洗煤廠自動化配煤技術的運用分析

張世偉

（冀中能源峰峰集團有限公司邯鄲洗選廠，河北 邯鄲 056000）

當前社會經濟不斷發展，人們對于煤炭資源的需求量越來越大。但是煤炭資源在生產利用過程中存在著污染嚴重、利用率低的問題。配煤作為洗煤廠的重要生產工藝之一，直接影響著煤炭的利用率。傳統的人工洗煤方式不僅效率低、精度低，而且需要投入大量的人力。為此，優化改造現有的配煤系統，提升配煤系統的自動化水平，對于洗煤廠綜合效益的提升有著非常重要的現實意義。

1 洗煤廠自動化配煤系統的架構

1.1 洗煤廠自動化配煤系統的整體架構

洗煤廠自動化配煤系統主要包含以下設備：（1）上位機設備。它設置在集控室中，主要任務是顯示和處理傳感器所采集的信息。（2）交換機和傳感器設備。它們放置在皮帶驅動附件上，主要任務是采集相關的數據信息。當前洗煤廠自動化配煤系統主要分為以下三個層次：（1）應用層。它的功能主要有兩個：一是顯示相關的數據信息；二是切換相關的畫面。應用層設置在集控室中，它主要包括以下四個部分：一是工控機部分；二是顯示屏部分；三是錄像機部分；四是視頻綜合平臺部分。（2）傳輸層。它的功能是傳輸相關的數據信息。各配電室中都布置有傳輸層，主要由三個部分組成：一是光線分線盒部分；二是數據傳感器部分；三是光電交換機部分。（3）基礎層。它的主要功能是對相關的視頻信息進行準確采集，并實現對振動溫度的準確檢測。主要由兩部分組成：一是光線攝像機部分；二是一體化溫度振動采集器部分。通常在以下四個部位對基礎層進行設置：減速器部位、皮帶驅動滾筒部位、皮帶機頭部位、皮帶機尾部位。通常人們也將基礎層稱為設備層。因為洗煤廠自動化配煤炭系統中并沒有涉及數量過多的設備，其設備參數信息可以通過人機交互界面完整地展示出來。工作人員可以通過人機交互界面獲得所有設備的息，以免在操作過程中頻繁切換頁面導致部分信息出現遺漏的情況[1]。同時還可以建立不同的畫面顯示歷史信息、開展報警記錄，工作人員可以在人機交互界面進行翻頁瀏覽。同時還可以在系統中通過高容量硬盤的設置，將五年以上的歷史記錄信息以及相關的報警信息有效存儲，為后續洗煤廠自動化配煤技術的應用提供參考。

1.2 洗煤廠自動化配煤系統的光纜敷設

（1）洗煤廠自動化配煤系統的主干網絡是由二十四芯光纜組建而成，主要分配設置在以下四個部位：一是點配電室部位；二是總配電室部位；三是集控室部位；四是篩分配電室部位。（2）同時還設置有廠內裝車站。其中十六芯光纖跳線盒和二十四芯光纖跳線盒放置在廠內裝車站中，主要連接到以下幾個部位：一是采集儀設備；二是攝像頭設備；三是主干光纜；四是集控室的光電交換機；五是篩分配電式的光電交換機。（3）一般數據信息的自動化傳輸通過以下三種形式實現：一是網絡擴展的形式；二是數據分流的形式；三是接口轉換的形式。

