重介質(zhì)選煤過程自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用實踐

馬 鑫

（大同煤礦集團大地選煤公司塔山選煤廠， 山西 大同 037000）

1 工程概述

同煤集團大地選煤公司塔山選煤廠地處山西省大同市南郊區(qū)境內(nèi)，經(jīng)多次技術(shù)改造，當(dāng)前設(shè)計能力為2 800 萬t/年。當(dāng)前采用0～50 mm 不分級、無壓重介三產(chǎn)品旋流器分選的選煤工藝，關(guān)鍵設(shè)備脫介篩、磁選機為進口設(shè)備，90%的設(shè)備采用了集中控制。

當(dāng)前基于重介質(zhì)選煤工藝分選精度高、原煤適應(yīng)性強的特點，對重介質(zhì)選煤工藝進行了優(yōu)化改造?？紤]到重介質(zhì)選煤工藝的關(guān)鍵參數(shù)的控制情況，必須對重介質(zhì)選煤過程進行自動化控制，從而可以準(zhǔn)確、迅速地檢測懸浮液的密度、液位等關(guān)鍵參數(shù)，并及時進行調(diào)節(jié)，從而有效完成整個選煤過程[1]。

2 重介設(shè)備集中控制技術(shù)與特點分析

2.1 控制原理

塔山選煤廠全集成自動化集中控制系統(tǒng)，主要包括計算機集成控制及綜合自動化系統(tǒng)、計算機綜合信息管理系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)三部分。

重介質(zhì)選煤過程的控制，其改造前的生產(chǎn)過程控制采用模擬盤實現(xiàn)，部分采用集中啟停車控制，對全廠幾百臺設(shè)備實行硬聯(lián)鎖（閉鎖）開車控制，并根據(jù)工藝要求設(shè)置了多個閉鎖控制系統(tǒng)，對全廠的密度、深度、流量料位、液位等工藝參數(shù)實行控制，該過程依靠人工無法達(dá)到最佳的控制效果。自動化集中控制系統(tǒng)采用PLC，實現(xiàn)對動力設(shè)備的集中控制和設(shè)備運轉(zhuǎn)的監(jiān)視、設(shè)備故障自動處理和報警，以及全廠主要工藝參數(shù)的采集、檢測、跟蹤顯示，同時作為主控機實現(xiàn)與重介質(zhì)密度自動控制系統(tǒng)的信號聯(lián)絡(luò)及數(shù)據(jù)傳送[2]。

2.2 構(gòu)成與特點

塔山選煤廠生產(chǎn)集控系統(tǒng)主要由監(jiān)控層、控制層和設(shè)備層組成。第一是監(jiān)控層，由選煤廠的監(jiān)控設(shè)備及監(jiān)控軟件來實現(xiàn)。包括1 臺H3 千兆光交換機、4臺操作員站、GEiFix 監(jiān)控組態(tài)軟件組成。第二是控制層，由選煤廠生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)和工藝參數(shù)閉環(huán)控制系統(tǒng)組成，包括2 套AB 公司羅克韋爾的Logix-5000 可編程控制器做為主站、11 套各車間分站、浮選機單機自動化系統(tǒng)等。第三是設(shè)備層，即現(xiàn)場級儀表、傳感器、執(zhí)行元氣件，包括電子皮帶稱、壓力變送器、密度計、流量計、料位計、自動閥門等儀表。整個系統(tǒng)采用MOXA EDS-G205A-4PoE 全千工業(yè)交換機組成的千兆光纖環(huán)網(wǎng)無縫集成為統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺，實現(xiàn)信息共享，透明化交互傳輸。塔山選煤廠重介質(zhì)選煤過程控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[3]。

圖1 重介質(zhì)選煤過程控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

3 自動控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 懸浮液密度的自動控制技術(shù)

從下頁圖2 可以看到重介質(zhì)懸浮液密度自動控制系統(tǒng)。采用γ 射線密度儀測定從合格介質(zhì)桶流出的重介質(zhì)懸浮液的密度，傳送至密度控制器，與給定值比較，再將控制輸出信號傳輸給執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)重介質(zhì)懸浮液密度過高時，調(diào)整執(zhí)行器2，增加補加水即可降低密度至給定值；當(dāng)重介質(zhì)懸浮液密度過低時，調(diào)整執(zhí)行器1，可分流一部分懸浮液到稀介質(zhì)處理系統(tǒng)磁選回收磁鐵礦，再補加回合格介質(zhì)桶，從而提高重介質(zhì)懸浮液密度；也可直接補加干磁鐵礦粉提高重介質(zhì)懸浮液密度。總而言之，應(yīng)使重介質(zhì)懸浮液的密度維持在穩(wěn)定的給定狀態(tài)，以獲得良好的分選效果[4]。

