選煤廠生產系統的智能化研究與規劃

（山西汾西礦業（集團）賀西煤礦 山西 033300）

隨著互聯網、物聯網、大數據、云計算等技術的迅猛發展，工業領域逐步進入了工業4.0時代，即智慧工廠時代。在智能化的浪潮下，智慧工廠已經在諸多行業揚帆起航，國外有德國的安貝格西門子工廠和博世洪堡工廠，國內有海爾工業4.0和中國石化九江石化智能工廠。目前在煤炭領域選煤廠智能化研究仍屬于初步階段，未有成功應用的案例。某選煤廠機械化、自動化水平較高，基礎條件較好，但是距離智能工廠還有很大差距。因此，某選煤廠立足于提高管理水平，降低生產成本，深度挖掘企業經濟效益，逐步發展智能化選煤廠，為企業探求降本增效的途徑。

1.某選煤廠生產系統的現狀

淺槽排矸系統和重介旋流器分選系統的分選密度需要人工調節，存在一定的滯后性，影響產品質量穩定，如介質系統的分流閥、補水閥等都需人工調節。淺槽分選系統的密度調節中，根據設定的合介密度，人工手動在集控室操作補水閥、電控分流閥，調節合介密度、桶位。但補水閥和分流閥都是獨立調節，沒有形成一個完善的密控系統，且系統中沒有磁性物含量計，無法直觀觀測合介中非磁性物含量。

三產品重介旋流器系統的密度調節中，根據設定的合介密度，人工在集控室調節補水閥；固定弧形篩下和精煤磁選機精礦設有電控分流閥，但都需要人工手動操作調節合介桶位、合介桶煤泥含量及合介桶密度。補水閥和分流閥都是獨立調節，沒有形成一個完善的密控系統。浮選系統采用3臺噴射式浮選機，需人工化驗指導現場加藥，化驗結果滯后于生產，且受人為因素影響大。壓濾系統共有10臺壓濾機，其中淺槽車間有1臺煤泥壓濾機，主廠房有4臺精煤壓濾機，壓濾車間有5臺尾煤壓濾機，均為單機自動化，只能通過現場控制柜進行操作，控制壓濾機的排隊卸料。

濃縮系統共有2臺濃縮機和2臺絮凝劑添加裝置，目前通過現場操作面板手動調節配藥時間（對應配藥濃度）和加藥泵頻率（對應加藥量）。現場調節的參考因素只有濃縮機底流濃度（人工濃度壺測量）和壓濾成餅情況（詢問壓濾崗位司機）。藥劑添加憑經驗，無法做到精確量化。

現有自動化系統完善，主要針對選煤廠自動化系統硬件進行升級，具體包括閥門、閘板升級，增加攝像頭、傳感器等；智能化環境建設，主要是指構建智能化所需的無線網絡及后臺服務系統；生產系統整合連接，包括單機自動化設備的智能接入，同現有工控系統的數據交互。

2.生產系統的智能化研究

選煤廠智能化的最終目標是為選煤廠增加經濟效益，增加經濟效益的途徑有兩種，一是降本，二是增效。降本主要包括降低人員、電力、維修、介質消耗、藥劑消耗成本；增效主要是穩定產品質量所帶來的收益。本次規劃主要針對生產系統這個方面對選煤廠進行智能化改造。實施的主要步驟為通過對現有系統完善升級，將現有生產系統與智能化系統進行整合，構建選煤廠智能化環境和配置智能硬件，對選煤廠自動化、信息化進行升級，最終實現選煤廠的智能化，為企業創造效益。

(1)生產系統的工藝系統數據采集平臺

針對選煤廠的生產現狀，構建工藝系統數據采集平臺，通過對現有的設備保護、監控器、傳感器等進行自動化升級，實現智能設備在線監測，實時返回生產監測數據，智能調整生產，保證生產的連續和安全。

工藝系統數據采集平臺包括智能淺槽分選、智能重介旋流器分選、智能浮選、智能壓濾控制、智能濃縮加藥五個子系統，主要面向于選煤廠生產管理。在最底層的過程控制層面智能化需要做的基礎工作包括：第一，完善現有系統，主要針對選煤廠硬件的自動化升級，具體包括閥門、閘板升級，增加攝像頭、傳感器等；第二，智能化環境建設，主要是指構建智能化所需的無線網絡及后臺服務系統；第三，生產系統整合連接，包括單機自動化設備的智能接入，同現有工控系統的數據交互。實現智能分選、智能任務協作、系統智能運行、智能啟停、機器視覺故障預警、在線監測管理。

①信息數據化

已接入PLC進行監測和控制的設備，通過同現有PLC系統通訊，獲得設備及現有系統的運行、故障、保護、頻率、桶位、壓力、電流等數據，并可對設備進行啟停控制、參數的設定調節。未接入PLC的設備，將對其進行接入升級。對于單機自動化設備，將其與智能化系統直接進行通訊，實現單機自動化設備的信息化/數字化，并建立連接，可實現狀態監測和生產過程控制。

