選煤廠煤泥壓濾系統(tǒng)智能化改造

王 喆

(山西西山晉興能源有限責(zé)任公司 斜溝煤礦選煤廠， 山西 興縣 033602)

斜溝煤礦選煤廠為礦井型選煤廠，位于山西省呂梁市興縣魏家灘鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)處理能力為15.0 Mt/a，采用全重介分選工藝，其中150～50 mm塊煤采用重介淺槽分選；50～1.5 mm末煤采用有壓兩產(chǎn)品重介旋流器主、再選；1.5～0.25 mm粒級粗煤泥采用TCS粗煤泥分選機(jī)分選；細(xì)煤泥直接脫水回收[1].

斜溝煤礦選煤廠生產(chǎn)規(guī)模大，壓濾煤泥產(chǎn)率達(dá)8%左右，壓濾系統(tǒng)包括快開壓濾機(jī)、濃縮機(jī)底流泵、壓濾入料緩沖桶、壓濾機(jī)入料泵等設(shè)備，夜班壓濾煤泥板數(shù)多達(dá)200板，生產(chǎn)時(shí)，需要專人現(xiàn)場觀測煤泥水桶液位，手動(dòng)開啟濃縮機(jī)底流泵。人工判斷、干預(yù)壓濾機(jī)開起臺數(shù)和濾板卸料，工作量較大。整個(gè)壓濾系統(tǒng)崗位配備人員多達(dá)3人，且勞動(dòng)強(qiáng)度大，無法保證生產(chǎn)效率最大化。為降低人力資源成本、提高生產(chǎn)效率，斜溝煤礦選煤廠依托先進(jìn)的集中控制系統(tǒng), 結(jié)合快開壓濾機(jī)單機(jī)自動(dòng)化水平高的特點(diǎn), 對煤泥壓濾系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化改造。

1 改造目標(biāo)

斜溝煤礦選煤廠壓濾系統(tǒng)改造將壓濾機(jī)單機(jī)自動(dòng)控制變?yōu)閴簽V系統(tǒng)的壓濾機(jī)、煤泥收集刮板運(yùn)輸機(jī)、壓濾機(jī)入料泵、濃縮底流泵均接入壓濾系統(tǒng)智能化控制，引入手持式平板電腦(PAD)控制設(shè)備運(yùn)行，通過控制程序?qū)崿F(xiàn)如下功能[2]：

1) 通過PAD監(jiān)控壓濾機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和各項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)。2) 通過PAD操作壓濾機(jī)自動(dòng)或手動(dòng)運(yùn)行，可以脫離現(xiàn)場控制柜操作壓濾機(jī)。3) 可以實(shí)現(xiàn)濃縮機(jī)底流泵根據(jù)煤泥水桶料位自動(dòng)啟停，為壓濾機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)料。4) 利用壓濾機(jī)入料泵電流判斷壓濾進(jìn)料過程結(jié)束時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)卸料。5) 實(shí)現(xiàn)后臺設(shè)置排隊(duì)機(jī)制，避免2臺以上壓濾機(jī)同時(shí)卸料導(dǎo)致下游皮帶運(yùn)輸機(jī)物料堆積、灑料，避免因瞬時(shí)煤泥摻入量過大導(dǎo)致混煤膨倉或裝卸車?yán)щy，提高混煤產(chǎn)品均質(zhì)化程度。

2 智能化改造技術(shù)內(nèi)容

2.1 壓濾機(jī)單機(jī)自動(dòng)化接入

1) 建立壓濾機(jī)同智能化系統(tǒng)后臺的通訊聯(lián)系，壓濾機(jī)自動(dòng)控制流程[3]見圖1. 將壓濾機(jī)松開、取板、拉板、壓緊、保壓、進(jìn)料等顯示的壓濾機(jī)運(yùn)行狀態(tài)納入通訊系統(tǒng)，可以讀取壓濾機(jī)狀態(tài)信息以及對壓濾機(jī)進(jìn)行控制。通訊系統(tǒng)具有手動(dòng)/自動(dòng)、程序啟動(dòng)、進(jìn)料結(jié)束、吹風(fēng)、暫停、故障復(fù)位、刮板連鎖等壓濾機(jī)的操作控制功能(具備遠(yuǎn)程寫入功能，如PAD端操作和集控后臺操作)，同時(shí)在執(zhí)行寫入命令時(shí)增加是否寫入成功的反饋，寫入不成功無反饋時(shí)進(jìn)行再寫入，確保命令執(zhí)行到位。

