煤礦洗選廠系統(tǒng)智能化改造設(shè)計

冉登科

（國能新疆屯寶礦業(yè)有限責(zé)任公司，新疆昌吉 831100）

在高能耗行業(yè)去產(chǎn)能化的持續(xù)發(fā)展背景下，對能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，切實有效落實環(huán)保、綠色能源大趨勢成為社會關(guān)注的熱點(diǎn)[1]。國家針對煤礦產(chǎn)業(yè)提出了明確的煤炭清潔高效目標(biāo)，這無疑是對原煤入選率的考驗，需要對煤炭分質(zhì)分級實施等級化利用，促使煤炭資源的利用率得到全面提升[2]。智能化建設(shè)是當(dāng)前我國各個行業(yè)提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量的必然趨勢，在全新的要求下，國家安全總局也發(fā)布了明確的文件，鼓勵煤礦以及相關(guān)行業(yè)能夠加大科技創(chuàng)新力度，并加快機(jī)械化、智能化建設(shè)速度，形成全智能化生產(chǎn)體系[3-4]。現(xiàn)結(jié)合煤礦洗選廠的實際情況對其進(jìn)行智能化改造設(shè)計的相關(guān)情況做如下總結(jié)。

1.基本情況

我煤礦洗選廠是一座現(xiàn)代化的選煤廠，初設(shè)為3.0Mt/a重介洗選系統(tǒng)，原煤煤種主要為不粘煤以及長焰煤。現(xiàn)階段洗選廠的主要工藝為+200mm大塊人工手選；8/13～200mm塊煤采用重介淺槽分選；-8/13mm沫煤不分選；+0.5mm粗煤泥采用分級旋流器+振動弧形篩+煤泥離心機(jī)聯(lián)合回收；-0.5mm細(xì)煤泥采用濃縮機(jī)+壓濾機(jī)脫水回收的聯(lián)合洗選工藝。洗水達(dá)到廠內(nèi)一級閉路循環(huán)。隨著礦井產(chǎn)能的提升，洗選廠的產(chǎn)能也隨之?dāng)U大。

2.煤礦洗選廠系統(tǒng)智能化改造設(shè)計

2.1 總體要求

隨著公司數(shù)字化、智能化建設(shè)速度的加快，洗選廠智能化管理需求也日益強(qiáng)烈。我洗選廠在數(shù)年的運(yùn)作期間，經(jīng)歷了多次升級改造，仍然無法滿足現(xiàn)階段自動化程度要求，表現(xiàn)出智能化水平落后特點(diǎn)。為此，在本次改造設(shè)計期間，結(jié)合提升生產(chǎn)系統(tǒng)智能化程度的要求下，建立基于全新網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺架構(gòu)下的數(shù)據(jù)自動化采集與完善的管理系統(tǒng)，具體表現(xiàn)如下：

（1）促使現(xiàn)階段生產(chǎn)系統(tǒng)能夠從自動化向智能化轉(zhuǎn)變。

（2）對以往生產(chǎn)現(xiàn)場的人員架構(gòu)做出合理調(diào)整，最大程度上控制現(xiàn)場員工數(shù)量，生產(chǎn)系統(tǒng)中的11個人工巡視崗位優(yōu)化為4個工程師專業(yè)巡視崗位即可，最大程度上滿足人少即安全的基本理念。

（3）對現(xiàn)有生產(chǎn)組織架構(gòu)和模式做出合理調(diào)整，促使專業(yè)調(diào)度職能得到有效弱化，帶動生產(chǎn)指揮實現(xiàn)信息化與扁平化改革。

（4）對現(xiàn)階段信息和指令的傳輸流程做出優(yōu)化，改善以往人為傳輸帶來的信息丟失或者誤傳等問題，最大程度上達(dá)到無縫隙銜接效果。

（5）對生產(chǎn)指標(biāo)數(shù)據(jù)化做出優(yōu)化處理，為公司數(shù)字礦山建設(shè)目標(biāo)提供數(shù)據(jù)支持。

