高陽煤礦選煤廠二期系統(tǒng)重介懸浮液分流自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

郭戰(zhàn)英

(山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán) 高陽煤礦選煤廠，山西 孝義 032300)

高陽選煤廠是經(jīng)國家發(fā)改委批準(zhǔn)立項(xiàng)建設(shè)的高陽煤礦配套工程，屬礦井型選煤廠，是由澳大利亞約翰芬雷公司總承包建設(shè)的模塊式選煤廠，是分兩期工程建設(shè)完成。一期工程設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400萬t/a，于2006年9月28日建成投產(chǎn)，總投資3.89億元；二期工程設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力200萬t/a，于2010年8月28日建成投產(chǎn)，投資0.86億元。現(xiàn)已具備入洗600萬t/a原煤的生產(chǎn)能力，為汾西礦業(yè)集團(tuán)公司入洗能力最大的選煤廠[1]。高陽選煤廠二期工藝系統(tǒng)為預(yù)先脫泥工藝，重介分選系統(tǒng)帶水量增加偏大，現(xiàn)有密控系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)水無法適應(yīng)工藝變化。重介懸浮液分流方式采用人工手動(dòng)分流，密度波動(dòng)大，給洗選產(chǎn)品灰分指標(biāo)控制增加難度，且手動(dòng)分流操作誤差大，造成介質(zhì)損耗高[2-3]。為此高陽礦選煤廠提出二期重介懸浮液分流自動(dòng)控制的技術(shù)思路，以期解決精煤產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大、介耗高等問題。

上述步驟中，(1)～(2)表示A，B產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，并發(fā)送消息。(3)～(4)表示收到的信息中一定存在于對(duì)應(yīng)主體相關(guān)的密鑰，例如S產(chǎn)生K并在相應(yīng)的消息中用預(yù)期發(fā)送主體的共享密鑰進(jìn)行加(解)密。 (6)～(8)表示收到之前的信息一定存在預(yù)期發(fā)送信息的值。(9)～(11)表示x,y,z的匹配值。由(10)可以看出，如果A,B產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)與他們之間的會(huì)話密鑰K無關(guān)，則有：

1 技術(shù)分析

重介選煤作為重要的分選技術(shù)獲得了空前廣泛的應(yīng)用，懸浮液密度自動(dòng)控制系統(tǒng)的良好運(yùn)行則是保障選煤過程產(chǎn)品質(zhì)量、降低介質(zhì)消耗的重要技術(shù)保證[4-5]。完整的密度自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)該由補(bǔ)水、分流和補(bǔ)介3個(gè)不可分割的部分組成，共同服務(wù)于懸浮液密度自動(dòng)控制系統(tǒng)[6-7]。然而重介選煤過程現(xiàn)有的情況是，通過合格介質(zhì)管道上安裝的補(bǔ)水閥可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，因?yàn)闈饨橘|(zhì)制備過程尚需要人工參與，再加上補(bǔ)介過程一般來講可以在生產(chǎn)之前一次完成，故人工實(shí)現(xiàn)且被實(shí)踐證明是行之有效的，因此補(bǔ)介過程可以不考慮自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)，但分流卻在所有的選煤廠都是集控手動(dòng)，這樣無疑削弱了密度自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能，并導(dǎo)致分流不及時(shí)而產(chǎn)生密度、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)、介耗增加及調(diào)度和崗位司機(jī)工作強(qiáng)度的增加，這種現(xiàn)狀在國內(nèi)所有的重介選煤廠均是如此，因此，如何解決該問題成為選煤界亟待解決的重要研究課題[8]。