圖2 重介質(zhì)密度控制系統(tǒng)

3.2 介質(zhì)桶液位的自動控制技術(shù)

合格介質(zhì)桶的液位調(diào)節(jié)（見圖3）主要采用分流以及補加介質(zhì)和水的辦法。超聲波液位計測得液位信號，將液位信號送給調(diào)節(jié)器，自動控制分流閥門，調(diào)節(jié)分流量，使液位穩(wěn)定。當(dāng)液位過低時，發(fā)出報警信號，自動補加水。高密度介質(zhì)補加由密度控制系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。介質(zhì)桶液位自動控制的原理與密度自動控制原理相似。

圖3 合格介質(zhì)桶液位自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)示意圖

3.3 旋流器入口壓力的檢測及自動控制

重介質(zhì)旋流器的入口壓力是旋流器的工作動力來源，必須把旋流器入口壓力控制在合適的范圍內(nèi)。按照塔山選煤廠重介旋流器的入料壓力應(yīng)保持在0.22～0.30 MPa。自動控制原理：在工控機的操作界面設(shè)定旋流器的入口壓力，壓力傳感器不斷采集實際測定值，由工控機與給定值進行比較，并控制合介泵電動機的變頻器或安裝在入料管上的電動閥門的開啟度，使入口壓力趨于穩(wěn)定。

4 重介質(zhì)選煤過程自動控制技術(shù)的特點分析

1）先進性。該自動控制技術(shù)可以完成生產(chǎn)環(huán)節(jié)工藝設(shè)備啟停車、設(shè)備運行狀態(tài)及主要檢測信號監(jiān)視。

2）可靠性。該自動控制技術(shù)的系統(tǒng)在硬件、軟件的配置上相互關(guān)聯(lián)，功能上各自獨立，不僅具有設(shè)備啟停、閉鎖、順序控制功能，而且有數(shù)據(jù)處理及同計算機網(wǎng)絡(luò)連接的功能。

3）高性價比。該自動控制技術(shù)系統(tǒng)在設(shè)計和選型時多做比較分析，使得系統(tǒng)具有高性價比。

4）靈活性。該選煤廠重介質(zhì)選煤自動化控制系統(tǒng)具有調(diào)整靈活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、顯示操作集中等優(yōu)點，加大了生產(chǎn)工藝的靈活性[5]。

5 經(jīng)濟社會效益分析

減少啟停車時間，降低電耗。重介質(zhì)選煤過程自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可根據(jù)選煤車間的實況進行合理的停車程序設(shè)置，提高運行效率，降低設(shè)備電耗。塔山選煤廠生產(chǎn)車間設(shè)備總功率為35 000 kW，按啟停車3 次/d 計算，可節(jié)省時間為20 min/次，1 年按300 個工作日計算，電費按1.15 元/kWh 計算，每年可節(jié)約電費為1 240 萬元。

提高分選精度。重介質(zhì)選煤過程自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)了生產(chǎn)中懸浮液密度控制精度穩(wěn)定在±0.005 g/cm3，黏度控制精度穩(wěn)定在±2%，有效提高了該選煤廠的精煤產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量。

減少事故處理時間。重介質(zhì)選煤過程自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用，保障了選煤過程的穩(wěn)定運行，降低了設(shè)備發(fā)生故障的概率，整個系統(tǒng)設(shè)備的維修量非常小。全面的自動化監(jiān)控及監(jiān)測系統(tǒng)能及時找到故障發(fā)生點，可及時做出正確的維修處理方案?？晒?jié)約事故處理時間為72 h/年，按6 800 t/h 計算，車間可多加工689.6 萬t/年的原煤，增加精煤產(chǎn)量434.44 萬t/年。

減人提效。重介質(zhì)選煤自動化控制系統(tǒng)的投運，可大幅度減少選煤廠車間崗位人員的配置，實現(xiàn)減人提效的目的。

6 結(jié)論

塔山選煤廠重介質(zhì)選煤自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用有效實現(xiàn)了對全廠生產(chǎn)設(shè)備的集中控制，完成對懸浮液的密度、液位等關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測，有效提高了選煤廠的經(jīng)濟效益和安全效益。重介質(zhì)選煤自動化控制系統(tǒng)改造完成后，實現(xiàn)了選煤廠管、監(jiān)、控于一體的建設(shè)目標(biāo)，同時實現(xiàn)了建成數(shù)字高效、引領(lǐng)選煤行業(yè)新水平現(xiàn)代化選煤廠的目標(biāo)。