選煤廠生產(chǎn)智能化探討

李梁才

(1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

煤炭是我國的主要能源之一，也是國家經(jīng)濟(jì)的重要支柱之一。隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，煤炭行業(yè)在自動(dòng)化和信息化技術(shù)上取得了長足的進(jìn)步。在設(shè)備可靠性方面，新建設(shè)的選煤廠，前三年在生產(chǎn)運(yùn)行中很少出現(xiàn)設(shè)備問題，設(shè)備維修成本很低，如果按照設(shè)備要求正常生產(chǎn)就可以保證設(shè)備的良好生產(chǎn)狀況，說明設(shè)備的可靠性已經(jīng)達(dá)到了一定的水平； 在信息化方面，現(xiàn)在SQL、ORACLE等數(shù)據(jù)庫軟件在選煤廠已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，大多數(shù)選煤廠也都注意到了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的重要性，形成了良好的存儲(chǔ)習(xí)慣，并在大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上做了一定的分析；在自動(dòng)化方面，主流的控制系統(tǒng)都已經(jīng)具備了以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊功能，大、中、小型化的控制器都具備了網(wǎng)絡(luò)功能，所有生產(chǎn)設(shè)備都能方便地納入整套控制系統(tǒng)中；在網(wǎng)絡(luò)方面，已經(jīng)進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代，萬物互聯(lián)，信息交互實(shí)時(shí)可靠，選煤企業(yè)一直存在的“消息壁壘”、“信息孤島”問題都有了成熟的解決方案，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云平臺(tái)技術(shù)，尤其是網(wǎng)絡(luò)通訊速率的提高，為數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性提供了一定的保障。

選煤廠生產(chǎn)智能化對(duì)于工藝環(huán)節(jié)比較固定的洗選系統(tǒng)，可以提高產(chǎn)品的分選精度和生產(chǎn)效率，節(jié)能降耗；對(duì)于工藝環(huán)節(jié)比較復(fù)雜，存在各種可能流程的洗選系統(tǒng)，隨著洗選過程的累積，有可能誕生更優(yōu)秀的洗選工藝流程[1-3]。系統(tǒng)智能化就像給系統(tǒng)裝上了永不疲憊的人類大腦一樣，它主動(dòng)地感知和分析判斷怎樣能讓系統(tǒng)更加優(yōu)化。

1 選煤生產(chǎn)系統(tǒng)組成

選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)從原煤來料開始，直至洗選出產(chǎn)品煤，并配送裝車結(jié)束。設(shè)備流程如圖1所示。

圖1 選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備流程

選煤生產(chǎn)系統(tǒng)首先要根據(jù)洗選產(chǎn)品要求化驗(yàn)原煤，確定原煤配比和分選指標(biāo)，然后根據(jù)分選指標(biāo)進(jìn)行原煤分選生產(chǎn)，生產(chǎn)中按照要求定時(shí)取樣化驗(yàn)原煤和產(chǎn)品指標(biāo)，原煤經(jīng)分選后落入產(chǎn)品倉，最后產(chǎn)品計(jì)量裝車。

2 選煤自動(dòng)化系統(tǒng)

2.1 原煤配煤系統(tǒng)[4]

給煤機(jī)由變頻電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，利用變頻器給電動(dòng)機(jī)供電，改變變頻器輸出電壓的頻率就可以改變給煤機(jī)的給煤速度，從而改變給煤機(jī)的給煤量。為了實(shí)現(xiàn)給煤機(jī)給煤量的控制，就要對(duì)每臺(tái)給煤機(jī)給煤量的大小進(jìn)行檢測(cè)，由于給煤機(jī)給出的煤落入帶式輸送機(jī)上，故可在帶式輸送機(jī)的輸送帶上安裝電子皮帶秤對(duì)給煤量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，然后由PLC將檢測(cè)到的實(shí)時(shí)煤流量和預(yù)先設(shè)定的煤流量構(gòu)成閉環(huán)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)給煤量的精準(zhǔn)控制，從而完成選煤廠的定制化生產(chǎn)要求。目前配煤系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在很多選煤廠，基本達(dá)到預(yù)期效果。

2.2 煤質(zhì)化驗(yàn)系統(tǒng)[5]