重介選煤屬于耗水、耗介的過程，正常工況下消耗水要比消耗介質(zhì)更多一些，具體表現(xiàn)在合介桶的懸浮液液位緩慢下降，密度緩慢上升，要保證進(jìn)入重選設(shè)備如三產(chǎn)品旋流器或重介淺槽內(nèi)懸浮液密度恒定，需要通過補(bǔ)水來維持。現(xiàn)有的執(zhí)行機(jī)構(gòu)—補(bǔ)水閥安裝在合格介質(zhì)泵入口管道上，通過調(diào)節(jié)補(bǔ)水閥開度調(diào)節(jié)進(jìn)水量來調(diào)節(jié)密度。由于補(bǔ)水過程的控制對(duì)象是從執(zhí)行機(jī)構(gòu)到密度計(jì)所在管道范圍內(nèi)這一部分很少量的懸浮液，通過經(jīng)典的PID控制算法完全可以實(shí)現(xiàn)。然而重介選煤工業(yè)實(shí)踐中還存在這樣一類工況，即原煤帶水量增大，導(dǎo)致合介桶液位在上升，而懸浮液密度在降低，高陽選煤廠二期工藝系統(tǒng)為預(yù)先脫泥工藝，導(dǎo)致重介分選系統(tǒng)帶水量增加過大，現(xiàn)有密控系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)水無法適應(yīng)新工藝變化。重介懸浮液分流方式采用人工手動(dòng)分流，密度波動(dòng)大，給洗選產(chǎn)品灰分指標(biāo)控制增加難度，且手動(dòng)分流操作誤差大，造成介質(zhì)損耗高。在這種情況下，就不能通過補(bǔ)水閥加水來實(shí)現(xiàn)保持密度恒定，而是需要通過合格介質(zhì)的分流來實(shí)現(xiàn)，即分流介質(zhì)首先進(jìn)入稀介桶，然后用泵打到磁選機(jī)進(jìn)行分選，磁選機(jī)分選后的精礦即濃介返回到合介桶用來提高懸浮液密度[9]。這種流程控制其實(shí)質(zhì)是：分流控制對(duì)象是包含合介桶、稀介桶、磁選機(jī)在內(nèi)的所涉及懸浮液，這是一個(gè)典型的大慣性、大滯后過程控制，采用傳統(tǒng)PID控制不可避免要出現(xiàn)超調(diào)和振蕩現(xiàn)象，控制難度大大增加；此外分流又是調(diào)整懸浮液內(nèi)煤泥含量的手段，依據(jù)重介選煤理論，適中的煤泥量是保證旋流器或淺槽等分選設(shè)備分選精度的重要條件。這樣合格懸浮液分流的作用就是雙重的，再加上同液位和密度的耦合關(guān)系，這也是傳統(tǒng)PID算法不適應(yīng)分流控制的重要原因，因此現(xiàn)場只能采用手動(dòng)調(diào)整，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。鑒于以上分析，采取適應(yīng)于大慣性大滯后對(duì)象的模糊預(yù)測控制算法來解決懸浮液分流自動(dòng)控制方案，是一種提高重介分流自動(dòng)控制效果的有效方法，并且在我國重介洗選系統(tǒng)控制方面有很大的推廣范圍和廣闊的市場前景。

本文研究表明，信息經(jīng)濟(jì)邊際效應(yīng)遞增的趨勢不能傳達(dá)到信息經(jīng)濟(jì)福利層。因此，在發(fā)展福利層信息經(jīng)濟(jì)時(shí)，各省各級(jí)政府應(yīng)當(dāng)注重服務(wù)能力的提升，轉(zhuǎn)變政府的管理思路，進(jìn)一步解放思想，走出“大政府”的傳統(tǒng)管理模式。例如，在社會(huì)福利方面，政府可以完善互聯(lián)網(wǎng)教育省級(jí)數(shù)據(jù)中心建設(shè)工作，做好教育數(shù)據(jù)的集成與服務(wù)，加快社會(huì)保障及醫(yī)療信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)工作人員信息網(wǎng)上查詢、監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，積極推動(dòng)旅游信息化服務(wù)和管理，實(shí)現(xiàn)智慧旅游，依托無線平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)交通等行業(yè)的智能水平，向智慧城市邁進(jìn)。

