洗煤廠選煤集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

司 劍

（山西焦煤汾西礦業(yè)賀西煤礦， 山西 柳林 033300）

引言

隨著當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，煤炭企業(yè)的選煤工藝逐漸向自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。某選煤廠在運(yùn)用目前的選煤工藝時(shí)，若原煤質(zhì)量發(fā)生變化，懸浮工藝參數(shù)就會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成一定程度的不利影響[1]。因此，為了提高生產(chǎn)質(zhì)量，選煤廠對(duì)選煤工藝進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步升級(jí)原有的自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源消耗，達(dá)到減能增效的目的。同時(shí)，在選煤工藝中針對(duì)加工機(jī)械、設(shè)備和復(fù)雜控制系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，實(shí)現(xiàn)一體化集中式控制系統(tǒng)功能。所研發(fā)的集中式控制系統(tǒng)程序假定了現(xiàn)代控制和測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)發(fā)展，以選煤過(guò)程的監(jiān)測(cè)質(zhì)量和數(shù)量為生產(chǎn)參數(shù)，并應(yīng)用于選煤工藝過(guò)程的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和控制系統(tǒng)[2]。除了集中式控制系統(tǒng)對(duì)于選煤過(guò)程的監(jiān)測(cè)，還包括了監(jiān)測(cè)工廠設(shè)備工作的系統(tǒng)、平衡和控制產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量參數(shù)的系統(tǒng)以及管理煤炭生產(chǎn)過(guò)程的先進(jìn)調(diào)度系統(tǒng)等。

1 選煤廠自動(dòng)浮選技術(shù)概述

1.1 過(guò)程控制技術(shù)

選煤廠工藝控制包括重液分離、夾具分離、浮選、脫水和均質(zhì)等[3]。

1）選煤廠工藝自動(dòng)化領(lǐng)域一般采用PLC 控制的系統(tǒng)，不同的PLC 生產(chǎn)公司提供自己解決方案的技術(shù)節(jié)點(diǎn)控制技術(shù)，包括提供傳感器（超過(guò)1000 個(gè)模擬量和二進(jìn)制傳感器）、重量系統(tǒng)和連續(xù)分度計(jì)，從PID 控制的解決方案到機(jī)器的直接控制。

2）PLC 生產(chǎn)公司提供的夾具分離控制是基于ADIS 模塊控制系統(tǒng)，主要采用的脈動(dòng)形式為：簡(jiǎn)單脈動(dòng)，其中每分鐘的脈沖速率可以控制，或者以秒為單位設(shè)置的循環(huán)周期的多個(gè)脈動(dòng)?，F(xiàn)有的控制系統(tǒng)還允許進(jìn)一步的控制回路：床面高程的自動(dòng)控制、夾具現(xiàn)場(chǎng)收集器的氣壓控制和底部水流控制。其中噴水工藝的自動(dòng)化使清潔產(chǎn)品的收率提高了2%。

3）浮選過(guò)程是根據(jù)浮選精煤的灰分含量，用流量和輸入原料的比質(zhì)量進(jìn)行校正，通過(guò)投加浮選劑來(lái)控制浮選過(guò)程。RS 寄存器作為主控電路的穩(wěn)定元件[4]，通過(guò)控制浮選精煤的輸出來(lái)調(diào)節(jié)浮選機(jī)中的液位。

如圖1 所示為選煤工藝基本流程，選煤廠生產(chǎn)過(guò)程要根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況、浮選機(jī)類型、污泥管理和脫水系統(tǒng)的要求而定。

圖1 選煤工藝基本流程

1.2 調(diào)度控制水平

調(diào)度控制水平覆蓋整個(gè)工藝過(guò)程的控制。選煤廠的關(guān)鍵工藝是生產(chǎn)煤的重點(diǎn)質(zhì)量參數(shù)，應(yīng)符合合同要求（最重要的質(zhì)量參數(shù)是灰分和含水量）。在這個(gè)控制層次的自動(dòng)化領(lǐng)域，本文所設(shè)計(jì)的集中控制系統(tǒng)更加應(yīng)該符合客戶合同的服務(wù)要求。

目前使用的是第三代選煤廠信息系統(tǒng)。選煤廠信息系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有多個(gè)軟件層。模塊化的應(yīng)用使得當(dāng)技術(shù)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)地在參數(shù)方面做出調(diào)整。集中控制系統(tǒng)的軟件層包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)庫(kù)層、警告層、用戶接口層、系統(tǒng)層和通信層[5]，使軟件易于維護(hù)和修改。根據(jù)目前軟件調(diào)度控制技術(shù)，設(shè)計(jì)出集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如下頁(yè)圖2 所示。

圖2 集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

2 選煤集中控制系統(tǒng)的改造、安裝和調(diào)試

2.1 設(shè)備的自動(dòng)化改造

針對(duì)于選煤過(guò)程的設(shè)備自動(dòng)化改造中，集中控制系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)的DMAC-II 自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)和升級(jí)，解決了當(dāng)前重介質(zhì)洗滌過(guò)程中介質(zhì)消耗大、在線監(jiān)測(cè)和參數(shù)調(diào)整等問(wèn)題。系統(tǒng)改為IPC 加PLC 形式。在合格的介質(zhì)泵排放管道中，增加9 套磁含量表，加強(qiáng)在線檢測(cè)煤泥含量。增加3 套溜槽取樣機(jī)，在不同寬度皮帶北側(cè)安裝一條皮帶，輸送采集的重介質(zhì)潔凈煤。新增3 臺(tái)X 射線灰分分析儀，分別檢測(cè)各系統(tǒng)重介質(zhì)潔凈煤灰分[6]。并聯(lián)閥和串聯(lián)介質(zhì)閥電液閘閥接入集中控制，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)介質(zhì)量遠(yuǎn)程控制，如圖3 所示。