化驗(yàn)部分的自動(dòng)化目前能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)定位、自動(dòng)取樣、自動(dòng)制樣功能，其中自動(dòng)定位由圖像自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；自動(dòng)取樣由控制器驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)到采樣點(diǎn)，調(diào)整好位置后，由取樣機(jī)構(gòu)進(jìn)行取樣；自動(dòng)制樣通過輸送帶、錘式破碎機(jī)、縮分器進(jìn)行縮分制樣。目前制樣到分樣及化驗(yàn)的自動(dòng)環(huán)節(jié)還沒有成熟方案。

2.3 供配電系統(tǒng)[6]

每個(gè)配電回路均配置智能斷路器和智能綜合保護(hù)器。智能斷路器具備就地分合閘/遠(yuǎn)程分合閘功能，可將遠(yuǎn)程分合閘功能接入PLC系統(tǒng)；智能綜合保護(hù)器具備過電壓、欠電壓、過載、短路、漏電、遠(yuǎn)程通訊、用電顯示、故障顯示、過載額定電流、過電壓、欠電壓、漏電流可調(diào)等功能，通過通訊方式接入PLC系統(tǒng)；在上位機(jī)界面就可以實(shí)時(shí)去操控配電回路，同時(shí)查看線路檢測(cè)情況?，F(xiàn)有選煤廠配置智能斷路器的比較少，基本是維護(hù)人員需要維護(hù)哪臺(tái)設(shè)備就通知電氣人員去配電室拉開對(duì)應(yīng)設(shè)備斷路器，電氣人員勞動(dòng)作業(yè)時(shí)間比較長。

2.4 集中控制系統(tǒng)[7]

為每個(gè)設(shè)備設(shè)計(jì)二次控制回路，配合PLC進(jìn)行必要的設(shè)備控制信號(hào)的采集和設(shè)備啟停的控制，通過編制程序定制設(shè)備的啟停方式及規(guī)則。常規(guī)有三種控制方式：①就地控制箱按鈕啟停(或者現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏啟停)；②上位機(jī)就地啟停；③上位機(jī)集中啟?！，F(xiàn)有選煤廠基本都配備了集中控制系統(tǒng)，并且三種控制方式并存，在程序編制上雖然存在差異，但系統(tǒng)架構(gòu)都已齊備。

2.5 密度控制系統(tǒng)[8]

在重介選煤工藝的必要環(huán)節(jié)中主要涉及到的選煤設(shè)備有旋流器、淺槽重介分選機(jī)、斜輪重介質(zhì)分選機(jī)、立輪重介質(zhì)分選機(jī)等。通過檢測(cè)懸浮液密度、懸浮液磁性物含量，根據(jù)分選指標(biāo)，去調(diào)節(jié)合格介質(zhì)桶、泵的加水調(diào)節(jié)量和弧形篩下分流執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開度。PLC采集密度、磁性物含量、壓力、加水閥門開度、分流執(zhí)行機(jī)構(gòu)開度等數(shù)據(jù)，編制程序控制加水閥門和分流執(zhí)行機(jī)構(gòu)開度，保證懸浮液的密度和煤泥含量在合格范圍內(nèi)。現(xiàn)有重介選煤廠基本都配備了密度控制系統(tǒng)，有很多選煤廠將密度控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)直接整合在一套PLC系統(tǒng)中。

2.6 浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)[9]

該系統(tǒng)為浮選機(jī)、浮選柱等浮游選煤設(shè)備必備系統(tǒng)，根據(jù)煤質(zhì)的不同，基本遵循干煤泥量定藥劑量的原則添加藥劑。浮游選煤藥劑主要有捕收劑和起泡劑，根據(jù)煤質(zhì)化驗(yàn)的不同，兩種藥劑遵循一定的質(zhì)量比進(jìn)行添加。PLC系統(tǒng)通過檢測(cè)入選來料的濃度和流量，編制程序控制藥劑的定量添加，常規(guī)定量添加設(shè)備為計(jì)量泵，也可以用普通泵與流量計(jì)配合添加。部分選煤廠還有采用人工微調(diào)的方式來進(jìn)行藥劑添加，或采用遠(yuǎn)程人工定量方式進(jìn)行藥劑添加，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)添加的選煤廠比較少。

2.7 濃縮池自動(dòng)加藥系統(tǒng)[10]

