馬蘭礦選煤廠浮選自動控制系統(tǒng)的技術改造

孫愛軍

（西山煤電集團有限責任公司， 山西 太原 030053）

引言

馬蘭礦選煤廠設計入洗能力為400 萬t/年，入洗原煤來自馬蘭礦，為優(yōu)質肥煤，現(xiàn)工藝流程為無壓三產(chǎn)品重介—浮選聯(lián)合流程。在實際運行過程中，由于浮選過程中的加藥量及浮選指標控制較難，使選煤廠產(chǎn)品質量難以保證，所以提升浮選效果保證選煤質量成為洗煤工藝研究的重要課題。本文在分析馬蘭礦選煤廠浮選工藝的基礎上，設計了浮選自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動控制，為選煤廠浮選控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造提供了參考[1]。

1 浮選工藝流程

浮選的物料來源于脫泥篩的篩下物經(jīng)過泵打入1 m 旋流器，溢流進入緩存?zhèn)}再經(jīng)過泵打入水力旋流器后溢流進入精煤桶，再通過給料泵進入浮選礦漿準備器分選后進入浮選機。浮選的物料一般來源于三個部分：一部分為分級旋流器溢流的煤泥水，第二部分為末精煤泥弧形篩過濾的煤泥水，最后一部分為精煤泥高頻篩過濾的煤泥水。

具體的浮選工藝流程為：浮選的入料匯聚至緩沖池，在通過緩沖池泵輸送至緩沖池來保證來料均勻，通過調節(jié)液動閘板門分別進入帶有霧化盤的礦漿預處理器分選，最后進入浮選機進行浮選，得到尾礦和精礦，精礦進入精礦池，尾礦進入濃縮機，最后進入脫水設備進行脫水。

選定浮選工藝可以較好地減少浮選中間環(huán)節(jié)，降低運行過程中可能出現(xiàn)的故障幾率，實現(xiàn)自動化，同時浮選的入料方式選定為泵給入緩沖槽，再進入帶有霧化盤的礦漿準備器，使得礦漿充分融合，由于浮選機氣泡的存在形成一層泡沫層，便于分選。為了進一步加強分選效果，在運行過程中加入捕收劑和起泡器，提升浮選效果。

2 浮選控制系統(tǒng)的設計

目前，我國的浮選控制系統(tǒng)種類眾多，各系統(tǒng)間呈現(xiàn)分散的特點，浮選沒有整體的系統(tǒng)，造成浮選工藝復雜。浮選的整個過程各項工作較為依賴人工，造成浮選的精度不高。馬蘭礦選煤廠浮選控制系統(tǒng)設計方案結構示意圖如圖1 所示。

圖1 馬蘭選煤廠浮選控制系統(tǒng)的結構示意圖

由圖1 可以看出，浮選控制系統(tǒng)工作流程可以分為：通過安裝傳感器將浮選入料濃度、入料量等參數(shù)信息進行收集通過PLC 傳輸至系統(tǒng)的上位機，上位機通過分析料灰及精煤的參數(shù)，初步得到預測的加藥量。上位機將傳感器采集到的物料信息進行匯總，利用自帶的MATLAB 軟件對數(shù)據(jù)進行相應的整理，得到尾礦的灰分曲線。此時通過MATLAB 軟件分析的灰分信息對初步預測加藥量進行修正，得到計算加藥量，通過PLC 將加藥量信息進行傳輸，達到精準加藥的目的[2]。

浮選的入料濃度、入料的灰分及流量等是影響浮選的重要因素，浮選的控制策略采用前饋—反饋控制，入料的礦漿為控制目標，系統(tǒng)浮選過程中的捕捉劑量和起泡劑量為給定量，精煤灰的灰分輸出量、入料礦漿流量等為變量，以此達到浮選精準控制。

3 浮選控制系統(tǒng)的硬件選型

浮選控制系統(tǒng)穩(wěn)定的運行需要具備良好的硬件，考慮到選煤廠工作環(huán)境惡劣，所以在選定硬件時需要具備較好的抗干擾能力，本文浮選控制系統(tǒng)的硬件設備如圖2 所示。

