重介淺槽集中控制系統在西曲礦選煤廠的應用

許建寧，岳興華，張玉石，楊海鳳

(沈陽科迪通達工程技術有限公司，遼寧 沈陽 110013)

重介淺槽集中控制系統在西曲礦選煤廠的應用

許建寧，岳興華，張玉石，楊海鳳

(沈陽科迪通達工程技術有限公司，遼寧 沈陽 110013)

介紹了西曲礦選煤廠重介淺槽排矸工藝流程，闡述了重介淺槽集中控制系統的設計方案與控制功能。生產運行數據表明，重介淺槽集中控制系統投運后，重介淺槽系統運行穩定可靠，效果良好，排矸效率達99.79%，可能偏差為0.046，介耗為0.59 kg/t。

重介淺槽集中控制系統；重介淺槽排矸工藝；控制功能；排矸效率

1 概述

山西西山煤電(集團)公司西曲礦選煤廠是一座設計能力為3.0 Mt/a的礦井型選煤廠，于1987年建成投產，原設計采用原煤螺旋分選、跳汰粗選、重介質旋流器精選、煤泥浮選聯合工藝流程，主要產品為12級焦精煤。隨著煤層賦存條件的變化，入選原煤煤質逐漸變差，原煤中矸石含量越來越大，但是原煤儲運車間的篩分破碎工藝排矸效率低，對煤質變化適應性較差，導致矸石帶煤損失嚴重，已無法滿足正常的排矸要求。為適應煤礦生產的需要，通過市場調研，西曲礦選煤廠于2011年對原煤儲運車間進行技術改造，新增了XZQ型重介淺槽分選機，用以完成排矸[1]任務，并通過建立集中控制系統，使生產和管理過程自動化程度大大提高，較好地滿足了排矸生產需求。

2 重介淺槽排矸工藝流程[2]

新增的重介淺槽排矸工藝流程為：原煤采用φ260 mm固定篩分級后，>260 mm粒級進入矸石倉，<260 mm粒級物料經配煤刮板進入φ50 mm原煤分級篩；原煤分級篩篩下物進入原煤產品倉，篩上物進入重介淺槽分選機；淺槽分選機分選出的塊精煤經脫介篩脫介后，再經破碎機破碎后入倉，分選出的矸石則經矸石篩脫介后運至矸石倉。考慮到原煤排矸的重要性，為了不影響礦井生產，重介淺槽分選系統按雙系統設計，工作方式為一用一備。系統重介淺槽分選介質調節通過兩臺脫介篩后安裝的分流箱進行，由安裝在分流箱上的電動執行機構控制，通過集控系統的密度自動控制模塊實時調節分流量，滿足淺槽系統對重介密度的要求。

3 重介淺槽集中控制系統

3.1 設計要求

重介淺槽集中控制系統應實現系統內所有生產設備的集中監控，完成工藝系統的自動化控制。應具有生產設備順煤流停車、逆煤流啟車的順序控制功能；所有設備運行狀態的監視，壓力、流量、液位、密度、電流、電壓等儀表信號的檢測，故障報警、生產設備急停，且能保證在淺槽分選故障停車情況下不積煤；具有數據采集與處理功能，上位機操作界面顯示工藝流程、測量參數、控制設備狀態及參數等，并可對一些參數進行累計、計算和統計；當參數越限報警、控制設備故障或狀態變化時，在界面上能聲光報警，且故障類型及部位在界面上有明確指示。此外，要求該系統采用開放式的國際標準TCP/IP以太網，可與選煤廠原集控系統無縫連接，為構建全廠生產信息管理網提供便利。

3.2 方案設計

3.2.1 自動化方案

根據重介淺槽分選工藝的要求，系統采用美國通用電氣公司GE的90-30系列PLC控制系統作為自動化解決方案。原煤儲運車間重介淺槽分選系統的各主要工藝參數均設置相應的在線監測儀表，采用美國GE PROFICY HMI/SCADA-iFIX工控組態軟件配備先進、成熟的生產過程監控軟件平臺，采集分析所有的數據，指導控制級實時完成對系統工藝參數的控制和所有生產機電設備的順序啟停控制，同時在集控室操作站上實時顯示對各參數的預處理，并上傳給生產管理系統網，處理現場發生的各種問題?？刂葡到y網絡按三層網絡結構設計，包括信息層(選煤廠管理級)、生產監控層(系統控制層)和設備層(現場設備I/O層)[3]。

