煤礦浮選自動控制系統(tǒng)設計及應用*

王亞平

(西山煤電集團有限責任公司太原選煤廠，山西 太原 0300533)

0 引 言

煤炭資源是不清潔能源，會造成環(huán)境污染，需要對其進行處理后再投入使用，為降低環(huán)境污染，洗選是潔煤過程中最為重要的一環(huán)，通過對原煤進行洗選可有效降低煤炭中污染物量，降低排污成本。

洗煤廠在實際運行過程中，由于浮選過程中的加藥量及浮選指標控制較難，使選煤廠產(chǎn)品質量難以保證，所以提升浮選效果保證選煤質量成為洗煤工藝研究的重要課題[1]。筆者在分析太原選煤廠浮選工藝的基礎上，設計了浮選自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了浮選系統(tǒng)的自動控制，為選煤廠浮選控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造提供了參考與借鑒。

1 浮選工藝流程及浮選控制系統(tǒng)結構

太原選煤廠年入洗能力達400萬噸，采用無壓三產(chǎn)品重介旋流器、TBS粗煤泥分選機及浮選聯(lián)合工藝流程。浮選的物料來源于脫泥篩的篩下物，經(jīng)過泵打入一米旋流器，溢流進入緩存?zhèn)}再經(jīng)過泵打入水力旋流器后溢流進入精煤桶，再通過給料泵進入浮選礦漿準備器分選后進入浮選機。浮選的物料一般來源于三部分:第一部分為分級旋流器溢流的煤泥水；第二部分為末精煤泥弧形篩過濾的煤泥水；第三部分為精煤泥高頻篩過濾的煤泥水。

浮選工藝流程具體如下：浮選的入料匯聚至緩沖池，通過緩沖池泵輸送至緩沖池來保證來料均勻，通過調(diào)節(jié)液動閘板門分別進入帶有霧化盤的礦漿預處理器進行分選，最后進入浮選機進行浮選，得到尾礦和精礦，精礦進入精礦池，尾礦進入濃縮機，最后進入脫水設備進行脫水。

選定浮選工藝可以較好的減少浮選中間環(huán)節(jié)，降低運行過程中可能出現(xiàn)的故障幾率，實現(xiàn)自動化，同時浮選的入料方式選定為泵給入緩沖槽，再進入帶有霧化盤的礦漿準備器，使得礦漿充分融合，由于浮選機氣泡的存在，形成的一層泡沫層便于分選。為了進一步加強分選效果，在運行過程中加入捕收劑和起泡器，提升浮選效果。

2 浮選控制系統(tǒng)結構設計

目前我國的浮選控制系統(tǒng)種類眾多，各系統(tǒng)間呈現(xiàn)分散的特點，浮選沒有整體的系統(tǒng)，造成浮選工藝復雜。浮選的整個過程各項工作較為依賴人工，造成浮選的精度不高[2]。文中提出了浮選控制系統(tǒng)設計方案，其結構示意圖如圖1所示。

圖1 浮選控制系統(tǒng)的結構示意圖

由圖1可看出，浮選控制系統(tǒng)工作流程如下：①通過安裝傳感器將浮選入料濃度、入料量等參數(shù)信息進行收集并通過PLC傳輸至系統(tǒng)的上位機，上位機通過分析料灰及精煤的參數(shù)，初步得到預測的加藥量；②上位機將傳感器采集到的物料信息進行匯總，利用自帶的MATLAB軟件對數(shù)據(jù)進行相應的整理，得到尾礦的灰分曲線；③此時通過MATLAB軟件分析的灰分信息對初步預測加藥量進行修正，得到計算加藥量，通過PLC將加藥量信息進行傳輸，達到精準加藥的目的[3]。

浮選的入料濃度、入料的灰分及流量等是影響浮選的重要因素，浮選的控制策略采用前饋-反饋控制，入料的礦漿為控制目標，系統(tǒng)浮選過程中的捕捉劑量和起泡劑量為給定量，精煤灰的灰分輸出量、入料礦漿流量等為變量，以此達到浮選精準控制。

3 控制系統(tǒng)硬件設計

保證浮選控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行需要良好的硬件配置，考慮到選煤廠工作環(huán)境惡劣，所以在選定硬件時需要具備較好的抗干擾能力，文中浮選控制系統(tǒng)的硬件設備如圖2所示。

