公烏素礦洗煤廠壓濾自動控制系統的設計與應用

劉占榮 解亞輝 張有東 韓春陽 米豐華 史學鋒 李偉濤

（國家能源集團烏海能源有限責任公司）

選煤廠壓濾系統是利用過濾介質兩側產生的壓差實現煤泥料漿的固液分離，并將固體顆粒壓成濾餅經輸送機運輸，而壓榨的濾液水則進入洗煤工藝進行循環利用［1］。公烏素礦洗煤廠的壓濾系統為就地控制，現對其進行重新設計，建立自動控制系統，以實現自動化、高效安全地生產。

1 公烏素礦壓濾系統介紹

國家能源集團烏海能源公烏素煤業有限責任公司選煤廠（簡稱公烏素礦洗煤廠）為礦井型煉焦煤洗煤廠。老廠于2001年建成，設計年入洗能力0.60 Mt，采用有壓給料三產品重介旋流器加浮選聯合工藝流程，直徑24 m的耙式濃縮機2臺，100ZJ-A300型濃縮機底流泵4臺（流量87.6 m3，揚程41.3 m）。

新廠于2003年建成，設計年入洗能力1.50 Mt，采用兩段兩產品有壓給料重介旋流器作為主洗設備，濃縮機2臺，底流泵2臺（流量220 m3，揚程34 m），壓濾入料桶1個（體積約80 m3），刮板機5臺，皮帶機3臺（帶寬0.8 m，帶長21 m），快開壓濾機3臺。

老廠、新廠的設備均為就地控制，由操作人員值守，整個操作步驟繁瑣，需要10個人的緊密配合，共需要發送和接受指令20次，稍有不慎就會出現料筒溢流、皮帶堵壓等事故，對安全生產造成不利影響。其中，指令系統中快開壓濾機處居中位置，在根據壓濾機的工作狀態給其他各崗位發送指令時，有一定延誤，隱患眾多。

為解決壓濾系統存在的自動化程度低、人員勞動強度大、操作人員多、安全管理難度大等問題，在選煤廠基于DCS控制系統的基礎上，對壓濾系統進行重新設計實現自動控制，提升洗選效率［2］，并加入安全設計，實現安全生產。

2 壓濾系統自動化技術現狀

近年，隨著互聯網技術的進步與多元應用，選煤廠壓濾系統自動化、智能化成為趨勢［3］。新建成投產的選煤廠對煤泥水處理系統的自動化程度有了很大的提高，基本實現了操作自動化，安全高效且經濟。

壓濾系統自動化技術是以壓濾機為核心，將入料泵、皮帶、刮板、打料泵等周邊設備納入到集控系統中，依據逆煤流的方向進行啟車閉鎖控制，順煤流方向進行停車閉鎖控制。

在往入料桶打料的過程中，以入料桶液位為基準，自動控制底流泵（打料泵）的起停及運行；在壓濾機入料過程中，以壓濾機入料信號及入料完成信號為基準，自動控制入料泵的起停及運行；在壓濾機卸料過程中，以壓濾機卸料信號為基準，自動控制刮板、皮帶的起停及運行［4］。在整個操作過程中，各個環節都有閉鎖，上一個環節完成，下一個環節自動運行，替代原有各環節之間的人為操作和值守，實現減人提效的目的［5］。

3 壓濾系統自動控制系統的建立

3.1 壓濾系統存在的問題及改進措施

原有壓濾系統除自動化程度不高外，設備也存在較多的問題，開發新的壓濾自動控制系統前，需先解決這些問題。經現場逐一排查，公烏素礦洗煤廠原壓濾系統存在的主要問題及改進措施如下。

（1）壓濾入料桶液位計顯示不準，需對壓力變送器進行重新標定。

（2）壓濾機入料時，濾液水不能及時排出，溢流到下料槽中，流到壓濾機下的皮帶上，皮帶上的水不能及時卸下，會直接進入煤泥堆。該問題需延長濾板上的濾液排出管，加高濾液槽高度，適當延時，待皮帶上的水流盡后再啟動皮帶；在條件允許的情況下，啟動皮帶運送煤泥前使皮帶倒轉并在尾部清掃。

（3）快開壓濾機壓榨階段無法控制壓榨時間，導致脫水效果不好，壓濾煤泥水分過大。該問題需要壓濾機入料泵在流量減小到最小且壓力最大時進入壓榨階段，直至濾板流出濾液減小到很小時壓榨階段結束，一般壓濾機單機自動化采用延時的方法來實現壓榨階段結束判斷。此次，采用在濾液處加裝儀表來判斷濾液已流盡并結合延時的方式控制壓榨時間。

（4）壓濾機卸料時，物料未均勻處理，瞬間流量過大，皮帶撒料嚴重，堵壓刮板。該問題需要在排料槽中加裝鋼板條來切割濾餅，同時協調多臺壓濾機順序工作，錯時卸料，避開同時卸料，減少瞬間流量。

