智能化选煤厂基于移动终端新型保护试验系统研究

11月

洁净煤技术CleanCoalTechnology

Vol.25Nov．

Supp.12019

智能化选煤厂基于移动终端新型保护试验系统研究

薛红伟粟翠华，（神东洗选中心上湾选煤厂，内蒙古鄂尔多斯

017000）

要：上湾选煤厂建设智能化选煤厂过程中，减少了生产车间的岗位工人数，将原有固定岗位改为

生产现场巡视，人数从原有的每班11人减少至5人，同时缩减了调度员人数，由双岗改为单岗，设备摘

保护对生产系统安全稳定运行的作用更加凸显。为了检查设备保护的完好性和可靠性，确保设备保护在关键时刻的灵敏动作，传统的保护试验方法是由人工定期对设备保护进行全覆盖检查和试验。选煤厂的设备保护种类繁多、数量庞大，而传统的保护试验过程流程繁琐、工作量大且易出现失误，因此急需寻找一种在作业人员数量较少的情况下，提高员工工作效率和效果的保护试验的方式方法。上湾选煤厂技术人员通过研究探索，与专业化信息技术公司共同合作开发了一套基于移动终端的新型保护试验系统。近3个月的保护测试应用实践表明，新型保护测试系统实现了保护试验的自动触发及全过程自动流转、自动判定保护的完好状态、可形成记录报表可随时调用和查询、形成了闭环管理，提高了测试的准确度和工作效率；对单个测试周期内动作过的保护自动判定为完好，并自动从待测保护任务情况中消除、避免了重复劳动；新型保护测试系统设置了多种测试模式，实现了保护的灵活试验。

关键词：设备保护；配置标准；智能化选煤厂；移动终端中图分类号：TD94文献标志码：A文章编号：1006－6772（2019）S1－0073－06

Ｒesearchonintelligentprotectiontestsystembasedonmobileterminal

SUCuihua，XUEHongwei

（ShangwanCoalPreparationPlant，ShendongCoalPreparationCenter，Ordos

017000，China）

Abstract：DuringtheconstructionoftheintelligentcoalpreparationplantinShangwancoalpreparationplant，thenumberofworkersintheproductionworkshopwasreduced，andtheoriginalfixedpostwaschangedtotheproductionsiteinspection．Thenumberofpeoplewerere-ducedfromtheoriginal11to5．Thenumberofdispatcherschangedfromdoublepoststosingleposts．Afterit，theroleofequipmentprotec-tioninthesafeandstableoperationoftheproductionsystemismoreprominent．Inordertochecktheintegrityandreliabilityofequipmentprotectionandensurethesensitiveactionofequipmentprotectionatcriticalmoments，thetraditionalprotectiontestmethodistoperformfullcoverageinspectionandtestofequipmentprotectionbymenonaregularbasis．Theequipmentprotectionofthecoalpreparationplantisnumerous，andthetraditionalprotectiontestprocessiscumbersome，heavyandpronetoerrors．Therefore，itisurgenttofindawaytoim-provetheefficiencyandeffectivenessofemployeesinthecaseofasmallnumberofworkers．Throughresearchandexploration，thetechni-ciansofShangwancoalpreparationplanthavejointlydevelopedanewtypeofprotectiontestsystembasedonmobileterminalswithprofes-sionalinformationtechnologycompanies．Theapplicationpracticeofprotectiontestinrecent3monthsshowsthatthenewprotectiontestsystemrealizestheautomatictriggeringofprotectiontest，theautomaticcirculationofthewholeprocess，theautomaticdeterminationoftheintactstateofprotection，theformationofrecordreportsthatcanbeinvokedandqueryatanytime，theformationofclosedloopmanage-ment，andtheimprovementoftheaccuracyandefficiencyofthetest．Theprotectionthathasbeenoperatedinasingletestcycleisauto-maticallyjudgedtobeintact，anditisautomaticallyeliminatedfromtheprotectiontasktobetestedandrepeatedlaborisavoided．Thenewprotectiontestsystemsetsupavarietyoftestmodesandrealizestheflexibletestofprotection．Keywords：equipmentprotection；configurationstandard；intelligentcoalprepartionplant；mobiletermina