2.2 無線網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)平臺設(shè)計

結(jié)合煤礦洗選廠的具體情況，本次通信系統(tǒng)在基于工廠的運(yùn)作特性上，打造全新的無線通信系統(tǒng)，具體包括監(jiān)測數(shù)據(jù)采集功能、視頻調(diào)度功能、語音基本業(yè)務(wù)功能等三大基本功能。該系統(tǒng)主要是通過多個用戶（群體、部門）共同構(gòu)建起一組無線電信通，并動態(tài)地配合這些信道的專用移動通信系統(tǒng)，具有群組內(nèi)用戶共享信道、呼叫接入速度較快、半雙工通信方式等特點(diǎn)，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)群組以及私密性的呼叫[5]，在進(jìn)行呼叫的過程中，不再需要撥號處理，只需要通過PTT鍵按壓即可實現(xiàn)有效通話。因集群通信系統(tǒng)本身有特定的組呼功能、調(diào)度功能以及快速呼叫等特點(diǎn)，能夠更好地在通信過程中發(fā)揮優(yōu)化作用。根據(jù)本次所設(shè)計的通信系統(tǒng)，主要引入TD-LTE技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)語音時延較小、呼叫建立時間相對較短等特點(diǎn)。通信主要模塊功能如下：

2.2.1 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集功能

煤礦洗選廠的實際工作環(huán)境表現(xiàn)出敷設(shè)著各種有線網(wǎng)絡(luò)、工作環(huán)境相對惡劣的特點(diǎn)，這使得傳輸線路在實際運(yùn)作中極易發(fā)生各種故障問題，有著較高的維護(hù)難度。為此，本次結(jié)合智能化要求，在考慮實際運(yùn)作環(huán)境下，提出了無線信息高速路，在單區(qū)域的上行、下行傳輸能力分別為50Mbps、100Mbps，可以對現(xiàn)有的有線檢測系統(tǒng)進(jìn)行全面整合。數(shù)據(jù)計入設(shè)備主要通過以太網(wǎng)接口、WiFi以及廠內(nèi)現(xiàn)階段的監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備來實現(xiàn)相互連接，CPE能夠?qū)⑦@些設(shè)備的控制數(shù)據(jù)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较鄳?yīng)的調(diào)度中心，再借助IP網(wǎng)絡(luò)將其傳輸?shù)綄?yīng)的監(jiān)控服務(wù)器[6]。

2.2.2 視頻調(diào)度功能

本次基于智能化建設(shè)要求，能夠通過移動監(jiān)控點(diǎn)手持臺實現(xiàn)對現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)的快速回傳，具體視頻調(diào)度運(yùn)作流程如圖1所示。

圖1 應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)流程

根據(jù)圖1來看，不難發(fā)現(xiàn)該視頻調(diào)度功能能夠?qū)崿F(xiàn)多媒體視頻的調(diào)度處理，從而促使緊急事件處置響應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)全面提升。

2.2.3 語音基本業(yè)務(wù)功能

在本次通信平臺中，為了保障煤礦洗選廠的快速信息對接，提供了基于群組范圍內(nèi)的多用戶呼叫語音業(yè)務(wù)功能。每個群組設(shè)置一個唯一的標(biāo)識號，在這個標(biāo)識號下即可實現(xiàn)一對多的組群呼叫。組內(nèi)的每一位成員均能夠根據(jù)需求發(fā)起呼叫。組內(nèi)成員在輸入相應(yīng)的組號之后，隨后按下PTT鍵即可發(fā)起組呼。在進(jìn)行組呼期間，在一定時間段內(nèi)每位成員均具備說話權(quán)利。

本次所設(shè)計的組呼語音業(yè)務(wù)功能模塊還能夠支持通話組掃描，用戶將通話組掃描功能開啟之后，即擴(kuò)大對群組的監(jiān)聽范圍。同時能夠?qū)崿F(xiàn)遙控啟停的功能，通過遙控操作即可將移動臺功能開啟或關(guān)閉。該系統(tǒng)還能夠支持脫網(wǎng)直通：DMO是群組功能非常重要的補(bǔ)充，即意味著脫網(wǎng)直通模式，在用戶所處的具體位置，若缺乏Witen信號，那么終端之間經(jīng)由DMO功能同樣能夠?qū)崿F(xiàn)快速通信，無需任何網(wǎng)絡(luò)參與。系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)限時支持通話，在私密呼叫、組呼主講、電話互聯(lián)業(yè)務(wù)等功能下即可實現(xiàn)快速通信。呼叫轉(zhuǎn)移、支持呼叫轉(zhuǎn)移又稱為呼叫前轉(zhuǎn)，能夠?qū)⒂脩舻狞c(diǎn)呼來電直接轉(zhuǎn)移到其他號碼上。支持呼叫記錄，其能夠?qū)崿F(xiàn)對語音點(diǎn)呼、語音組呼、視頻上傳、視頻點(diǎn)呼等各方面信息進(jìn)行詳細(xì)記錄，并完成對各業(yè)務(wù)使用情況和計費(fèi)信息作出統(tǒng)計分析。