情況 5.4 若f3(v)=3,由引理1(5)知,此時(shí)最壞的情況是v點(diǎn)關(guān)聯(lián)4個(gè)6-面,3個(gè)(3,3,7)-面(兩兩不相鄰),v的非三角鄰點(diǎn)為6+-點(diǎn)。根據(jù)引理2，當(dāng)7-點(diǎn)v關(guān)聯(lián)3個(gè)(3,3,7)-面,如果這3個(gè)三角形中有兩個(gè)為窮的,第3個(gè)三角形一定為富的。根據(jù)權(quán)轉(zhuǎn)移規(guī)則R2.1中3度點(diǎn)優(yōu)先取得它非三角6+-鄰點(diǎn)的權(quán)值,故這3個(gè)三角形最壞情況下是2個(gè)窮面一個(gè)富面(或2個(gè)半窮面一個(gè)窮面),它們從7-點(diǎn)獲得的總權(quán)值為由R1,R2.1,R3.3及最壞3-面7-點(diǎn)情形得

2 技術(shù)原理及路線

2.1 技術(shù)原理

(2)密度自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究、仿真和軟件實(shí)現(xiàn)。密度內(nèi)環(huán)控制采用分段混合控制器，在密度波動(dòng)±0.01 g/cm3的范圍內(nèi)，依據(jù)密度計(jì)的設(shè)定，采用PID控制算法，控制補(bǔ)水閥的開度，使密度滿足要求。如果密度波動(dòng)范圍是±0.015 g/cm3時(shí)，采用模糊預(yù)測控制算法控制分流閥開度進(jìn)行分流。模糊控制規(guī)則的搜集和建立需要依據(jù)入選原煤資料，結(jié)合現(xiàn)場崗位司機(jī)和技術(shù)人員的操作經(jīng)驗(yàn)來制定，在實(shí)驗(yàn)室仿真的基礎(chǔ)上進(jìn)行密度控制系統(tǒng)的開發(fā)、上位機(jī)組態(tài)軟件開發(fā)，自動(dòng)控制和人工干預(yù)在集控室均可實(shí)現(xiàn)。

2.2 技術(shù)路線

在2305入料管上安裝壓差式密度計(jì)、磁性物含量儀，用于檢測進(jìn)入旋流器的介質(zhì)密度與介質(zhì)中磁鐵粉含量與煤泥含量。在2307/1分流管上安裝分流閥，用于控制分流量，保障懸浮液密度。

建立傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制器及工控控制平臺(tái)，基于模糊預(yù)測控制算法，實(shí)現(xiàn)大慣性大滯后條件下的自動(dòng)分流，并保障密度控制的精度。

(3)管道設(shè)計(jì)與改造，依據(jù)控制對(duì)象特性，進(jìn)行分流管道管徑、防堵和安裝位置的設(shè)計(jì)與現(xiàn)場現(xiàn)有分流系統(tǒng)的改造，以滿足模糊預(yù)測控制的要求。

(4)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的調(diào)試和修改。

高陽煤礦選煤廠二期系統(tǒng)重介懸浮液分流自動(dòng)控制系統(tǒng)界面如圖1所示。該系統(tǒng)主要通過對(duì)補(bǔ)水閥門與分流閥門的自動(dòng)控制，對(duì)磁性物、煤進(jìn)行分流自動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)分流控制精度高，通過合理控制分流量，降低介耗，實(shí)現(xiàn)高精度密度自動(dòng)調(diào)節(jié)，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分流和自動(dòng)補(bǔ)水無擾切換。自動(dòng)分流條件下，分選密度波動(dòng)范圍小，更利于洗選產(chǎn)品灰分指標(biāo)控制。

3 重介懸浮液分流自動(dòng)控制系統(tǒng)

《中級(jí)財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)》課程實(shí)踐環(huán)節(jié)成績應(yīng)該由網(wǎng)絡(luò)課程出勤率、實(shí)踐課程參與度、定崗實(shí)習(xí)企業(yè)財(cái)務(wù)指導(dǎo)成績綜合構(gòu)成，全面反映高校本科生在本課程的完成度，并實(shí)現(xiàn)對(duì)課程全方位、有效考核。