收稿日期：2019－10－19；责任编辑：白娅娜DOI：10．13226/j．issn．1006－6772．19101944

作者简介：粟翠华（1985—），男，湖南怀化人，工程师，从事矿物加工工程及选煤厂生产技术管理工作。E－mail：280475603@qq．comJ］．洁净煤技术，2019，25（S1）：73－78．引用格式：粟翠华，薛红伟．智能化选煤厂基于移动终端新型保护试验系统研究［

SUCuihua，XUEHongwei．Ｒesearchonintelligentprotectiontestsystembasedonmobileterminal［J］．CleanCoalTechnology，2019，25（S1）：73－78．

73

2019年增刊1

洁净煤技术

第25卷

0引言

选煤厂生产系统设备保护种类多、数量大，

为了检查设备保护的完好性和可靠性，确保设备保护在关键时刻的灵敏动作，需由人工定期对设备保护进行全覆盖检查和试验。传统测试方法为启车状态下由岗位工和调度员配合，对设备保护进行逐项屏蔽，再通过手工扳动设备保护装置，人为观察完好情况并填写相关检查记录，存在耗费人力较多、工作量大、记录较多、易失误等问题。上湾选煤厂智能化建设以来，取消了原有的固定岗位工，改为系统巡视工，人数从原有的每班11人减少至5人，同时调度员也更改为单岗作业。急需寻找一种作业人员数量较少条件下，提高员工工作效率的保护试验方法。

1上湾选煤厂概况

上湾选煤厂是一座特大型现代化矿井型选煤厂，位于内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木兰镇，隶属于神东洗选中心，承担上湾煤炭原煤分洗加工任务。自2000年建成后历经3次技术改造，目前商

品煤生产能力已达1500万t/a。其主要选煤工艺为块煤重介浅槽分选，末煤不分选，洗水实现一级闭路循环。产品主要为块精煤和混煤，具有低灰、低硫、中高发热量等特点，是优质清洁的动力煤。选煤厂自2015年开始探索和推进数字化智能化选煤厂的建设，选煤厂智能化建设的本质是利用工业控制的智能化、数字化以及通信技术，通过生产设备的互联互通，基于大数据分析的决策支持，对选煤厂日常生产进行实时性监控，并对生产流程和生产设备进行智能化，以生产流程再造为突破，使传统的管理模式发生变革，达到提质增效的目的，全面提升企业的竞争力。

以MES设备运行及效能管理系统为核心，构建综合自动化监控系统、设备在线监测系统，将设备固定集中控制（传统调度室）改为手持终端移动集中控制，有效整合各生产环节的相关信息，打造管理信息化、生产自动化、设备智能化，集监、管、控一体化

的新型选煤厂运营管理模式

［1－2］

。2选煤厂设备保护配置标准及安装标准

保护是指在系统中检出故障或其他异常情况，

从而使故障切除、终止异常情况或发出信号、指示。

选煤厂目前配置保护的设备种类包括胶带输送机、刮板输送机、破碎机、加压过滤机、离心机、磁选机、振动筛、装车系统等。74

2.1

神东选煤厂设备保护配置标准

胶带输送机的保护种类为失速、防撕裂、急停

（拉绳开关）、跑偏、烟雾报警及超温洒水、堵塞、联锁、逆止装置、电动机综合保护等九大保护，胶带机机尾还应安装防托辊掉落和接煤板保护。给煤机保护种类为72h停机报警、防杂保护绳、电气拉线式保护、联锁及电动机综合保护。刮板输送机保护种类为失速、拉绳、断链及跳链、堵塞、机械保护链、联锁、电动机综合保护等七大保护。振动筛保护种类为堵塞、联锁、电动机综合保护。破碎机保护种类为失速、堵塞、机械保护、观察窗电气保护、联锁、电动机综合保护。离心机保护种类为堵塞、油压。磁选机的保护为失速保护。加压过滤机保护种类为急停、仓门机械和电气保护、主轴失速、仓内超压（安全阀）、刮板机失速、入料泵泵体温度保护、低压风包温度保护、低压风包安全阀机械保护等。装车系统保护种类为急停、泵站油压、油位、油温保护、管道电接点压力传感器、限位（闸板、油缸、溜槽等）、观察窗电气保护、缓冲仓堵塞、旋转溜槽安全销、溜槽防撞、系统联锁、电动机综合保护。

