選煤廠生產智能化探討

李梁才

(1.中煤科工集團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，也是國家經濟的重要支柱之一。隨著技術的發展和進步，煤炭行業在自動化和信息化技術上取得了長足的進步。在設備可靠性方面，新建設的選煤廠，前三年在生產運行中很少出現設備問題，設備維修成本很低，如果按照設備要求正常生產就可以保證設備的良好生產狀況，說明設備的可靠性已經達到了一定的水平； 在信息化方面，現在SQL、ORACLE等數據庫軟件在選煤廠已經得到普遍應用，大多數選煤廠也都注意到了生產數據的重要性，形成了良好的存儲習慣，并在大量數據的基礎上做了一定的分析；在自動化方面，主流的控制系統都已經具備了以太網網絡通訊功能，大、中、小型化的控制器都具備了網絡功能，所有生產設備都能方便地納入整套控制系統中；在網絡方面，已經進入了網絡信息時代，萬物互聯，信息交互實時可靠，選煤企業一直存在的“消息壁壘”、“信息孤島”問題都有了成熟的解決方案，物聯網技術、云平臺技術，尤其是網絡通訊速率的提高，為數據的實時性提供了一定的保障。

選煤廠生產智能化對于工藝環節比較固定的洗選系統，可以提高產品的分選精度和生產效率，節能降耗；對于工藝環節比較復雜，存在各種可能流程的洗選系統，隨著洗選過程的累積，有可能誕生更優秀的洗選工藝流程[1-3]。系統智能化就像給系統裝上了永不疲憊的人類大腦一樣，它主動地感知和分析判斷怎樣能讓系統更加優化。

1 選煤生產系統組成

選煤廠生產系統從原煤來料開始，直至洗選出產品煤，并配送裝車結束。設備流程如圖1所示。

圖1 選煤廠生產系統設備流程

選煤生產系統首先要根據洗選產品要求化驗原煤，確定原煤配比和分選指標，然后根據分選指標進行原煤分選生產，生產中按照要求定時取樣化驗原煤和產品指標，原煤經分選后落入產品倉，最后產品計量裝車。

2 選煤自動化系統

2.1 原煤配煤系統[4]

給煤機由變頻電機來驅動，利用變頻器給電動機供電，改變變頻器輸出電壓的頻率就可以改變給煤機的給煤速度，從而改變給煤機的給煤量。為了實現給煤機給煤量的控制，就要對每臺給煤機給煤量的大小進行檢測，由于給煤機給出的煤落入帶式輸送機上，故可在帶式輸送機的輸送帶上安裝電子皮帶秤對給煤量進行實時檢測，然后由PLC將檢測到的實時煤流量和預先設定的煤流量構成閉環，這樣就可以實現給煤量的精準控制，從而完成選煤廠的定制化生產要求。目前配煤系統已經應用在很多選煤廠，基本達到預期效果。

2.2 煤質化驗系統[5]

化驗部分的自動化目前能夠實現自動定位、自動取樣、自動制樣功能，其中自動定位由圖像自動識別系統實現；自動取樣由控制器驅動行走機構到采樣點，調整好位置后，由取樣機構進行取樣；自動制樣通過輸送帶、錘式破碎機、縮分器進行縮分制樣。目前制樣到分樣及化驗的自動環節還沒有成熟方案。

2.3 供配電系統[6]

每個配電回路均配置智能斷路器和智能綜合保護器。智能斷路器具備就地分合閘/遠程分合閘功能，可將遠程分合閘功能接入PLC系統；智能綜合保護器具備過電壓、欠電壓、過載、短路、漏電、遠程通訊、用電顯示、故障顯示、過載額定電流、過電壓、欠電壓、漏電流可調等功能，通過通訊方式接入PLC系統；在上位機界面就可以實時去操控配電回路，同時查看線路檢測情況。現有選煤廠配置智能斷路器的比較少，基本是維護人員需要維護哪臺設備就通知電氣人員去配電室拉開對應設備斷路器，電氣人員勞動作業時間比較長。

2.4 集中控制系統[7]

為每個設備設計二次控制回路，配合PLC進行必要的設備控制信號的采集和設備啟停的控制，通過編制程序定制設備的啟停方式及規則。常規有三種控制方式：①就地控制箱按鈕啟停(或者現場觸摸屏啟停)；②上位機就地啟停；③上位機集中啟?！，F有選煤廠基本都配備了集中控制系統，并且三種控制方式并存，在程序編制上雖然存在差異，但系統架構都已齊備。

2.5 密度控制系統[8]

在重介選煤工藝的必要環節中主要涉及到的選煤設備有旋流器、淺槽重介分選機、斜輪重介質分選機、立輪重介質分選機等。通過檢測懸浮液密度、懸浮液磁性物含量，根據分選指標，去調節合格介質桶、泵的加水調節量和弧形篩下分流執行機構的開度。PLC采集密度、磁性物含量、壓力、加水閥門開度、分流執行機構開度等數據，編制程序控制加水閥門和分流執行機構開度，保證懸浮液的密度和煤泥含量在合格范圍內。現有重介選煤廠基本都配備了密度控制系統，有很多選煤廠將密度控制系統和集中控制系統直接整合在一套PLC系統中。

2.6 浮選自動加藥系統[9]

該系統為浮選機、浮選柱等浮游選煤設備必備系統，根據煤質的不同，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，根據煤質化驗的不同，兩種藥劑遵循一定的質量比進行添加。PLC系統通過檢測入選來料的濃度和流量，編制程序控制藥劑的定量添加，常規定量添加設備為計量泵，也可以用普通泵與流量計配合添加。部分選煤廠還有采用人工微調的方式來進行藥劑添加，或采用遠程人工定量方式進行藥劑添加，實現自動添加的選煤廠比較少。

