基于PLC的多料倉自動化精準配煤控制系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

［摘 要］為了提高煤炭資源的合理高效利用，需要對不同品質(zhì)的煤炭進行精準配置。針對目前選煤廠配煤任務(wù)繁重，人工靠經(jīng)驗配煤比例的方式精度較低，勞動強度大且不容易控制等情況，文章擬研究一套以哈拉溝選煤廠為背景的多料倉自動化精準配煤控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過實時調(diào)整不同煤質(zhì)煤炭的比例，將特種煤的煤質(zhì)嚴格控制在合理的區(qū)間內(nèi)。打破傳統(tǒng)配煤系統(tǒng)原煤倉存放煤炭比較固定，不能靈活調(diào)動的問題，實現(xiàn)選煤廠自動化精準配煤，從而提高配煤質(zhì)量，減少勞動力，保證用戶需求。以推動國家智能化技術(shù)與煤炭產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，提升精準配煤的智能化水平，促進我國煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

［關(guān)鍵詞］多料倉；原煤隨機存放；精準配煤

［中圖分類號］TM76 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）09–0176–03

隨著經(jīng)濟水平的高速發(fā)展以及科技水平的不斷進步，煤炭資源在為我國經(jīng)濟發(fā)展做出貢獻的同時，其對生態(tài)環(huán)境帶來的污染問題也日益突出。如何清潔、高效、可持續(xù)利用煤炭資源成為開采及利用煤炭資源的發(fā)展方向。雖然我國煤炭資源儲備豐富，種類多樣，但是可以高效利用的優(yōu)質(zhì)煤炭資源并不豐富。

為了合理利用優(yōu)質(zhì)煤炭資源，根據(jù)不同的客戶需求對不同種類的煤炭進行不同比例的精準配備，以滿足用戶的需求，需要提高煤炭精準配置加工技術(shù)以保障煤炭資源具有更高的利用效率。現(xiàn)有選煤方式大多以人工經(jīng)驗進行不同煤炭種類的粗略比例配置，無法高效合理的利用煤炭資源，加大了煤炭的生成成本。在科技不斷發(fā)展下，需要以自動化技術(shù)為基礎(chǔ)，不斷加強技術(shù)能力，力求加快智能化精準配煤的選煤進程。

文章從選煤廠的源頭開始減少精準配煤的工作繁瑣性，以全國首例年裝車量為1500 萬t 左右的哈拉溝選煤廠設(shè)計項目作為研究背景，不同于以往在選煤源頭先對不同原煤進行分類，之后通過控制不同灰分值煤炭的流量達到目標煤炭的需求質(zhì)量，此次研究中選煤源頭5 個原煤倉的煤炭是隨機不確定堆放的，選煤廠的各種原煤煤炭量隨機變動。原煤倉根據(jù)不同原煤產(chǎn)量隨機存放，完全打破了傳統(tǒng)的原煤倉存放指定的原煤種類，可輕松應(yīng)對某一原煤數(shù)量較多時無處存放的緊急情況，同時，既可解決因不同原煤數(shù)量不均勻引起的存放問題，也可以為裝車系統(tǒng)提供不同標準的配置煤。而且文章研究的精準配煤控制系統(tǒng)是根據(jù)不同原煤的比例進行配置的，與以往簡單根據(jù)檢測目標煤的灰分值來判斷所配標準煤是否合格不同，通過這種設(shè)定原煤比例的配置方法，配置的標準煤精準均勻，完全實現(xiàn)煤炭的精準配置，可為以后國內(nèi)其他選煤廠進一步提升改造精準配煤配置系統(tǒng)提供一定的參考價值。

