自動(dòng)化控制系統(tǒng)在洗煤設(shè)備上的應(yīng)用與發(fā)展

河北冀中邯峰礦業(yè)有限公司武安云駕嶺礦 王娟

武安云駕嶺礦隸屬于河北冀中邯峰礦業(yè)有限公司，生產(chǎn)的無煙煤以低硫、低灰、高熱量而蜚聲中外，一直是冶金、化工、發(fā)電等行業(yè)企業(yè)的優(yōu)質(zhì)供方。主要品種有精粒煤、精小塊、精中塊、精大塊、精沫煤、中煤、煤沙和煤泥等。洗煤廠年原煤入洗能力超百萬噸。近年來，云駕嶺煤礦致力于中國式現(xiàn)代化企業(yè)建設(shè)，大力實(shí)施高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略，堅(jiān)持科技興礦、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，隨著生產(chǎn)科技水平的不斷提高，在采煤掘進(jìn)和洗煤選礦工藝設(shè)備方面，自動(dòng)化控制技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。在信息技術(shù)和傳感技術(shù)的推動(dòng)下，洗煤選煤設(shè)備的自動(dòng)化控制將更加智能化和柔性化，自動(dòng)化控制系統(tǒng)在洗煤設(shè)備上的應(yīng)用研究永無止境。

一、機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)的基本組成

機(jī)電自動(dòng)化是在原有的機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行與控制方式的改進(jìn)和提升。主要是通過一定的控制程序，使機(jī)電設(shè)備在無人或是少人操作的情況下，自動(dòng)按照程序完成相應(yīng)的操作內(nèi)容。機(jī)電自動(dòng)化設(shè)備除了比較基礎(chǔ)的機(jī)械系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)之外，還包括有傳感與檢測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等幾部分。

機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行功能的基礎(chǔ)。主要由設(shè)備的地腳、機(jī)身、框架和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成，機(jī)械系統(tǒng)需要在保證其基本運(yùn)行功能的同時(shí)，通過優(yōu)化外形結(jié)構(gòu)和用材用料以滿足自動(dòng)化系統(tǒng)的安裝和使用要求。

動(dòng)力系統(tǒng)。動(dòng)力系統(tǒng)是機(jī)電設(shè)備的動(dòng)力來源。通過電力動(dòng)力源、燃油動(dòng)力源等為設(shè)備提供動(dòng)力，保證其具有足夠的動(dòng)力維持啟停運(yùn)行。洗煤廠的設(shè)備一般是以電能為動(dòng)力源，包括電源、電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、變頻器等。

傳感與檢測(cè)系統(tǒng)。傳感與檢測(cè)系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的信息來源，由各種傳感器和各種儀表組成。用于實(shí)時(shí)檢測(cè)壓力、流量、速度、溫度等設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，并將采集的參數(shù)信息以電信號(hào)的方式傳輸給控制系統(tǒng)。

信息處理系統(tǒng)。信息處理系統(tǒng)是控制系統(tǒng)核心，相當(dāng)于機(jī)電設(shè)備的“大腦”，通過元件的搭配和組合，可對(duì)傳感與檢測(cè)系統(tǒng)傳遞過來的信息進(jìn)行分析、判斷和處理，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)。常見的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括電動(dòng)、液壓、氣動(dòng)等，是自動(dòng)控制系統(tǒng)用于完成相應(yīng)控制指令的運(yùn)動(dòng)部件。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方式應(yīng)根據(jù)自動(dòng)控制的對(duì)象合理選擇，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制下的機(jī)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

二、機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化控制的優(yōu)勢(shì)

機(jī)電一體化進(jìn)入到了自動(dòng)化控制，是人類勞動(dòng)工具進(jìn)步又一次新的飛躍，機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化控制具有以下優(yōu)勢(shì)：

第一是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)電設(shè)備在統(tǒng)一程序的控制下能夠高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)，既提高了機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率，又減少了人工操作出現(xiàn)的誤差。例如在選煤過程中，需要以絮凝劑的加藥量來保證循環(huán)水水質(zhì)的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)絮凝劑制配添加的自動(dòng)化控制。在上位機(jī)輸入所需濃度，機(jī)器就可以自動(dòng)加水并攪拌完成配制，并由定量泵分配到每個(gè)加藥點(diǎn)，大大提高了準(zhǔn)確性和工作效率。

第二是降低勞動(dòng)強(qiáng)度。自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以使機(jī)電設(shè)備在無人或少人的狀態(tài)下自動(dòng)運(yùn)行生產(chǎn)，簡(jiǎn)化了很多人工操作環(huán)節(jié)。不僅降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也可讓機(jī)械替代很多具有危險(xiǎn)性的工作，改善了工人的工作環(huán)境，降低了人力資源成本。

第三是提高安全可靠性。自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)械設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，自動(dòng)判斷和分析故障并進(jìn)行故障報(bào)警，從而使操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障停車檢修；還有很多自動(dòng)控制系統(tǒng)具有自動(dòng)保護(hù)功能，起到保護(hù)設(shè)備和避免事故發(fā)生的作用。

三、洗煤設(shè)備自動(dòng)化控制的技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新

我國煤炭行業(yè)經(jīng)歷了供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的洗禮，在去產(chǎn)能的基礎(chǔ)上求發(fā)展，開始尋求裝備自動(dòng)化控制技術(shù)“點(diǎn)”的突破，以求設(shè)備操作過程的靈活控制和提高運(yùn)行效率。主要是從國外引進(jìn)自動(dòng)化系統(tǒng)的控制軟件，對(duì)設(shè)備實(shí)行自主化進(jìn)程控制和智能化自動(dòng)控制。