(1)設備層。原煤重介淺槽系統生產工藝獨立，PLC主機采用90-30系列CPU，并擴展一組I/O模塊。CPU型號為IC693CPU374，該CPU采用無風扇設計，處理能力強，運行穩定，適用于對可靠性要求高的復雜控制對象。美國GE公司PLC有專門的PME(Proficy Machine Edition)7.0編程軟件，可以高效設計、編寫和調試PLC程序。PLC的數字量I/O模塊與外界電氣設備通過隔離繼電器硬連接線，完成生產設備電氣信號的反饋、啟停命令的執行等功能；模擬量I/O模塊與現場儀表通過信號隔離器實現儀表變送信號的抗干擾功能，儀表檢測信號準確、穩定、可靠。對于變頻器的選擇，考慮到設備的實際功率和工作電流，采用ABB公司的ACS800工程型變頻器。ACS800變頻器的設計具有效率高、故障自診斷處理、直接轉矩控制和電動機參數自識別等特點，可方便地進行有關參數、力矩特性、調速特性等設置，接受PLC控制信號從而完成控制任務。

(2)生產監控層。系統上位機采用美國DELL高性能工業計算機和GE公司開發的一流自動化監控組態軟件iFIX V5.0[4]。 iFIX實時監控軟件開發平臺集控制技術、人-機界面技術、圖形技術、數據庫技術、網絡技術于一身，包含動態顯示、報警、趨勢、控制策略、網絡通信等組件，提供了一個友好的用戶界面，能夠在系統開發過程中不中斷運行系統的正常運行，避免了切換期間停機所造成的各種問題。系統采用10 M/100 M自適應工業以太網環形網絡結構，通過實時的I/O控制，控制器與上位機的數據傳送，實現全系統的高效集成。

(3)信息層。采用國際標準通用的10 M/100 M以太網結構，用于數據采集和程序維護。通過企業生產管理信息系統，可完成各種數據信息的收集、處理、統計、分析和存儲，再按照各級管理者的要求分別發送給他們，從而完成企業業務流程的全面實時控制和生產經營決策。

西曲礦選煤廠重介淺槽集中控制系統網絡配置結構如圖1所示。

圖1 重介淺槽集中控制系統網絡配置結構圖Fig.1 Internet configuration diagram of heavy medium vessels centralized control system

3.2.2 工業電視監控系統

結合西曲礦選煤廠原煤儲運車間現場情況，工業電視監控系統包括監控中心、本地監控端和客戶端。監控中心通過中心服務器來管理和配置系統內的監控主機。通過現場監控端采集視頻信號、數據，及時上傳到監控中心的視頻工作站或客戶端，并連接到大屏幕LED顯示屏上顯示。監控數據、圖像可存儲6個月以上，供事件查詢與追溯。

3.2.3 瓦斯監控系統

在原煤儲運車間內重要的地點安裝傳感器，將一些環境和生產參數上傳到中心站和選煤廠管理網絡工作站上，以便廠領導和調度員及時掌握安全生產情況，通過監控發現現場存在的安全隱患并及時處理，避免可能發生的重大事故。西曲礦選煤廠原有一套瓦斯監控系統，將本次改造新增的20個瓦斯傳感器納入原監控系統，安裝、調試完成后即可投入正常使用。

3.3 主要監控參數

西曲礦選煤廠重介淺槽集中控制系統可對儲運車間重介淺槽分選系統的重要技術參數實施全面監控。監控的主要技術參數如表1所示。

表1 重介淺槽集中控制系統監控的主要技術參數Table 1 Main technical parameters to be monitored in heavy medium vessel centralized control system

3.4 控制功能

(1)順序控制功能[5]。西曲礦選煤廠重介淺槽分選工藝是雙系統配置(一用一備)，采用以各個環節檢測執行為條件的順序控制。集中控制系統的功能是完成所有生產設備順序、延時、各設備之間聯鎖等一系列相互關聯的操作，每一順序中含有不同的操作步驟和控制要點。設備集中控制程序按西曲礦選煤廠工藝要求，并結合在其他選煤廠集控系統的成功經驗編制而成，符合國標GB50359-2005《煤炭洗選工程設計規范》要求，并經功能、安全嚴格測試通過后投入使用。

(2)重介質密度控制功能。重介淺槽密度控制的主要目的是控制選后矸石中的帶煤量，使洗后矸石中盡量不帶煤。重介密度自動控制是一個以選后矸石不帶煤的密度為設定值，密度實際檢測值為反饋信號，通過調節合介與稀介之間分流量，輔助以調節合介桶的補水量來實現設定密度穩定的閉環自動調節系統[6]。