1 精準配煤現(xiàn)狀

我國煤炭資源種類多樣，但總儲量較少，且優(yōu)質(zhì)的煤炭儲量更少，為節(jié)約優(yōu)質(zhì)煤炭以及提高煤炭資源的利用率，近年來儲配煤技術(shù)得到快速發(fā)展。根據(jù)實際用戶對煤炭的需求，將若干不同種類、不同品種的煤炭按照一定比例摻配，并根據(jù)各種煤在性質(zhì)上的差異，相互“取長補短”，最終使得配出的煤在綜合性能上達到“煤質(zhì)優(yōu)化互補”，以滿足實際的需求[1–2]。生產(chǎn)過程中，對于單一且穩(wěn)定煤質(zhì)的煤炭而言，其可選性一般不會發(fā)生太大的變化，但是對于同時入選多個煤層的原煤或不同煤種原煤，存在一定的難度。不同煤種原煤的可選性曲線之間也是存在一定的差異，且在相同分選密度級下分選，其灰分之間可能存在較大差別[3]。因而配煤入選過程就是為了穩(wěn)定原煤煤質(zhì)，保障后續(xù)分選環(huán)節(jié)的分選效果。針對如何實現(xiàn)不同煤種原煤同時入選的問題，確定最佳的配煤方案成為這一問題的關(guān)鍵。

針對動力配煤的研究，部分研究院所針對配煤理論、配煤模型的求解及優(yōu)化、配煤模型的應(yīng)用進行了研究[4–5]，均得到相似結(jié)論，即認為混煤摻燒具有重要意義。其中，浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點實驗室和浙江大學(xué)熱能工程研究所進行了一系列多煤種混配特性研究，解決了大多數(shù)文獻中報道的僅對兩種煤混配的結(jié)果進行分析的局限性。將3 種煤混配與單種煤進行揮發(fā)分、發(fā)熱量相關(guān)性比較，對混煤燃料比與著火特性的關(guān)系進行研究，得出混煤燃燒具有節(jié)能效果的結(jié)論[6]。

華陽一礦選煤廠采用傳統(tǒng)的自動精準配煤對現(xiàn)有的設(shè)備進行相應(yīng)的改造，對改造結(jié)果進行分析發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)配煤系統(tǒng)只能簡單的應(yīng)付原煤存放固定且種類較少的選煤廠煤炭配煤，并通過檢測原煤的灰分值控制原煤的流量，從而配置出灰分值標準的配置煤[7]。

2 多料倉自動化精準配煤控制系統(tǒng)

2.1 自動化精準配煤控制系統(tǒng)簡介

哈拉溝選煤廠5 個原煤倉中的煤炭隨機存放，隨著原煤的進入，不同時間段原煤倉中的原煤種類不同，需要在原煤倉的裝車皮帶上設(shè)置3 個特殊電子稱和3個煤炭灰分值檢測儀，分別對不同區(qū)段的原煤進行稱重檢測。通過檢測3個區(qū)段煤炭的灰分值和煤炭流量，確定所配置的不同原煤煤炭比例是否達到要求，在此過程中不斷對檢測結(jié)果和設(shè)定的配比進行比對，從而調(diào)整原煤倉下30 個振動給料機，以達到所需求原煤配比合格的標準煤。

2.2 多料倉精準配煤算法

在配煤的過程中，原煤的灰分與流量公式如下：

X1Z1+X2Z2+X3Z3=X4Z4（1）

式中，X1為1號原料煤的產(chǎn)品灰分；Z1為1號原料煤的產(chǎn)品流量；X2為2號原料煤的產(chǎn)品灰分；Z2為2號原料煤的產(chǎn)品流量；X3為3號原料煤的產(chǎn)品灰分；Z3為3號原料煤的產(chǎn)品流量；X4為配置后煤的目標灰分；Z4為配置后煤的目標流量，其計算公式如下所示：

Z4=Z1+Z2+Z3（2）

以往選煤廠的常規(guī)做法是原煤倉中的原煤是固定的，只需要通過控制不同原煤的流量，使標準煤的目標灰分X 達到規(guī)定的值即可。文章實施精準配煤設(shè)計，在原煤倉中煤炭存放隨機的情況下，配置出不同煤炭比例一定的標準煤，所配置標準煤是否合格，可根據(jù)判斷不同原煤的比例確定。不同于原始的配煤方式，僅簡單控制不同原煤的流量完成標準煤的配置。

根據(jù)不同檢測點的數(shù)據(jù)，求得所需要控制點的流量Z2 和Z3 的數(shù)據(jù)，從而通過控制Z2 和Z3 對應(yīng)上方的振動給料機給定相對應(yīng)數(shù)量的原煤，以此達到標準煤的配置要求。由式（1）和式（2）計算得出：