油浸式变压器保护配置包含轻瓦斯报警、超温报警、重瓦斯跳闸、变压器综合保护器。干式变压器保护配置包含温控冷却系统、超温报警跳闸、高阻柜接地、变压器综合保护器。高压配电柜保护配置包含高压综合保护器、五防连锁、过电压保护器。变配电室应包含电气设备接地或接零、烟雾报警。2.2

主要设备保护的安装标准

防撕裂保护的安装标准：胶带机的防撕裂保护

应保证至少2种，方式为挡板式（L板式）、拉线式。

原煤胶带机应每过一个原煤仓安装一组（2道挡板式、1道拉线式）。入选原煤胶带、旁通胶带、转载胶带机每个落料点应安装1组防撕裂保护。10m内有多个落料点的，按照1个落料点算。挡板式防撕裂保护在距落料点5和10m处各安装1道，拉线式防撕裂保护安装在2道挡板式防撕裂保护的中间。挡板的长度要与带面一致，高度距带面15～30mm。堵塞保护的安装标准：安装形式宜为附溜槽重锤式或附溜槽接近开关式。附溜槽的尺寸大小及位置要根据实际情况，必须保证动作灵敏可靠。

跑偏保护的安装标准：长度100m以下的胶带输送机，只在机头、机尾装设1组即可；长度100～250m以内的胶带机应在机头、中部、机尾各装设1组跑偏；长度在250m以上除在机头、中部、机尾各装设1组外，每增加100m，增装1组。特殊情况的酌情考虑增减。跑偏保护的滚杆要垂直带面，滚杆

粟翠华等：智能化选煤厂基于移动终端新型保护试验系统研究内边与托辊边缘在同一平面上。跑偏保护的安装高度要保障重跑偏动作后，带面滑不出滚杆。跑偏保护设置重跑偏和轻跑偏，轻跑偏报警不停车，重跑偏报警并立即停车。

失速保护的安装标准：失速保护应安装在附属转动部位上，严禁安装在主传动部位上。失速保护检测距离应合适，安装位置合理、牢固、可靠。

急停（拉绳）保护的安装标准：胶带机的拉绳保护应每隔100m在行人侧装设一个，非行人侧考虑实际需要增设3条带式输送机共有的输送带走廊，中间的带式输送机走廊两侧均应设置拉绳保护。拉绳保护的钢丝绳应采用护套软钢丝绳，钢丝绳的直径不得小于3mm，保护绳卡每接口处不得少于2个。拉绳保护的钢丝绳敷设高度宜在0．6～1．5m。电机综合保护的安装标准：45kW及以上电机必须安装电机综合保护。电机综合保护器的选型要适当，配线合理正确，安装位置合适。安装时，要将保护器固定在可靠位置。使用电流互感器不可将二次侧开路或接线有松动现象。

烟雾报警及超温洒水的安装标准：要求每个驱动滚筒处安装1个温度传感器，温度传感器应安装在沿驱动滚筒的中部（轴向），

距离滚筒表面100mm位置；烟雾保护应安装在机头驱动滚筒的正上方，距滚筒表面不得超过1m。

逆止装置的安装标准：倾斜胶带机有高速或低速逆止器，不具备条件的，须安装带式逆止装置。

3基于移动终端新型保护试验系统开发

为解决传统保护试验方法繁琐耗时费力的缺点，上湾选煤厂联合专业信息技术人员在原有“智

能化选煤厂”