2.3 現(xiàn)場移動控制系統(tǒng)

煤礦洗選廠區(qū)域范圍內(nèi)的巡視人員能夠借助手持終端實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場的移動控制與全面監(jiān)測，具體包括搭建沿著巡檢主要區(qū)域和路線，確保整個廠區(qū)范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋；具體區(qū)域范圍涵蓋了篩分車間、原煤倉下、轉(zhuǎn)載站、棧橋、壓風(fēng)機(jī)房、變配電所、辦公樓等廠區(qū)范圍，在本地設(shè)計中，基于原有兩臺移動終端上再次增加了8臺控制終端。具體功能如下。

2.3.1 監(jiān)控功能

移動終端能夠幫助管理和巡檢人員實現(xiàn)具體項目操作，通過終端設(shè)備能夠?qū)υO(shè)備的實際運(yùn)行情況實現(xiàn)實時動態(tài)查看，在手持終端上點(diǎn)擊即可確定某個設(shè)備所能夠彈出的具體設(shè)備信息，同時能夠通過設(shè)備的具體操作按鈕實現(xiàn)對設(shè)備的有效控制。

2.3.2 監(jiān)測功能

生產(chǎn)現(xiàn)場管理人員在值班期間，通過ET1就能夠?qū)^(qū)域范圍內(nèi)的設(shè)備運(yùn)作情況進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會自動報警，并提示故障內(nèi)容，以便及時作出有效的處理。

2.3.3 實時查看

通過手持終端能夠?qū)^(qū)范圍內(nèi)各個設(shè)備的實時運(yùn)作數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，通過對信息進(jìn)行調(diào)取即可核對其工藝流程與調(diào)度室畫面是否達(dá)到一致，并做好相應(yīng)的查看和檢查記錄[7]。

2.4 智能監(jiān)測控制系統(tǒng)

在設(shè)備上裝設(shè)相應(yīng)的在線傳感器，能夠進(jìn)行軟件配合以及數(shù)據(jù)采集處理，從而實現(xiàn)對設(shè)備的智能化監(jiān)測管理；構(gòu)建人員定位系統(tǒng)管理人員的巡檢軌跡。基于原煤膠帶機(jī)加裝金屬探測儀器，其能夠?qū)崿F(xiàn)對鐵器尺寸的有效判定，同時達(dá)到二級觸發(fā)效果，在實施檢測期間，一旦發(fā)現(xiàn)有小尺寸的鐵器時就能夠?qū)?yīng)的膠帶運(yùn)輸機(jī)關(guān)閉[8]，所有檢測信息均會如實記錄到MES系統(tǒng)中。煤礦洗選廠因受到業(yè)務(wù)的影響，對運(yùn)輸中存在的大塊煤實現(xiàn)早期報警和識別處理，以確保煤礦洗選廠各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)均不會因直徑達(dá)到50cm的煤塊而受到影響，從而能夠更好地發(fā)現(xiàn)大塊煤，達(dá)到實時報警效果。針對所有的轉(zhuǎn)動部位和設(shè)備驅(qū)動均能夠?qū)崿F(xiàn)振動與溫度的實時監(jiān)測，從而實現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的趨勢與監(jiān)控分析。

本次所設(shè)計的在線監(jiān)測系統(tǒng)，主要包括三大模塊，即振動與溫度監(jiān)測、鐵器識別、粒度識別，其功能介紹如下：

2.4.1 振動和溫度監(jiān)測功能

振動分析功能主要采取軸承故障分析加速包絡(luò)和諧波相對應(yīng)的技術(shù)來進(jìn)行分析，包括了全新的軸承故障數(shù)據(jù)庫。結(jié)合變頻設(shè)備的邏輯控制報警功能，其能夠針對齒輪箱故障做出相應(yīng)的CTA分析處理，傳統(tǒng)器則能夠與系統(tǒng)上位機(jī)軟件實現(xiàn)自動化對接，從而構(gòu)建起全新的后臺數(shù)據(jù)庫，從而更好地實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的集成處理。傳感器的具體防護(hù)等級應(yīng)當(dāng)為IP54級別及以上位置，其具體的檢測靈敏度、范圍、頻率均能夠與煤礦洗選廠的各項情況相匹配；所采集的數(shù)據(jù)包括了溫度、振動等相關(guān)信息；傳感器的使用以及安裝均能夠更好地滿足現(xiàn)場實際條件。