通過藥劑加速煤泥水中煤泥的沉降，根據(jù)入料煤泥水成分的不同，基本遵循干煤泥量定藥劑量的原則添加藥劑。所用藥劑主要有絮凝劑和凝聚劑，根據(jù)化驗(yàn)煤質(zhì)的不同，兩種藥劑遵循一定的比例進(jìn)行添加。PLC系統(tǒng)通過檢測(cè)入料煤泥水的濃度、流量和溢流水的濁度，編制程序控制藥劑的定量添加，常規(guī)定量添加設(shè)備為計(jì)量泵，還可以用普通泵與流量計(jì)配合來做定量添加。同樣，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)添加的選煤廠比較少。

2.8 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[11]

選煤設(shè)備種類很多，主要分為給料設(shè)備、篩分設(shè)備、破碎設(shè)備、分選設(shè)備、脫水設(shè)備、濃縮設(shè)備、壓濾過濾設(shè)備、磁選設(shè)備、除鐵設(shè)備、輸送設(shè)備、泵類、風(fēng)機(jī)類等，基本可以分為振動(dòng)設(shè)備、固定設(shè)備、旋轉(zhuǎn)設(shè)備。選煤廠電機(jī)基本為鼠籠異步電動(dòng)機(jī)，主要檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的軸溫和定子線圈溫度；泵類和振動(dòng)類設(shè)備主要檢測(cè)振動(dòng)位移幅值、速度幅值、加速度幅值、橫向偏移、縱向偏移，振動(dòng)幅度等?，F(xiàn)在選煤廠大型電機(jī)在采購時(shí)就跟廠家提出埋鉑電阻的要求，以監(jiān)測(cè)電機(jī)溫度，還未采用其他檢測(cè)手段。選煤廠目前離線振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成熟，但亟需在線實(shí)時(shí)振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)。

2.9 定量裝車系統(tǒng)

一般采用小型PLC和電子衡配合來完成定量裝車，由電子衡來稱量質(zhì)量，由PLC控制下料閘板，通過編制程序?qū)崿F(xiàn)定量裝車，有一定的精度誤差，結(jié)算按最后實(shí)際質(zhì)量為準(zhǔn)。我國煤炭裝運(yùn)水平參差不齊，操作方式各異，一般選煤廠都會(huì)設(shè)置地磅房，采用人工裝車、人工記賬的方式。這些方式自動(dòng)化程度不高，不便于工作人員了解現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，不利于實(shí)時(shí)管理，進(jìn)而影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 選煤信息化系統(tǒng)[12]

3.1 煤質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)

煤質(zhì)化驗(yàn)需要進(jìn)行篩分、浮沉試驗(yàn)，得到原煤和產(chǎn)品煤的產(chǎn)率、灰分、水分、硫分、揮發(fā)分、黏結(jié)指數(shù)等數(shù)據(jù)，同時(shí)選煤生產(chǎn)各個(gè)必要的工藝環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)都需進(jìn)行化驗(yàn)，比如浮選精礦、浮選尾礦、磁選尾礦等，凡是涉及到成分變化的環(huán)節(jié)盡量有數(shù)據(jù)支撐。

3.2 設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)系統(tǒng)

狀態(tài)數(shù)據(jù)是設(shè)備的非電性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，是確保設(shè)備正常運(yùn)行，需監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)的信息。比如對(duì)電機(jī)類設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)，對(duì)泵類設(shè)備的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)篩分類設(shè)備的偏移監(jiān)測(cè)，對(duì)壓力類設(shè)備的壓力監(jiān)測(cè)等，這類數(shù)據(jù)就像設(shè)備的醫(yī)生一樣隨時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)。選煤廠對(duì)此類信息的監(jiān)測(cè)目前還比較少。

3.3 電氣回路數(shù)據(jù)系統(tǒng)

設(shè)備供電和控制回路數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，主要包括啟動(dòng)、停止、集中/就地等按鈕信號(hào)監(jiān)測(cè)，空開信號(hào)監(jiān)測(cè)，綜保數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，軟啟動(dòng)器數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，變頻器數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，這類數(shù)據(jù)在電氣上保護(hù)和控制設(shè)備的狀態(tài)。選煤廠對(duì)此類信息的采集，除了空開自動(dòng)分閘、自動(dòng)合閘應(yīng)用比較少之外，其他信息都基本具備。