APP基础上开发一套基于移动终端的新型保护测试系统，用来取代传统测试方法。该系统采用C/S架构（Client/Server）实时读取设备状态后推送给用户。在数据采集层采用Utgardapi实现对rslinx或kpserver中的数据采集，Utgard是一个纯java的opcclientapi，在此基础上编写的opc－client可实现在window、Linux、mac等平台上运行。在数据处理层该系统基于java的Vert．x框架实现APP端到Web端设备状态实时数据的订阅及消息推送。在APP端采用Angular框架与用户交互，该框架支持一套代码使用不同的打包命令实现在移

动端或桌面端程序的安装，

WebWorker和服务端渲染，达到Web平台上所能达到的最高速度。

3.1保护试验系统开发功能要求

通过系统周期性推送保护测试任务到手持

2019年增刊1

APP，岗位工通过手持APP申请保护测试，系统自

动记录测试信息，包括测试人、测试时间、测试设备、测试结果，并将存在异常的保护装置与缺陷管理模块对接。系统将测试记录永久存储到数据库中，并自动按照周期生成测试记录报表。具体要求如下：

1）任务推送和提醒需求。按照生产班轮换时间，每5d一个周期，推送保护测试待办任务，并实时更新任务处理情况；每天推送保护测试报告至手持APP上。如上湾选煤厂本周期保护测试发现问题10个，当前还有50条保护未测试。2）操作需求。在手持终端APP上增加保护测试按钮，岗位工在生产、停机状态下都可对设备发起测试申请（领取任务、生产状态需要屏蔽保护信号）。领取后，要求岗位工在当班时间内必须完成该设备的所有保护测试，系统监测该设备保护信号变化，发生变化则认为保护正常，否则认为保护异常（异常分为故障或未测试状况），对于异常的保护装置，需岗位工确认，并将异常记录发送到缺陷管理模块。

3）报表需求。实时生成报表可查看当前周期和之前周期的保护测试情况，包括总保护数量、已完成数量、未完成数量、存在问题数量及问题详情。4）系统使用人员。生产班岗位工、生产带班主任、厂领导。各类使用人员的权限为：生产班岗位工测试；生产带班主任安排任务，督促和确认；厂领导查看报表，监督。5）其他要求。一般情况下测试安排在中班，由生产带班主任指定专人测试；测试时必须保证设备有电状态，运行和停机状态都可测试；测试前必须在手持终端领取设备测试任务。测试工作必须在1个班内测试完成，超时自动失效；岗位工必须对异常问题进行确认。3.2

系统基本架构

系统架构示意如图1所示。

图1系统架构示意

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设备层需要监测保护装置和保护信号变化。数据层通过OPC接口实时采集tag点变化情况，并将

数据推送给监测服务。监测服务定时从数据库中读取需要监测的tag点，通过数据层获取tag点变化值，并修改数据库中的试验任务，

tag变化时推送消息给手持终端APP。业务层的接口服务要求周期性生成检查任务，为手持APP提供获取待办任务、更改领用状态、更改任务状态等接口服务；消息服务通过该IM发送消息给手持APP；报表服务提供手持终端和PC端报表。

4

基于移动终端新型保护试验系统的应用

4.1

主要内容

新型保护试验系统自动按5d检查周期生成所有设备的保护试验任务并推送给生产车间主任，生产车间主任通过手持终端终端进行安排，岗位工通过手持终端进行任务领取。领取任务后，岗位工在20min内试验设备保护，如保护正常则自动消失；如保护故障则填写故障原因，同时系统会自动创建一条手动缺陷发送至检修票中。对于在本周期内动作过的保护，系统会自动判定该保护完好并将其从列表中消除。

该系统实现了保护的灵活试验，启车状态下可手动屏蔽保护后测试，停车状态设备打试验位置进行测试。保护试验记录在MES系统中自动生成报表，可对试验数据进行筛选和导出，方便管理人员对保护试验时间、试验人、保护完好数量、故障数量等信息进行查看、跟踪和落实考核。4.2