圖2 選控制系統(tǒng)的硬件設備圖

在對入料口粗泥水濃度進行檢測時，為保障測量數(shù)據(jù)的準確需要選定接觸式傳感器，其工程量程為0～300 g/L，一般來說傳感器的靈敏度越高，采集的信號越準確，但考慮到外部噪音對于傳感器靈敏度的干擾影響，所以選定高信噪比的傳感器，本文選定CUM223 濃度傳感器。

對PLC 控制器和控制單元進行設計，選定S7-300PLC 作為下位機，S7-300PLC 具備有抗干擾能力強、兼容性高等優(yōu)勢，通過與現(xiàn)場設備及傳感器等進行監(jiān)測，對工作狀態(tài)下的各項參數(shù)進行檢測、邏輯分析及故障報警，通過組態(tài)軟件實現(xiàn)圖元組態(tài)、可視化圖表組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)。PLC 系統(tǒng)由多個模塊組合而成，主要模塊包括CPU 模塊、電源模塊、模擬量輸出輸入模塊、通訊模塊等，每個模塊的硬件配置如表1 所示。

表1 PLC 模塊的硬件配置

4 浮選控制系統(tǒng)的軟件設計

浮現(xiàn)控制系統(tǒng)的軟件設計包括如下幾個步驟：建立工程目錄，存放相關文件；添加硬件設備及使用過程中的變量因素，如I/O 變量和內存變量；設計圖像畫面和繪制監(jiān)控畫面對工作進行動態(tài)監(jiān)控；編輯程序，完成上機位操作的控制語言；對系統(tǒng)報警和歷史數(shù)據(jù)及用戶進行調試；對上述過程進行保存，對所有程序進行檢查，投入使用[3]。

選用工業(yè)控制計算機為系統(tǒng)的上機位，與組態(tài)軟件進行結合，對系統(tǒng)運行進行控制。上機位對運行過程中的模擬量進行監(jiān)控，并給出變化趨勢，定期對數(shù)據(jù)進行分析對比。選定上位機后選定STEP7 進行編程，對系統(tǒng)的變量轉換、傳感器數(shù)據(jù)采集、動態(tài)設備控制、電機信號采集等進行編程，同時對PLC 控制器參數(shù)硬件的組態(tài)等進行設置。

完成軟件設計后對浮選系統(tǒng)的人機交互界面進行設置，選用Wince 組態(tài)軟件進行上位機監(jiān)控系統(tǒng)的設定，上位機監(jiān)控系統(tǒng)包括硬件設備的監(jiān)控，對浮選過程的控制參數(shù)及設備狀態(tài)進行檢測；故障報警系統(tǒng)，當現(xiàn)場設備出現(xiàn)故障時發(fā)出故障報警；故障報警查詢功能，對報警功能進行查詢，方便后續(xù)查詢；Web 網(wǎng)絡發(fā)布系統(tǒng)，通過賬號密碼登錄實時監(jiān)控系統(tǒng)運行[4]。Wince 功能結構圖如圖3 所示。

圖3 Wince 功能結構圖

如圖3 所示為Wince 功能結構圖，上位機的監(jiān)控系統(tǒng)采用Wince 組態(tài)軟件，監(jiān)控功能頁面由數(shù)據(jù)查詢、系統(tǒng)運行、系統(tǒng)管理等界面組成，同時頁面運行可選定自動或手動操作。

信號的通訊方式選定為西門子S7-300，其能夠與上位機、PLC、現(xiàn)場設備等進行通訊，現(xiàn)場設備主要通過電纜進行連接，通過電信號進行數(shù)據(jù)量的采集及輸出。在與上位機的連接主要選定PPI、TCP等協(xié)議，通過CPU 模塊實現(xiàn)通訊。與PLC 通訊的方式主要是利用主從站，利用DP、MPI 接口進行通訊[5]。

5 應用效果分析

浮選控制系統(tǒng)結構改造后投入使用，減輕了勞動強調，消除了安全隱患，方便了操作，提高了工作效率，保證了產(chǎn)品的質量和生產(chǎn)的連續(xù)性，凈化了系統(tǒng)。浮選每噸干原煤消耗藥劑平均為0.53 kg，比改造前的1.05 kg 降低了0.52 kg，按每月噸干原煤4.5萬t 計算：1 個月就可節(jié)約費用23 萬元，1 年可創(chuàng)造經(jīng)濟效益約276 萬元。