②數據網絡化

數據采集完成后的第二道工序是數據的網絡傳輸，在目前現有選煤廠成熟的工控網絡基礎上，針對不同的應用場景，會引入一些高效的先進的物聯網技術，例如WiFi、ZigBee、RFID等實現數據的網絡化，將各個生產場景、設備進行連通，所有采集到的終端數據需要進行存儲，在本地增加服務器建立數據中心，打造端到端交互的中心樞紐。

③網絡智能化

智能化集中體現在對數據的分析處理上，通過對歷史大數據的分析，結合系統的自學習功能，提取出數據間的相關性，構建出用以指導智能生產的模型，主要的智能分析模型包括經濟效益分析預測模型，產品質量穩定模型以及設備可靠性維護模型。

(2)智能淺槽分選

密度系統的穩定性是選煤廠生產中的重要環節，直接影響選煤廠的經濟效益。在補水管道上增加流量計，在淺槽合介入料管上增加磁性物含量計，通過計算機數據模擬計算，使補水閥和分流閥有機結合，與分選密度聯鎖，共同調節合介密度、桶位、合介中非磁性物含量，最終實現密度系統的智能控制，提高合介桶密度系統穩定性。增加的硬件參數為：磁性物含量計DN100，精度±1%，0-1000g/L；流量計DN100。

(3)智能重介旋流器分選

①密度控制及優化。在合介桶補水管路上增加流量計，將補水、分流閥有機結合，并與分選密度聯鎖，通過設定目標分選密度，各環節聯動調節，實現旋流器密度系統的智能控制，提高合介桶密度系統穩定性。增加的硬件參數為：流量計DN100。

②旋流器生產壓力優化。介旋流器入料壓力的增加將帶來兩方面的優點，第一，物料的流速增加可提高重介旋流器的單位處理能力，第二，入料初速度的增加將導致離心強度增加從而加速分選過程，提高分選效果。但是壓力過大也將帶來使重介旋流器內的密度分布更加不均勻使分選效果降低以及增加設備磨損等缺點。計劃配合煤質單機檢查化驗，通過對旋流器壓力累積數據的智能分析，探尋不同工況下最優的壓力范圍，保證分選效果，降低能耗及設備損耗。

③介質性質優化。由于循環懸浮液中保持一定數量的煤泥，能增加懸浮液的穩定性，直接影響重介旋流器的分選效果。計劃通過試驗、煤質單機檢查及數據模擬與分析，找出最適宜磁性物含量和懸浮液中煤泥含量的組合。將PLC中磁性物含量計測定的數據接入智能分選系統，實現懸浮液煤泥含量的在線檢測反饋，配合密控系統分流操作執行，優化懸浮液組成。

④二段入料堵料報警優化。通過在線監控旋流器壓力異常，自動判斷二段入料堵料，結合智能報警、智能任務模塊快速通知相關操作人員，大大提高事故處理的效率，降低由此帶來的生產事故影響。

(4)智能浮選

設計增加礦漿灰分在線檢測儀和智能加藥站等設備，與現有加藥設備整合，構建智能浮選系統，對一、二次浮選的礦漿“實時在線檢測”，根據灰分檢測值以及入料濃度、流量檢測值，實時調整智能加藥站的藥劑制度和浮選設備的參數，進而提高浮選系統的分選精度和穩定性。實現浮選生產過程趨于“精礦灰分合格穩定、回收率高、藥耗低、無人值守”的理想狀態穩定運行。

(5)智能壓濾控制

開發智能壓濾模塊，并將壓濾機PLC的Modbus信號轉為ModbusTCP信號后接入服務器后臺。通過引入智能邏輯自動判斷壓濾機進料結束和智能排隊卸料，通過智能壓濾模塊讀取壓濾機狀態信息以及對壓濾機進行控制。可以實現壓濾入料桶自動補料，入料閥門自動開關，濃縮底流泵自動啟停；自動判斷壓濾進料結束；壓濾機智能排隊卸料。

(6)智能濃縮加藥

在濃縮機入料和底流增加在線濃度計，將絮凝劑添加裝置接入智能化系統，濃度計數據、加藥泵啟停、頻率設定、運行狀態等信號接入智能化系統，通過PAD遠程控制絮凝劑添加裝置參數，具體功能規劃：通過移動PAD遠程控制絮凝劑添加裝置參數；通過移動PAD終端對絮凝劑添加裝置進行狀態監測和控制；通過移動PAD終端監測煤泥水系統狀態，實現讀取濃縮機電流、入料濃度、壓濾機入料時間信息，指導加藥；通過移動PAD終端遠程調節配藥時間和加藥泵頻率，實現對加藥裝置的遠程控制。

3.總結

生產系統的智能化目標可以概括為：降本增效、穩質提效、安全高效，最終目的是要增加企業的經濟效益。為適應未來工業的發展形勢，尤其是在這煤炭企業改革創新新階段，發展智能選煤廠對進一步提高管理水平，降低生產成本，挖掘企業經濟效益，實現選煤廠正常連續及安全生產具有重要意義。