主要特点

1）传统保护测试流程（图2）全部依靠人工完成，存在测试不全面、判断不准确、记录不完善、结果

不可靠等问题。新型保护测试系统（图3）实现了保

护试验的自动触发及全过程自动流转、自动判定保护的完好状态、全流程形成记录报表可随时调用和查询，形成闭环管理，提高了测试准确度和效率。2）新型保护测试系统判定周期内动作过的保护自动的完好性，并自动从待测保护任务情况中消除，避免了重复劳动；对于存在问题的保护可自动生成检修工单，直接推送至检修车间主任的手持终端，督促其进行检查和维修，缩减了流转步骤、降低了员工劳动强度。

3）设置了多种测试模式，实现了保护灵活试验，在启车状态下可手动逐一屏蔽保护后测试（与传统方式相同），

在停车状态下将设备切换到试验状态进行测试。生产车间主任可根据生产、检修及76

图2

传统保护测试流程

人员状况利用碎片时间灵活安排测试任务，在本周

期内完成全部保护的测试即可，极大适应了目前人

员短缺、工作繁重的现状。

4）实现了欠速、跑偏、拉绳、堆煤、断链、烟雾等18种、406个传统保护，以及金属探测仪、超粒度识别、防堵挡板、装车电眼、车速识别等6种、13个新型保护的全面覆盖，并以不同颜色对不同类型保护区别，杜绝了保护测试过程中出现的遗漏现象。4.3经济效益

1）革新了保护试验的管理制度，实现了全厂保护的全面覆盖和定期测试，保证了保护的可靠性，杜绝了因人工测试造成的漏检、误检等问题。每年可减少因保护问题造成的系统故障影响时间约200h，降低电力消耗65．84万元/a。

2）全系统20%的保护可通过系统自动判定进行测试，每个保护试验的时间平均为2min，全系统418个保护，每年可以节省201个工时，降低人工成本1．01万元/a。

直接经济效益约66．85万元/a。

5

新型保护试验系统使用说明

5.1

系统原理

①每一个调班周期（逢5和0）自动生成保护

测试计划并推送到手持待办任务。②上周期未完成的任务将无法处理。③系统后台自动判断保护装置动作情况，只要有动作都认为保护装置正常。④对于没法进行测试可通过观察来确认保护是否完好，设备部件颜色为深蓝色则表示保护完好。⑤如果任务状态显示为红色，可能是该部件通讯发生故障，这时可通过手动确认该保护是否完好。

粟翠华等：智能化选煤厂基于移动终端新型保护试验系统研究2019年增刊1

图3新型保护试验系统测试流程

5.2使用方法“正常”行”中该保护会消失，记录到中。

4）故障保护手动确认

如果某个保护装置手动动作后无信号返回，系统无法获取是否正常，需要手动确认该保护故障，在

图4

系统操作步骤

该系统主要操作步骤如图4所示。

“我的＞＞进行”页面点击保护名称，弹出确认框，可录入故障描述，确认后系统会自动生成一条手动缺陷记录并推送到缺陷管理模块。

5）查看报表

打开MES系统，地址http：//10．224．69．15：10，输入神东业务协同管理用户名和密码。点击查看报表，在设备维修管理菜单下，查看保护试验相关报表。①保护试验故障跟踪表显示保护试验的故障保护装置记录及处理情况，可按日期查询。②保护试验统计报表统计某个时间段内对应每个周期的保护试验情况，包括完成情况、故障情况等。③保护试验台账记录统计了所有保护试验记录内容，可按照时间段、系统、设备、保护类型和状态查询。