(3)液位控制功能[7]。合格介質桶、磁選尾礦桶設有高精度液位檢測儀，在PLC控制程序中統一考慮密度和液位的自動控制。當重介質的密度達到要求時，合格介質桶液位的高低決定系統中是否需要補充磁鐵礦粉。液位過高，合格重介質的密度肯定降低，應加大分流量進行濃縮，實現密度和液位的自動控制。生產中在每個班工作前檢查合介桶的液位和密度情況，由于淺槽重介介耗低，一般一周左右時間加介一次即可。

(4)合介泵出口壓力控制功能。合格介質泵出口管線上設有壓力變送器，可實時檢測合格介質流量的壓力。通過調節合介泵的運轉速度來實現重介淺槽分選過程中合格介質上升流、水平流流量的調節。由于合介泵采用變頻調速技術，可以根據淺槽工作過程中精煤的溢流量來調節合介泵的轉速，在滿足重介淺槽分選系統正常生產前提下實現節能降耗的目的。

4 應用效果

西曲礦選煤廠重介淺槽集中控制系統于2013年1月投入使用以來，運行穩定可靠，應用效果良好，使重介淺槽分選系統實現了自動化控制，配套輔助設備實現了無人值守，減少了操作人員。由表2[8]所示的重介淺槽分選系統試驗數據可知：重介淺槽集中控制系統投運后，淺槽重介排矸效率達99.79%，可能偏差Ep為0.046，介耗為0.59 kg/t。

表2 重介淺槽分選系統試驗數據Table 2 Test results of heavy medium vessels separation system

5 結語

西曲礦選煤廠重介淺槽集中控制系統投用后，生產設備啟動連續性、原煤矸石分選效率明顯提高，減少了人為干預停車時間，25臺生產設備在1 min時間內全部啟動完成。分選密度、合介桶液位、磁選尾礦桶液位、合介泵出口壓力調節精度高，且實現了全自動調節，大幅降低了崗位工的勞動強度，使生產和管理過程得到優化，實現了提質、擴產、減員、增效的目標。

[1] 李艷紅,季曉明,秦國富.XZQ-1620重介淺槽分選機在華豐礦選煤廠的應用[J].選煤技術,2013(5).

[2] 邢成國,許建寧,李 寶. 煤礦井下重介淺槽排矸系統設計與應用[J].選煤技術,2011(5).

[3] 許建寧，張玉石，楊海鳳.淺槽重介自動化系統在華豐礦選煤廠的應用 [J].選煤技術,2014(1).

[4] 柳二軍 .GE PAC3i冗余控制系統在寨崖底選煤廠的應用[J].煤炭加工與綜合利用,2012(6).

[5] GB/T 50359-2005 煤炭洗選工程設計規范[S].

[6] 汪海濤，孫 冰.冗余S7-400H和WinCC在選煤廠控制系統的應用[J].陜西煤炭,2010(2).

[7] 涂時亮,陳章龍,張友德.單片微機軟件設計技術[M].重慶:科學技術文獻出版社重慶分社,1988.

[8] 彭麗萍，樊曉敏.XZQ1636 重介淺槽分選機在西曲礦選煤廠的應用 [J].煤炭加工與綜合利用,2013(5).

Application of heavy medium vessels centralized control system in Xiqu mine coal preparation plant

XU Jian-ning，YUE Xing-Hua，ZHANG Yu-shi，YANG Hai-feng

(Shenyang Kedi Tongda Engineering Technology Co.,Ltd.，Shenyang，Liaoning 110013，China)

Refuse removing technological flowsheet using heavy medium vessels is introduced,in addition,giving an explanation of design proposal of this equipment centralized control system and its application. The operation data shows that this system is reliable in operation,so that refuse removing rate is 99.79%,eacrt probable moyen of 0.046 and medium consumption of 0.59kg/t.

heavy medium vessels centralized system; refuse removing technology using heavy medium vessels; control system; refuse removing rate

1001-3571(2015)02-0077-04

TD948.9

A

2015-02-15

10.16447/j.cnki.cpt.2015.02.022

許建寧(1966—)，男，遼寧省沈陽市人，高級工程師，工學碩士，從事選煤工藝自動化與選煤廠工程設計工作。

E-mail：xjn010203@sina.com Tel：024-24122256