3.4 儀器儀表數(shù)據(jù)系統(tǒng)

工藝設(shè)計(jì)上的桶類和池類容器的液位檢測(cè)儀表、筒倉檢測(cè)的料位儀表、密度儀表、磁性物含量儀表、流量儀表、壓力儀表、分流執(zhí)行機(jī)構(gòu)、加水調(diào)節(jié)閥門、閘門開度儀表以及輸送帶保護(hù)使用的跑偏、拉繩、堆煤、失速、溫度、煙霧、撕裂等，這類數(shù)據(jù)提供了工藝的需求數(shù)據(jù)，還有設(shè)計(jì)安全的保護(hù)類儀表。選煤廠對(duì)這類信息的檢測(cè)目前基本具備。

3.5 藥劑添加數(shù)據(jù)系統(tǒng)

選煤廠藥劑主要涉及到浮選系統(tǒng)需要添加的捕收劑和起泡劑，濃縮池需要添加的絮凝劑和凝聚劑，需要監(jiān)測(cè)藥劑的實(shí)時(shí)使用量和累積使用量以及藥劑箱現(xiàn)有藥劑量，這類數(shù)據(jù)是保證藥劑系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要數(shù)據(jù)。大部分選煤廠沒有此類數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，只是人工進(jìn)行確定。

4 選煤智能化系統(tǒng)[13-14]

選煤智能化系統(tǒng)是基于完善的自動(dòng)化系統(tǒng)和完善的信息化系統(tǒng)，自動(dòng)化系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)運(yùn)行在日益完善和高速的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)鋪就的信息高速公路上，通過數(shù)據(jù)分析技術(shù)將信息化系統(tǒng)提供的大量信息進(jìn)行整合分析，進(jìn)而決策自動(dòng)化系統(tǒng)的執(zhí)行，而不是靠人為發(fā)號(hào)施令去執(zhí)行。選煤廠生產(chǎn)智能化系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 選煤廠生產(chǎn)智能化系統(tǒng)框圖

比如原煤煤質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)提供，智能決策最佳原煤配比，決定系統(tǒng)所能支持的最佳入選量，調(diào)整所需分選密度，進(jìn)而調(diào)整加水閥門和分流執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開度，調(diào)整各入料泵的頻率等，形成一套智能決策系統(tǒng)，系統(tǒng)中某一時(shí)刻的可調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)在數(shù)據(jù)的分析決策下會(huì)形成一個(gè)相對(duì)固定的參數(shù)，隨著數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)變化而變化。

自動(dòng)化系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)就相當(dāng)于人的身體和感知神經(jīng)系統(tǒng)，智能化就相當(dāng)于在自動(dòng)化和信息化的基礎(chǔ)上加上了人類的大腦，自動(dòng)化去執(zhí)行，信息化去采集和傳遞，大腦去分析決策。生產(chǎn)系統(tǒng)需要人為確定的就是生產(chǎn)指標(biāo)和生產(chǎn)量，這樣智能系統(tǒng)就可以自動(dòng)地按照最佳效果去完成生產(chǎn)任務(wù)。

智能化系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)智能化的基礎(chǔ)上利用現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、云平臺(tái)技術(shù)開發(fā)、手機(jī)APP開發(fā)、大數(shù)據(jù)分析挖掘等，以最友好的方式展現(xiàn)給最終使用者任何需要的數(shù)據(jù)信息[15]。

5 結(jié)語

選煤廠生產(chǎn)智能化建設(shè)還處于起步階段，在自動(dòng)化方面和信息化方面還存在一定的不足。選煤廠生產(chǎn)智能化實(shí)現(xiàn)以后，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)就需要接受給它下發(fā)的生產(chǎn)指標(biāo)和生產(chǎn)量指令，按照指令以最佳的方式完成生產(chǎn)任務(wù)，就像一臺(tái)龐大的機(jī)器一樣穩(wěn)定的工作。選煤廠生產(chǎn)智能化一定可以實(shí)現(xiàn)，行業(yè)領(lǐng)先的企業(yè)和公司要起到帶頭作用，爭(zhēng)取將這臺(tái)龐大的智能化機(jī)器早日生產(chǎn)出來。