2.7 濃縮池自動加藥系統[10]

通過藥劑加速煤泥水中煤泥的沉降，根據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，根據化驗煤質的不同，兩種藥劑遵循一定的比例進行添加。PLC系統通過檢測入料煤泥水的濃度、流量和溢流水的濁度，編制程序控制藥劑的定量添加，常規定量添加設備為計量泵，還可以用普通泵與流量計配合來做定量添加。同樣，實現自動添加的選煤廠比較少。

2.8 設備運行狀態監測系統[11]

選煤設備種類很多，主要分為給料設備、篩分設備、破碎設備、分選設備、脫水設備、濃縮設備、壓濾過濾設備、磁選設備、除鐵設備、輸送設備、泵類、風機類等，基本可以分為振動設備、固定設備、旋轉設備。選煤廠電機基本為鼠籠異步電動機，主要檢測電動機的軸溫和定子線圈溫度；泵類和振動類設備主要檢測振動位移幅值、速度幅值、加速度幅值、橫向偏移、縱向偏移，振動幅度等?，F在選煤廠大型電機在采購時就跟廠家提出埋鉑電阻的要求，以監測電機溫度，還未采用其他檢測手段。選煤廠目前離線振動檢測技術已經成熟，但亟需在線實時振動檢測技術。

2.9 定量裝車系統

一般采用小型PLC和電子衡配合來完成定量裝車，由電子衡來稱量質量，由PLC控制下料閘板，通過編制程序實現定量裝車，有一定的精度誤差，結算按最后實際質量為準。我國煤炭裝運水平參差不齊，操作方式各異，一般選煤廠都會設置地磅房，采用人工裝車、人工記賬的方式。這些方式自動化程度不高，不便于工作人員了解現場運行情況，不利于實時管理，進而影響企業的經濟效益。

3 選煤信息化系統[12]

3.1 煤質化驗數據系統

煤質化驗需要進行篩分、浮沉試驗，得到原煤和產品煤的產率、灰分、水分、硫分、揮發分、黏結指數等數據，同時選煤生產各個必要的工藝環節數據都需進行化驗，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節盡量有數據支撐。

3.2 設備狀態數據系統

狀態數據是設備的非電性監測數據，是確保設備正常運行，需監測設備狀態的信息。比如對電機類設備的溫度監測，對泵類設備的振動監測，對篩分類設備的偏移監測，對壓力類設備的壓力監測等，這類數據就像設備的醫生一樣隨時監測設備狀態。選煤廠對此類信息的監測目前還比較少。

3.3 電氣回路數據系統

設備供電和控制回路數據監測，主要包括啟動、停止、集中/就地等按鈕信號監測，空開信號監測，綜保數據監測，軟啟動器數據監測，變頻器數據監測，這類數據在電氣上保護和控制設備的狀態。選煤廠對此類信息的采集，除了空開自動分閘、自動合閘應用比較少之外，其他信息都基本具備。

3.4 儀器儀表數據系統

工藝設計上的桶類和池類容器的液位檢測儀表、筒倉檢測的料位儀表、密度儀表、磁性物含量儀表、流量儀表、壓力儀表、分流執行機構、加水調節閥門、閘門開度儀表以及輸送帶保護使用的跑偏、拉繩、堆煤、失速、溫度、煙霧、撕裂等，這類數據提供了工藝的需求數據，還有設計安全的保護類儀表。選煤廠對這類信息的檢測目前基本具備。

3.5 藥劑添加數據系統

選煤廠藥劑主要涉及到浮選系統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，需要監測藥劑的實時使用量和累積使用量以及藥劑箱現有藥劑量，這類數據是保證藥劑系統正常運行的必要數據。大部分選煤廠沒有此類數據的監測，只是人工進行確定。

4 選煤智能化系統[13-14]

選煤智能化系統是基于完善的自動化系統和完善的信息化系統，自動化系統和信息化系統運行在日益完善和高速的網絡技術鋪就的信息高速公路上，通過數據分析技術將信息化系統提供的大量信息進行整合分析，進而決策自動化系統的執行，而不是靠人為發號施令去執行。選煤廠生產智能化系統框圖如圖2所示。

圖2 選煤廠生產智能化系統框圖

比如原煤煤質化驗數據的實時提供，智能決策最佳原煤配比，決定系統所能支持的最佳入選量，調整所需分選密度，進而調整加水閥門和分流執行機構的開度，調整各入料泵的頻率等，形成一套智能決策系統，系統中某一時刻的可調節環節在數據的分析決策下會形成一個相對固定的參數，隨著數據信息實時變化而變化。

自動化系統和信息化系統就相當于人的身體和感知神經系統，智能化就相當于在自動化和信息化的基礎上加上了人類的大腦，自動化去執行，信息化去采集和傳遞，大腦去分析決策。生產系統需要人為確定的就是生產指標和生產量，這樣智能系統就可以自動地按照最佳效果去完成生產任務。

智能化系統在實現智能化的基礎上利用現有的技術進行網絡發布、云平臺技術開發、手機APP開發、大數據分析挖掘等，以最友好的方式展現給最終使用者任何需要的數據信息[15]。

5 結語

選煤廠生產智能化建設還處于起步階段，在自動化方面和信息化方面還存在一定的不足。選煤廠生產智能化實現以后，整個生產系統就需要接受給它下發的生產指標和生產量指令，按照指令以最佳的方式完成生產任務，就像一臺龐大的機器一樣穩定的工作。選煤廠生產智能化一定可以實現，行業領先的企業和公司要起到帶頭作用，爭取將這臺龐大的智能化機器早日生產出來。