圖1 壓濾機(jī)自動(dòng)控制流程圖

2) 在每臺壓濾機(jī)現(xiàn)場控制柜上增加遠(yuǎn)程/就地旋鈕，遠(yuǎn)程即將控制權(quán)限交給智能壓濾系統(tǒng)，PAD端；為了避免在智能控制功能失效且無法在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)的情況下，可以就地應(yīng)急控制，就地控制保持現(xiàn)場控制柜的操作模式，PAD無法控制。

2.2 建立智能壓濾系統(tǒng)和現(xiàn)集中控制系統(tǒng)的通訊

通過現(xiàn)有可編程邏輯控制器(PLC)監(jiān)控濃縮機(jī)電流、底流泵運(yùn)行頻率和電流、壓濾入料緩沖桶液位、壓濾入料泵電流、壓濾煤泥收集刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等。這些狀態(tài)信息作為判斷壓濾系統(tǒng)中各設(shè)備運(yùn)行情況的參數(shù)，提供了對系統(tǒng)進(jìn)行智能控制調(diào)節(jié)的依據(jù)。

2.3 建立濃縮機(jī)底流泵的智能控制

將壓濾機(jī)入料緩沖桶液位、濃縮機(jī)運(yùn)行電流與底流泵的啟停進(jìn)行閉鎖關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)壓濾入料緩沖桶低液位時(shí)，優(yōu)先啟動(dòng)電流高的濃縮機(jī)的底流泵進(jìn)行補(bǔ)料。

1) 多臺底流泵輪換啟停的判斷條件：設(shè)定濃縮機(jī)正常工作的電流閾值(不同濃縮機(jī)現(xiàn)場電流不同，可通過人為設(shè)置和機(jī)器學(xué)習(xí)自動(dòng)調(diào)節(jié))，將濃縮機(jī)實(shí)際電流與設(shè)定閾值作差得出相對電流值，原則為電流相對高的底流泵可判斷為底流濃度最大，隨之啟動(dòng)，為了防止過于頻繁的啟停切換，設(shè)定啟停條件觸發(fā)后延時(shí)執(zhí)行。

2) 當(dāng)壓濾機(jī)入料桶達(dá)到低液位閾值時(shí)，相對電流高的濃縮機(jī)的底流泵先開啟，如果液位仍繼續(xù)下降至低于設(shè)定低位值時(shí)，視為一臺底流泵不能滿足供料需求，同時(shí)開啟另外一臺底流泵，當(dāng)兩臺底流泵同時(shí)運(yùn)行，液位上漲至高液位閾值時(shí)，濃縮機(jī)耙電流相對低的濃縮機(jī)底流泵先停止，如果液位仍上漲至高于設(shè)定高液位時(shí)，底流泵全部停止。

閉鎖條件：在集控且自動(dòng)的狀態(tài)下；滿足入料桶液位低啟、高停條件；相對電流值最高且滿足延時(shí)條件。

2.4 壓濾機(jī)的智能控制

在壓濾機(jī)自動(dòng)程序的基礎(chǔ)上進(jìn)行智能化完善，通過進(jìn)料結(jié)束的“滴水不成線”狀態(tài)與入料泵電流波動(dòng)的幅度對應(yīng)關(guān)系設(shè)置進(jìn)料結(jié)束時(shí)機(jī)，通過對電流變化的監(jiān)控判斷進(jìn)料結(jié)束，通過排隊(duì)程序判斷多臺壓濾機(jī)自動(dòng)執(zhí)行排隊(duì)卸料，通過入料時(shí)間智能判斷入料濃度，智能建議增加或減少壓濾機(jī)開啟臺數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)工作。壓濾系統(tǒng)控制框架圖見圖2.在PAD上可以設(shè)置壓濾機(jī)的狀態(tài)，PAD端壓濾機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)截屏見圖3.