圖3 遠(yuǎn)程控制電路設(shè)計(jì)圖

此外，在PLC 技術(shù)應(yīng)用于選煤工藝后，由傳統(tǒng)的手動(dòng)加藥形式轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)加藥形式，如圖4 所示。以實(shí)際流量和濃度變化為依據(jù)自動(dòng)調(diào)整加藥量，既提高了潔凈煤泥的生產(chǎn)效率，又有效避免了煤泥水系統(tǒng)問(wèn)題和漂浮“后竄”問(wèn)題。

圖4 以PLC 為核心的自動(dòng)控制原理框架圖

2.2 增加浮選智能控制設(shè)備

1）增加漿液灰分檢測(cè)儀，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況，通過(guò)對(duì)精煤的檢測(cè)，根據(jù)精煤灰分調(diào)整試劑系統(tǒng)，提高精煤的提取率，確保精煤灰分做到國(guó)際化監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。本次集中控制系統(tǒng)增加2 臺(tái)在線精煤灰分檢測(cè)儀，每臺(tái)精煤礦漿灰分儀交替檢測(cè)2 臺(tái)浮選機(jī)精煤灰分，檢測(cè)時(shí)間約10 min。在具體應(yīng)用中，為了充分利用浮選精煤灰分檢測(cè)數(shù)據(jù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況確定浮選時(shí)間間隔的調(diào)整。

2）增加藥劑的乳化裝置和定量加藥裝置，取代傳統(tǒng)的手動(dòng)控制閥加藥。根據(jù)投料和產(chǎn)品參數(shù)，反饋給藥系統(tǒng)的最優(yōu)藥劑方案。藥劑系統(tǒng)根據(jù)浮選機(jī)的輸入量，對(duì)物料流量和濃度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

2.3 自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備安裝

在集控室增加兩臺(tái)工控機(jī)設(shè)備，并在兩臺(tái)工控機(jī)設(shè)備上安裝DMAC-II 型重介質(zhì)工藝參數(shù)自動(dòng)控制軟件，STEP7V5.3 編程軟件，自動(dòng)浮選藥劑投加控制軟件。選用型號(hào)為S7-300 的PLC 可編程裝置，安裝在工控機(jī)設(shè)備上，PLC 根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行編程。同時(shí)，增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，借助工業(yè)以太網(wǎng)，將重介質(zhì)工藝參數(shù)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，集控自動(dòng)系統(tǒng)，浮選藥劑投加自動(dòng)控制系統(tǒng)連接在同一網(wǎng)段，如圖5 所示。

圖5 通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3 集中控制系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析

采用Matlab 軟件對(duì)設(shè)計(jì)出的集中式控制進(jìn)行Simulink 仿真計(jì)算，按照實(shí)際工況條件在仿真軟件中設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)。設(shè)定給定重介質(zhì)懸浮液密度初始值為1370 kg/m3，采用PID 模糊的控制算法，利用PID控制器進(jìn)行技術(shù)，仿真結(jié)果如圖6 所示。

圖6 集中式控制系統(tǒng)的PID 控制器仿真曲線圖

從仿真結(jié)果可以看到，模糊PID 在8 s 左右的時(shí)間內(nèi)快速跟蹤給定信號(hào)，并調(diào)節(jié)密度達(dá)到給定值，而PID 控制器需要在14 s 之后才能穩(wěn)定。而且從上頁(yè)圖6 中可得，模糊PID 的峰值在1500 kg/m3，而PID 的峰值為1600 kg/m3，模糊PID 超調(diào)量要小于PID 的超調(diào)量。因此，模糊PID 控制器與傳統(tǒng)PID 控制相比較，發(fā)揮了模糊控制和PID 控制的特點(diǎn)，說(shuō)明集中式控制系統(tǒng)采用模糊控制算法的響應(yīng)時(shí)間短、超調(diào)量小、穩(wěn)態(tài)精度高、動(dòng)態(tài)性能好，可很好地適應(yīng)被控對(duì)象，滿足實(shí)際控制需求。按照仿真計(jì)算程序和設(shè)計(jì)思路，制造出系統(tǒng)的實(shí)物設(shè)備能夠滿足實(shí)際的工程需要。

4 結(jié)語(yǔ)

某選煤廠自動(dòng)化和控制系統(tǒng)的集中一體化功能的實(shí)現(xiàn)在目前在所有選煤廠的控制系統(tǒng)上都體現(xiàn)了很高的水平。研發(fā)的集中式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程模塊化，具有可擴(kuò)展性，提升了系統(tǒng)的廣泛性和實(shí)用性。該系統(tǒng)完全涵蓋了選煤廠生產(chǎn)管理的需要，節(jié)省了生產(chǎn)費(fèi)用，改善了技術(shù)流程。集中式控制系統(tǒng)也在洗煤生產(chǎn)線中成為選煤廠工藝流程調(diào)度監(jiān)督控制系統(tǒng)的一部分。這將對(duì)選煤廠的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)安全起到良好的保障作用，進(jìn)一步提高選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益。