但可在集控室实现对该 子系统的监视，还可使用同一套软件实现对该子系统的编 程、调试和控制任务，不但降低了购买备品备件的费用, 而且在人员培训、工程调试、设备运行和维护上大大降低 了相关费用。