通過對配比優(yōu)化，得出：

從優(yōu)化的配比中篩選出最優(yōu)配比：

式中，M為所求的最優(yōu)化的值（最小值），從而得出最優(yōu)化的配置比例Z1∶Z2∶Z3。

精準配煤的的控制調(diào)節(jié)主要是通過設(shè)定好標準煤配置比例，對不同原煤進行實時檢測，將檢測結(jié)果和設(shè)定好的標準煤配比進行比對，根據(jù)比對結(jié)果調(diào)整振動給煤機的頻率來控制原煤的給量，從而使標準煤的配置比例達到事先設(shè)定好的合格標準。

2.3 多料倉精準配煤模型開發(fā)

（1）在變頻器和皮帶秤安裝完畢，對每個煤種做獨立的頻率– 給煤量試驗，建立基礎(chǔ)的給煤量模型，試驗過程中，用新型皮帶秤計量給煤量。

（2）在用基礎(chǔ)試驗?zāi)Ｐ偷倪^程中，利用新型皮帶秤監(jiān)測每個煤倉的總給煤量，并建立負反饋調(diào)節(jié)機制，監(jiān)測給煤量是否偏離，并進行調(diào)整，保證運行過程中給煤比例穩(wěn)定，避免出現(xiàn)煤質(zhì)事故。

（3）在運行過程中，設(shè)定需要的標準煤原煤配置比例，不斷對比各個檢測點的檢測數(shù)據(jù)，通過調(diào)整振動給煤機的頻率控制原煤的給煤量，皮帶秤將檢測的數(shù)據(jù)和設(shè)定數(shù)據(jù)進行對比，完成實時對原煤比例的控制調(diào)整。

（4）優(yōu)化給煤量模型，提高給煤的精準度，同時仍將新型皮帶秤數(shù)據(jù)作為反饋，保留負反饋調(diào)節(jié)機制。系統(tǒng)在運行過程中自動積累數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)，不斷優(yōu)化模型，數(shù)據(jù)積累的越多，給煤量模型越準確。多料倉精準配煤模型實施流程如圖1 所示。

2.4 配煤實時控制系統(tǒng)開發(fā)

（1）當(dāng)所有的硬件和分系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用后，開始實施實時精準配煤控制。

（2）配煤決策模塊根據(jù)煤質(zhì)信息、裝車任務(wù)等確定當(dāng)前車次的裝車任務(wù)和配煤比例、配煤煤倉、給煤機開啟方案，并發(fā)送給開發(fā)的配煤實時控制系統(tǒng)。

（3）根據(jù)給煤機數(shù)量方案開啟給煤機，設(shè)置給煤機頻率。

（4）每個煤倉下方的皮帶秤實時監(jiān)測和累計該煤倉的配煤量，并發(fā)送給配煤控制系統(tǒng)，計算給煤量是否偏離，如偏離則進行調(diào)整。

（5）多能譜煤質(zhì)在線分析儀實時監(jiān)測煤質(zhì)，并發(fā)送給精準配煤系統(tǒng)，精準配煤系統(tǒng)根據(jù)煤質(zhì)在線分析儀和裝車皮帶上測總煤量的皮帶秤進行累計加權(quán)平均，計算累計加權(quán)平均的煤質(zhì)是否超標，如果超標則對配煤比例進行微調(diào)。

重復(fù)上述步驟（3）～（5）。

多料倉配煤控制系統(tǒng)實施流程如圖2 所示。

（6）多料倉自動化精準配煤控制系統(tǒng)的應(yīng)用流程如圖3 所示。

3 結(jié)束語

綜合對比發(fā)現(xiàn)本項目研究的多料倉自動化精準配煤控制系統(tǒng)，在處理原煤復(fù)雜程度方面要完全優(yōu)于傳統(tǒng)精準配煤系統(tǒng)，可同時精準的對多種原煤按設(shè)定好的配置比例進行精準配置，最終形成的標準煤不僅在質(zhì)量方面且在裝車效率方面得到了大幅提升。在按需求完成精準配煤的同時，也為客戶在成本投資上也減少了較多的人力投資成本。相信這種新型的多料倉自動化精準配煤控制系統(tǒng)以后將會在各大選煤廠進行推廣，產(chǎn)生明顯的市場效益。

參考文獻

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