振動與溫度數(shù)據(jù)集成能夠較好地體現(xiàn)出監(jiān)控系統(tǒng)平臺信息，能夠結(jié)合設(shè)備的健康狀態(tài)級別做出預(yù)警報警，從而實現(xiàn)對傳感器健康狀態(tài)的分析，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)對傳感器的統(tǒng)一配置與集中管理。

2.4.2 鐵器識別監(jiān)測功能

在距離鐵器前方50m的位置安裝相應(yīng)的探測儀器，能夠最大程度上控制周邊設(shè)備對探測器所帶來的電磁干擾問題，還能夠針對金屬探測儀器所設(shè)置的電氣設(shè)備來實現(xiàn)有效屏蔽處理。在與金屬探測儀電源相互連通之后，金屬探測器指示燈能夠及時亮起，初次使用會直接進(jìn)入到菜單將模式設(shè)定為復(fù)位延遲，時間設(shè)定為1s，根據(jù)說明書要求可將金屬探測器的靈敏度做出相應(yīng)的調(diào)整，并將范圍調(diào)整為1%～100%。

在于除鐵器電源連通之后，初次使用能夠根據(jù)說明書要求將延遲時間設(shè)定為1min～2min，最短的時間則設(shè)定為5s。

將皮帶機(jī)啟動，結(jié)合鐵器自定義的識別等級即可實現(xiàn)對鐵器的準(zhǔn)確識別處理；金屬探測器能夠?qū)μ綔y結(jié)果做好記錄，為管理和流程改造提供客觀數(shù)據(jù)支持。還可通過MES系統(tǒng)來實現(xiàn)對結(jié)果的準(zhǔn)確統(tǒng)計，與PLC控制系統(tǒng)相互連接，其能夠?qū)LC原有程序做出對應(yīng)調(diào)整，明確觸發(fā)判斷。

2.4.3 粒度識別監(jiān)測功能

如何才能夠更為高效、安全地實現(xiàn)對大煤礦擁堵、堆積等問題進(jìn)行處理是保障整個煤礦洗選廠實現(xiàn)正常安全運(yùn)行的關(guān)鍵。通過分析發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致該問題的最關(guān)鍵因素與皮帶上附著有大量大煤塊所致，若是能夠直接完成對大煤塊的檢測，并及時做出預(yù)防性處理，就能夠達(dá)到較為顯著的防患于未然的效果，更好地實現(xiàn)對時間的節(jié)省，促使整個煤炭產(chǎn)生的運(yùn)輸效率得到顯著提升。本次智能化升級改造設(shè)計中引入了視頻圖像處理技術(shù)，來實現(xiàn)對大煤塊的快速識別處理，其主要工作原理是借助CCD攝像頭來實現(xiàn)對皮帶煤塊運(yùn)輸情況的有效檢測，并更好地實現(xiàn)對圖像的連續(xù)收集處理；經(jīng)由圖像采集卡即可及時將所采集到的圖像信息傳輸?shù)胶笈_系統(tǒng)，系統(tǒng)在對相關(guān)信息進(jìn)行分析后，即可實現(xiàn)對相關(guān)技術(shù)和模式的調(diào)換，根據(jù)判斷結(jié)果及時對大塊煤做出預(yù)警處理。

3.結(jié)語

在國家高度重視煤礦產(chǎn)業(yè)改革的背景下，煤礦洗選廠系統(tǒng)實現(xiàn)智能化改造已經(jīng)成為必然趨勢。本研究基于煤礦洗選廠的實際特點(diǎn)和需求提出了全新的智能化管控系統(tǒng)改造方案，在實際運(yùn)用中較好地實現(xiàn)對人員的縮減，同時提升了整個生產(chǎn)運(yùn)作流程的自動化、智能化水平，增強(qiáng)了生產(chǎn)運(yùn)作的效率，能更好地保障生產(chǎn)人員的人身安全。