（5）由于煤泥黏度較大，皮帶機頭堵溜槽。該問題需要改造皮帶機頭溜槽，角度要求在80度以上，并在其中加裝高分子板減少摩擦力，在部分位置加裝振動器。

（6）壓濾系統設備之間缺少閉鎖，誤操作率較高。該問題需要利用集控系統DCS，編程解決。

（7）由于人員操作問題，底流泵斷續供料時，由于煤泥沉淀時間長而出現管路堵塞、電動機頻繁過載的問題。底流泵停機時間過長時，應打開沖洗水管對管道和泵反沖洗，解決管路和泵堵塞的問題。當電機電流過大時，可判斷泵出現堵塞，可自動啟動反沖洗。

（8）快開壓濾機工作過程中信號檢測誤報。該問題需要對系統中各項信號儀表進行調校，并使用調整安裝位置等方法逐步解決信號誤報問題。

3.2 壓濾自動控制系統的軟硬件設計

解決壓濾系統中存在的問題時，對壓濾自動控制系統的軟硬件同時進行設計。首先分析現場情況，制定設備閉鎖關系和信號采集方案，并依據此方案和現場的安全要求、工藝流程等畫出流程圖；其次依據流程圖做出I/O地址分配表和硬件配置圖；再次根據程序的IO點分配以及現場硬件的要求，畫出電氣圖（電氣原理圖、接線圖和安裝圖）；最后開發、編寫PLC控制程序和上位機顯示、操控、控制程序，程序編制完成后，對其進行梳理、優化、校驗，發現問題及時改正，以提高程序執行時的穩定性和可靠性，確保系統正常運行。

按照制定的方案，對壓濾系統各設備電控裝置的內部元件和硬接線進行改造，將現場的各種控制信號、保護信號及運行信號接入DCS集中控制系統中，對新增的設備、元器件進行安裝、調試，硬件全部正常后，將經過調試正確的程序下載到DCS中，將經過調試正確的上位機程序裝入控制計算機中，進行聯合調試和試運轉。確認軟硬件均正常后，正式投入使用。

（1）安裝檢測傳感器。在濃縮底流儲料桶安裝1臺PMC133型液位計，用于實時監測儲料桶液位，為入料泵啟停提供信號；安裝雙光柱顯示儀1臺，并將其液位信號傳輸到集控上位機，實現儲料桶液位遠程、就地雙向觀測，對液位上下限根據實際情況進行設置，取其參數值作為打料泵自動運行條件，保證儲料桶的液位持續穩定。檢測傳感器安裝示意見圖1。

（2）在上位機進行畫面繪制、畫面組態、程序編程，并進行設備關聯。對刮板輸送機控制系統、外射皮帶輸送機控制系統、接續刮板輸送機控制系統、壓濾機入料泵控制系統、煤泥水打料泵控制系統、煤泥水濃縮機控制系統進行編程。濃縮系統示意見圖2。

（3）接入自動化運行所需的各項現場信號。壓濾機安裝信號繼電器，DCS控制板接入壓濾機卸料、報警、入料、集中/就地、預警、輸送機運行、入料泵運行等需要的信號，根據實際情況設置集中自動運行狀態下的各項初參數。

（4）投入設備，試運行。對壓濾機從煤泥水大料系統、入料系統、卸料系統分系統試運行。根據實際運行中存在的各項問題進行程序修改、參數修改，保證各系統運行無誤，最后進行整體銜接大循環試運行、最后銜接參數修改，保證壓濾機整體自動化運行正常，達到無人值守的目的。

圖 2 濃縮系統

3.3 壓濾系統報警、提示的構建

壓濾系統的自動控制實現后，壓濾區域內基本無人值守，存在出入區域的人員無法預判設備的起停狀態、集中控制人員無法監看設備實際運行狀況及是否有人進入等問題，因此，還需要設計、開發1個由集中控制系統自動發出提示或預警信號的程序，以實現壓濾系統各工作區域內語音或聲光報警、提示，達到設備起動、停止、運行時有提示信號；設計增加溫度、煙霧等傳感器，實現出現問題，隨即報警的功能。

4 經濟效益

（1）實現了減人提效的目的。自動控制系統未投入使用前，每班工作人員12人，經全員競聘，減人提效后，每班工作人員至少8人；投入使用后，每班工作人員2人，共減員24人，按每人工資12萬元/a計算，每年節省工資支出約288萬元。

（2）實現了設備集中控制的目的。由于設備集中控制，大大縮短了設備的空運轉時間，按每天平均減少空運轉4 h，每度電0.5元計算，每年可減少電費支出約10.23萬元。同時減少了設備的磨損，降低了材耗。現壓濾系統每月使用的材料費約5萬元，每天設備運行按16 h計算，每年可節約材料費約15萬元。綜上所述，每年可節約成本約313.23萬元。

5 結 語

通過對公烏素礦洗煤廠老廠、新廠壓濾系統狀況地分析，系統地找出了壓濾系統存在的問題并加以解決。同時，對壓濾自動控制系統的軟硬件進行設計及改造，確認軟硬件均正常后投入使用，并在常規改造外增加報警提示以實現安全。通過此次設計改造，實現了提效減人，安全生產，并極大地節約了生產成本。