圖2 選控制系統(tǒng)的硬件設備圖

在對入料口粗泥水濃度進行檢測時，為保障測量準確需要選定接觸式傳感器，其工程量程為0～300 g/L，一般來說傳感器的靈敏度越高，采集的信號越準確，但考慮到外部噪音對于傳感器靈敏度的干擾影響，所以選定高信噪比的傳感器，文中選定CUM223濃度傳感器[4]。

對PLC控制器和控制單元進行設計，選定S7-300PLC作為下位機，S7-300PLC具備有抗干擾能力強、兼容性高等優(yōu)勢，通過與現(xiàn)場設備及傳感器等監(jiān)測，對工作狀態(tài)下的各項參數(shù)檢測、邏輯分析及故障報警，通過組態(tài)軟件實現(xiàn)圖元組態(tài)、可視化圖表組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)。PLC系統(tǒng)由多個模塊組合而成，主要模塊包括CPU模塊、電源模塊、模擬量輸出輸入模塊、通訊模塊等，每個模塊的硬件配置如表1所列。

表1 PLC模塊的硬件配置

4 浮選控制系統(tǒng)軟件設計

浮現(xiàn)控制系統(tǒng)軟件設計步驟如下：①建立工程目錄，存放相關文件；②添加硬件設備及使用過程中的變量因素，如I/O變量和內(nèi)存變量；③設計圖像畫面和繪制監(jiān)控畫面對工作進行動態(tài)監(jiān)控；④編輯程序，完成上機位操作的控制語言；⑤對系統(tǒng)報警和歷史數(shù)據(jù)及用戶進行調(diào)試；⑥對上述過程進行保存，對所有程序進行檢查，投入使用[5]。

選用工業(yè)控制計算機為系統(tǒng)的上機位，與組態(tài)軟件進行結合，對系統(tǒng)運行進行控制。上機位對運行過程中的模擬量進行監(jiān)控，并給出變化趨勢，定期對數(shù)據(jù)進行分析對比。選定上位機后選定STEP7進行編程，對系統(tǒng)的變量轉換、傳感器數(shù)據(jù)采集、動態(tài)設備控制、電機信號采集等進行編程，同時對PLC參數(shù)硬件的組態(tài)等進行設置。

完成軟件設計后對浮選系統(tǒng)的人機交互界面進行設置，選用Wince組態(tài)軟件進行上位機監(jiān)控系統(tǒng)的設定，主要功能：①上位機監(jiān)控系統(tǒng)包括硬件設備的監(jiān)控，對浮選過程的控制參數(shù)及設備狀態(tài)進行檢測；②故障報警系統(tǒng)，當發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設備出現(xiàn)故障時發(fā)出故障報警；③故障報警查詢功能，對報警功能進行查詢，方便后續(xù)查詢；④Web網(wǎng)絡發(fā)布系統(tǒng)，通過賬號密碼登錄實時監(jiān)控系統(tǒng)運行。Wince功能結構圖如3所示。上位機監(jiān)控系統(tǒng)采用Wince組態(tài)軟件，監(jiān)控功能頁面由數(shù)據(jù)查詢、系統(tǒng)運行、系統(tǒng)管理等界面組成，同時頁面運行可選定自動或手動操作[6]。

圖3 Wince功能結構圖

信號的通訊方式選定為西門子S7-300，其能夠與上位機、PLC、現(xiàn)場設備等進行通訊，現(xiàn)場設備主要通過電纜進行連接，通過電信號進行數(shù)據(jù)量的采集及輸出。在與上位機的連接主要選定PPI、TCP等協(xié)議，通過CPU模塊實現(xiàn)通訊。與PLC通訊的方式主要是利用主從站，利用DP、MPI接口進行通訊。

5 應用效果

浮選控制系統(tǒng)設計改造投入使用后，降低了勞動強度，消除了安全隱患，操作方便，提高了工作效率，可保證產(chǎn)品質量和生產(chǎn)的連續(xù)性，凈化了系統(tǒng)。藥劑消耗平均為0.56 kg/t干原煤,比改造前的1 kg/t干原煤降低了0.44 kg/t干原煤，按每月噸干原煤5萬噸計算：一月就節(jié)約費用17.6萬元，一年創(chuàng)造經(jīng)濟效益約211萬元。浮選自動控制系統(tǒng)的改造為后續(xù)選煤廠高效工作提供一定的參考，值得應用推廣。