77

1）领取任务

①生产车间主任通过手持终端进入“保护试

验”首页，查看所有待安排的任务。点击“待办”可。“已领取”是被领取但还未查看可以领取的任务

测试的所有任务。②领取整个系统的待办任务，或按照设备领取单个设备的任务。

2）查看我的任务

“我的”，“正点击查看已领取还未完成的任务

，“故障”常”是已完成的任务指设备保护存在问题。

3）开始测试

若领取任务后，系统发生保护动作，其可能是测

试人员动作或系统自动动作。如201胶带机跑偏保护动作，系统会认为该保护装置正常，在“我的＞＞进

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洁净煤技术

第25卷

6新型保护试验系统可靠性检验

为了检验新型保护试验系统的可靠性和使用效

率。上湾选煤厂创新工作小组对该系统的原煤及筛

分系统5条胶带机进行了3个周期的单机试验，并

用传统试验方式工作效率进行了全面对比。

首先，选取原煤仓下201、218胶带机以及筛分系统251、

271、272共计5条胶带机按照新型保护试验系统进行测试。为了消除不同岗位工因步行速度、操作熟练程度差异导致的误差，以下测试数据均安排同一岗位工进行。测试时间为表1，测试期间自动测试保护数量为表2。

表1

执行新型保护试验系统测试耗时

序号设备试验消耗时间/min

平均编号

第1周期

第2周期第3周期

时间/min

12011819．017．018．022181616．517．016．532511819．519．519．042711617．016．016．35

272

14

15．5

15．0

14．8合计平均时间

84．6

表2

执行新型保护试验系统自动测试数量

序号设备自动测试保护数量/个

平均编号

第1周期

第2周期第3周期

次数/个

12013232．722183222．332513222．342713232．75

272

2

1

2

1．7平均自动测试累计数量

11．7

同时在相应周期内采用传统测试保护方法进行

对比试验，测试用时见表3，且统计时间未包含填写

保护试验纸质版记录和故障保护上报检修票时间。

表3

执行传统保护测试方法耗时

序号设备试验消耗时间/min

平均编号

第1周期

第2周期第3周期

时间/min

12012929．53029．522182827．52827．832513231．53231．842712829．02828．35

272

26

24．5

25

25．2合计平均时间

142．6

78

对比表1、

3可知，5台胶带机执行新型保护试验系统测试消耗时间比传统测试方法节约58min，工作效率提高了41．7%。不再需要手工填写保护试验记录，且保护存在故障时直接触发一条手动缺陷记录并推送到缺陷管理模块，检修人员根据推送的手动缺陷记录直接对保护进行检查或维修，减少了手工上报检修票至调度员、调度员下发检修票任务到检修车间、检修车间分发检修任务到检修工、检修工反馈保护维修情况等工序，因此保护测试效率提高1倍以上，同时提高了保护测试的准确度。

7结论

1）传统依靠人工测试设备保护存在试验人员

劳动强度大，接近转动部位存在安全隐患等，通过新

型保护试验系统的应用，有效规避了上述安全风险。

2）传统保护测试需要调度员逐台设备进行保护屏蔽后测试，每个保护都需要调度员和岗位工用对讲机进行沟通，工序繁琐且容易出现判断失误、测试不准确、记录不完善、结果不可靠等问题。新型保护测试系统实现了保护试验的自动触发及全过程自动流转、自动判定保护的完好状态、可形成记录报表可随时调用和查询、形成了闭环管理，提高了测试的准确度和工作效率。

3）新型保护测试系统对单个测试周期内动作过的保护自动判定为完好，并自动从待测保护任务情况中消除、避免了重复劳动。对于存在问题的保护可自动生成检修工单并直接推送至检修车间主任手持终端，督促其进行检查和维修，缩减了流转步骤，降低了员工的劳动强度。

4）新型保护测试系统设置了多种测试模式，实现了保护的灵活试验，在启车状态下可手动屏蔽保

护后测试（与传统方式相同），

在停车状态下将设备切换到试验状态测试。生产车间主任可根据生产、

检修及人员状况利用碎片时间灵活安排测试任务，只要在本周期内完成全部保护的测试即可，能缓解运转岗位人员短缺、工作繁重的现状，同时也符合智能化选煤厂“小生产、大检修”的运行管理理念。参考文献：

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动保护与控制［

J］．选煤技术，2011．（6）：45－50．2］胡楠．基于GEMES的智能化选煤厂应用方案［J］．煤矿现代

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