圖1 二期系統(tǒng)重介懸浮液分流自動(dòng)控制系統(tǒng)界面

3.1 設(shè)備安裝

(1)研究傳感器、執(zhí)行裝置和控制器的選型、配置和安裝位置。擬采用同位素密度計(jì)測試分選系統(tǒng)的密度，擬采用壓力液位計(jì)測試合格介質(zhì)桶和稀介桶液位，協(xié)同密度自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。分流執(zhí)行機(jī)構(gòu)擬采用2個(gè)電控氣動(dòng)閥，PLC控制器采用西門子S7300，分流閥擬安裝在脫介篩下合格介質(zhì)管道處，密度計(jì)安裝在原密度計(jì)位置。

3.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

PLC控制器和服務(wù)器安裝在控制柜中，放置在36B配電室。

3.3 控制器

由電動(dòng)分流閥和電動(dòng)補(bǔ)水閥執(zhí)行密度分流控制。電動(dòng)補(bǔ)水閥放在混料桶和混料桶泵之間，分流閥在弧形篩下，相互耦合作用，協(xié)同配合實(shí)現(xiàn)密度控制。

4 應(yīng)用效果及效益

4.1 應(yīng)用效果

在使用“二期懸浮液分流自動(dòng)控制系統(tǒng)”以后，由于入料管上安裝了2個(gè)密度計(jì)，密度計(jì)的變化近似呈直線，如圖3所示，在整個(gè)生產(chǎn)過程中重介懸浮液處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，精煤生產(chǎn)和灰分得到了有效控制。

圖2 改造前二期重介系統(tǒng)懸浮液密度變化情況

在未使用“二期懸浮液分流自動(dòng)控制系統(tǒng)”以前，二期重介系統(tǒng)生產(chǎn)過程中的懸浮液密度變化情況如圖2所示。其呈鋸齒狀，展現(xiàn)的懸浮液密度一直處于很大的波動(dòng)中，給洗選產(chǎn)品灰分指標(biāo)控制增加難度，且手動(dòng)分流操作誤差大，造成介質(zhì)損耗高。

試驗(yàn)混凝土的水膠比統(tǒng)一為0.40，粗骨料和細(xì)骨料均分別為1 174 kg/m3及552 kg/m3。分別以粉煤灰摻量為水泥質(zhì)量的0 %、20 %、30%、40 %和50 %替代水泥，以研究粉煤灰摻量對(duì)混凝土水、氣體滲透性及其微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。試驗(yàn)混凝土配合比見表2，粉煤灰的摻量百分比表示其替代水泥的質(zhì)量比。

圖3 改造后二期重介系統(tǒng)懸浮液密度變化情況

通過使用二期懸浮液分流自動(dòng)控制系統(tǒng)，選煤廠實(shí)現(xiàn)了密度、液位、磁性物含量實(shí)時(shí)檢測監(jiān)控。穩(wěn)定了磁選機(jī)的工況，增加了介質(zhì)回收率。密度波動(dòng)范圍縮小，更利于控制洗選產(chǎn)品灰分指標(biāo)。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)分流自動(dòng)控制，分流補(bǔ)水無擾切換，在補(bǔ)介的情況下也可以實(shí)現(xiàn)密度的穩(wěn)定控制。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

采用二期懸浮液分流自動(dòng)控制系統(tǒng)后，穩(wěn)定了磁選機(jī)的工況，增加了介質(zhì)回收率。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，使用后，二期系統(tǒng)介耗降低0.2 kg/t，高陽選煤廠二期系統(tǒng)年入洗原煤200 萬t，介質(zhì)單價(jià)為600元/t，每年可節(jié)省成本24 萬元。

此外，使用該系統(tǒng)后，密度穩(wěn)定，對(duì)于重介精煤灰分指標(biāo)調(diào)控有較好的效果。

5 結(jié) 語

重介系統(tǒng)精細(xì)化管理的一個(gè)重要組成部分就是密度精準(zhǔn)控制，高陽煤礦選煤廠使用二期懸浮液分流自動(dòng)控制系統(tǒng)，生產(chǎn)實(shí)踐表明，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)分流自動(dòng)控制，分流補(bǔ)水無擾切換，在補(bǔ)介的情況下也可以實(shí)現(xiàn)密度的穩(wěn)定控制。提升了選煤廠密度精準(zhǔn)控制水平，降低了選煤廠介質(zhì)消耗，對(duì)選煤廠智能化建設(shè)也有指導(dǎo)意義。