全面建設(shè)中國式現(xiàn)代化的新征程已經(jīng)開啟，倡導(dǎo)"創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、協(xié)調(diào)發(fā)展、綠色生態(tài)、開放共享，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展"的新理念。對(duì)于洗煤企業(yè)而言，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)就是加大新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用；協(xié)調(diào)發(fā)展就是通過優(yōu)化一次能源的精加工流程，為清潔能源的發(fā)展做好基本支撐和補(bǔ)充；綠色生態(tài)就是生產(chǎn)流程的節(jié)能減排和碳中和；開放共享就是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和煤炭質(zhì)量更加符合國家建設(shè)和人民生活的需求；高質(zhì)量發(fā)展就是要更加注重向科學(xué)技術(shù)要質(zhì)量，向信息化、自動(dòng)化和數(shù)字化要效益。

我國進(jìn)一步加大了自動(dòng)化控制核心技術(shù)自主研發(fā)的投入，在二級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控軟件，三級(jí)MES 自動(dòng)化控制軟件以及一些重要專業(yè)領(lǐng)域的管理控制系統(tǒng)的研制和應(yīng)用上取得了可喜成就，在運(yùn)行質(zhì)量、管控水平和工作效能上逐漸超過了進(jìn)口控制軟件。自動(dòng)化控制技術(shù)在煤炭洗選的高效生產(chǎn)上的應(yīng)用也日臻成熟。例如重介質(zhì)洗選過程的自動(dòng)測(cè)控，可以很好地保證懸浮液在分選器中的密度穩(wěn)定。

四、洗煤廠自動(dòng)化控制技術(shù)的未來發(fā)展

對(duì)生產(chǎn)自動(dòng)化整體流程的研究和優(yōu)化，是洗煤廠自動(dòng)化控制的發(fā)展方向。

研發(fā)更多自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。我國在煤炭工業(yè)科技研究領(lǐng)域取得了許多歷史性進(jìn)步，但是由于起步晚、底子薄、缺人才、投入少等因素，總體技術(shù)實(shí)力與西方發(fā)達(dá)國家還有很大差距，核心技術(shù)的原創(chuàng)性較低。這也為我國的科研人員提供了更加廣闊的創(chuàng)新和提升空間。技術(shù)創(chuàng)新是產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的基礎(chǔ)，理論研究是技術(shù)創(chuàng)新之源泉。近年來，我國自主研發(fā)了大量的控制軟件，說明我們的科研人員是有能力的。我們有產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的機(jī)制，有機(jī)電一體化的經(jīng)驗(yàn)，有軟硬件配套銜接的基礎(chǔ)，有博采眾長(zhǎng)，勇于實(shí)踐的拼搏精神，更有獨(dú)立自主，自力更生的優(yōu)良傳統(tǒng)，一定能夠自主研制出更多、更先進(jìn)的自動(dòng)化控制方面的核心技術(shù)。

提高整套控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。優(yōu)質(zhì)無煙煤是云駕嶺煤礦的主導(dǎo)產(chǎn)品，對(duì)整條產(chǎn)線系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性的要求很高。運(yùn)算速度更快、實(shí)時(shí)診斷更準(zhǔn)、實(shí)時(shí)布控更穩(wěn)、實(shí)時(shí)處理更及時(shí)，是優(yōu)化改善生產(chǎn)工藝的能力必然趨勢(shì)。要加大計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)研究，通過采集最新數(shù)據(jù)，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析并進(jìn)行科學(xué)處理，最大限度地發(fā)揮出自動(dòng)化控制技術(shù)實(shí)時(shí)、可靠、高效的優(yōu)勢(shì)。

數(shù)據(jù)挖掘和運(yùn)用。凡是以可采集和可控制的物理參數(shù)做為控制對(duì)象的機(jī)電設(shè)備，從技術(shù)角度來講，都是可以研究出相應(yīng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制應(yīng)用的。通過改善設(shè)備控制平臺(tái)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)洗煤生產(chǎn)全流程的自動(dòng)化控制，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、分析和處理非常關(guān)鍵。數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化關(guān)系著生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制，而實(shí)時(shí)參數(shù)支撐著數(shù)字模型的建立。在洗煤工藝技術(shù)研發(fā)中，數(shù)字模型和控制算法的廣泛引入和采用對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)用越來越頻繁，從而對(duì)數(shù)據(jù)的挖掘也越來越重要。

井下工作面

進(jìn)入新時(shí)代，以計(jì)算機(jī)與微電子為基礎(chǔ)的自動(dòng)化控制技術(shù)逐漸與傳統(tǒng)的機(jī)械化操作深度融合，使機(jī)電一體化進(jìn)入到了自動(dòng)化控制發(fā)展的新階段。在煤炭洗選企業(yè)，設(shè)備的自動(dòng)化控制，可使總線技術(shù)通過將現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)的通訊，指示設(shè)備按照控制系統(tǒng)設(shè)定的程序和工藝參數(shù)安全運(yùn)行，并對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況和工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控、記錄和自動(dòng)保護(hù)。如此則保證了生產(chǎn)的連續(xù)高效和產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)穩(wěn)定。為優(yōu)質(zhì)煤的回收率的穩(wěn)定提高提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。