圖2 壓濾系統(tǒng)控制框架圖

圖3 PAD端壓濾機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)截屏

1) 自動(dòng)結(jié)束進(jìn)料判斷邏輯。

壓濾機(jī)進(jìn)料有“自動(dòng)”與“手動(dòng)”設(shè)置，當(dāng)選擇“自動(dòng)”時(shí)可進(jìn)行勾選是否進(jìn)行二次確認(rèn)，二次確認(rèn)出現(xiàn)彈窗，顯示當(dāng)前入料泵電流值及曲線、入料時(shí)間。

當(dāng)壓濾機(jī)處于智能狀態(tài)且“進(jìn)料”運(yùn)行時(shí)，壓濾機(jī)入料泵電流達(dá)到設(shè)定的絕對電流值(設(shè)定值可通過人為設(shè)置和機(jī)器學(xué)習(xí)自動(dòng)調(diào)節(jié))，系統(tǒng)后臺自動(dòng)觸發(fā)“進(jìn)料結(jié)束”命令。

2) 自動(dòng)排隊(duì)卸料判斷邏輯。

當(dāng)壓濾機(jī)處于智能狀態(tài)下時(shí)，可在PAD界面選擇允許同時(shí)卸料的壓濾機(jī)臺數(shù)。當(dāng)壓濾機(jī)運(yùn)行狀態(tài)由“吹風(fēng)”轉(zhuǎn)為“循環(huán)等待”時(shí)，將該壓濾機(jī)列入排隊(duì)卸料隊(duì)列，由進(jìn)入隊(duì)列的時(shí)間先后為序進(jìn)行排列，排名在允許卸料臺數(shù)之內(nèi)的，由軟件后臺自動(dòng)觸發(fā)“程序啟動(dòng)”命令，當(dāng)按自動(dòng)的流程執(zhí)行至壓緊環(huán)節(jié)(后臺監(jiān)測到壓緊狀態(tài)時(shí))，將該壓濾機(jī)退出排隊(duì)隊(duì)列，后續(xù)的排序向前遞進(jìn)，以此類推，實(shí)現(xiàn)排隊(duì)卸料。如果允許n臺同時(shí)卸料，那么第n+1臺要執(zhí)行卸料準(zhǔn)備，即自動(dòng)觸發(fā)“程序啟動(dòng)”命令，待由“松開”狀態(tài)轉(zhuǎn)為“取板”狀態(tài)時(shí)，由軟件后臺給出“暫?！泵?，當(dāng)該壓濾機(jī)滿足卸料條件時(shí)取消“暫?！?，繼續(xù)執(zhí)行“取板”。

表1 智能化改造前后壓濾煤泥生產(chǎn)效率對比表

3 改造效果

改造完成后，系統(tǒng)運(yùn)行中底流泵啟停、入料緩沖桶液位均無需人為監(jiān)控，壓濾機(jī)進(jìn)料結(jié)束和排隊(duì)卸料均由PAD識別和自動(dòng)控制，提高了壓濾系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低了職工工作強(qiáng)度。對比2015年未改造前和2018年改造后壓濾系統(tǒng)實(shí)際生產(chǎn)一段時(shí)間的煤泥生產(chǎn)效率，見表1. 通過對比發(fā)現(xiàn)，改造后，噸煤板數(shù)提高了3.3×10-4板/t原煤，壓濾系統(tǒng)生產(chǎn)效率提升15.4%. 壓濾系統(tǒng)生產(chǎn)效率提升后，全廠大系統(tǒng)生產(chǎn)過程中的煤泥產(chǎn)率也隨之提高，通過增加洗混煤中煤泥摻混比，提高了煤泥經(jīng)濟(jì)價(jià)值，創(chuàng)造了較好的效益；大系統(tǒng)停車后的濃縮池煤泥水濃度顯著降低，停車后的壓濾煤泥板數(shù)減少，緩解了煤泥外排和儲存壓力；同時(shí)，智能化改造后，兩套壓濾系統(tǒng)操作人員由之前6人減少到4人。

4 結(jié) 語

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 選煤行業(yè)的生產(chǎn)已經(jīng)開始從自動(dòng)化提高逐步向信息化、智能化的方向邁進(jìn)。本文所述是智能化選煤廠應(yīng)用場景中智能裝備和控制在現(xiàn)場工藝優(yōu)化、流程精細(xì)化的一處改造應(yīng)用，直接體現(xiàn)在了部分減員提效上，可以看到智能化在選煤廠生產(chǎn)過程中能起到十分積極地提升，而從智能化選煤廠所要求的精準(zhǔn)分離和精細(xì)化管理的更高要求上，本次未涉及，這些還需要在之后的選煤廠“智能化選煤廠”建設(shè)中，從生產(chǎn)過程中信息和數(shù)據(jù)的獲取、大數(shù)據(jù)的建立和分析、生產(chǎn)參數(shù)和過程的預(yù)測優(yōu)化、“智能化生產(chǎn)管理”等一系列智能化進(jìn)程中進(jìn)一步研究、探討。