1.3 洗煤廠自動化配煤系統的控制系統

洗煤廠自動化配煤系統通信功能的實現主要依靠的是上位機。而上位機在運行的過程中主要是以以太網和光纖為載體，借助PLC 系統實現相關信息的有效傳輸。PLC 站主要設置在兩個部位：一是點配電室部位；二是總配電室部位。PLC 將相關的數字量采集之后會向上位機進行傳輸，上位機會根據信息做出決策，驅動皮帶和給煤機做出相應的起停信號，并以當前的配煤量為依據對是否起停進行確定。系統在運行過程中采集到的數據主要有變頻數據和灰分儀數據以及電液推桿部位數據。采集的信號主要有皮帶秤信號和變頻器信號。一般變頻器和電液推桿部位會在給煤信號參數的驅動下對配煤量進行自動調整。首先，系統會根據配煤種的灰分以及目標灰分值對自動配煤系統中的皮帶灰分儀數據信息進行自動反饋。其次，上位機會通過對數據的分析將相關的決策信息進行下發，實現電液推桿開度的調整以及變頻器頻率的調整。最后，對灰分值進行自動調整。確保調整之后，實際生成的灰分量能夠更好地滿足用戶的標準，與理論灰分值更加接近。

1.4 洗煤廠自動化配煤系統運行的流程

根據具體的灰度可以將煤倉劃分為以下三種：一是灰度為18%的低灰篩末煤；二是灰度為28%的篩末煤；三是灰度為11%的洗末煤，給煤機設置在煤倉的下方主要向皮帶傳輸煤，不同的煤倉配備的給煤機所采用的控制措施也有所不同，一般洗末倉配置的給煤機在運行的過程中可以實現變頻控制。而高灰倉配備的給煤機和低灰艙配備的給煤機在運行過程中主要借助電液推桿進行有效控制。洗末煤給煤機運行頻率的調節可以根據皮帶上灰分儀獲取的灰分值來實現，這樣可以為穩定配煤提供保障。同時電液推桿開度的調節和控制可以根據灰分儀獲取的厚度值來實現，確保精準給煤。當原煤重量信號傳輸到皮帶上時，灰分儀會通過對跌落煤量厚度的檢測，對原煤的整體質量進行準確判定。并在PLC 系統的支持下將判定的相關質量信息向顯示界面進行實時傳輸，方便工作人員通過顯示界面對原煤量數值信息進行直觀性的了解，全面準確地對比和分析設定的閾值與實時參考值，根據對比分析的結果將正反饋信息和負反饋信息有效傳輸，進而有效控制給煤機的電液推桿開度以及給煤機的運行速度。

2 洗煤廠自動化配煤系統實現的功能

2.1 洗煤廠自動化配煤系統智能控制功能的實現

在洗煤廠自動化配煤系統運行的過程中，工作人員只需要對上位機進行靈活操作就可以有效操控整個系統。工作人員可以在上位機人機交互界面上自行輸入相關的基礎信息數據，比如各類煤的配比量數據，或者配煤總量數據，不需要工作人員對其進行深入設置就可以實現對給煤機操控方法的自動計算，同時也可以對數據信息輸入的合理性以及自動化操作的可能性進行準確判定[2]。如果工作人員在配煤機上設置的數據不符合給煤范圍，或者設置的數據與實際情況不相符，系統會通過人機交互界面將相關的錯誤信息提示給工作人員，并根據給煤范圍提出合理的建議，方便工作人員對信息數據進行自行調整。如果工作人員輸入的數值符合給煤范圍，滿足自動化配煤的標準，自動化配煤系統就不會出現錯誤提示，而會進行自動閉鎖操作開展起車運行。

2.2 洗煤廠自動化配煤系統警報功能的實現

洗煤廠自動化配煤系統在運行過程中也會受到相關因素的影響出現一些錯誤信息。如果系統在運行過程中出現的是軟件錯誤，系統可以自行修復，并且會將相關的維修信息和錯誤信息自動記錄在錯誤日志中。如果系統在運行過程中出現的是硬件故障，那么系統無法對其進行自行修復。此時，報警系統會自動啟動，將相關的信息以警報的形式提醒工作人員，方便工作人員進行及時維修。當前為了實現對自動化配煤系統運行情況的有效監控，在系統中設置了很多點位進行監控，在監控中一旦發現問題，系統會采取措施對其進行自動修復，如果自動修復不成功，系統會以警報的形式提醒工作人員。同時，自動化配煤系統在運行的過程中還可以對自身出現的故障等級進行自行判定，不同等級的故障對應的警報形式也有所不同。如果故障等級比較低，一般系統會通過黃光的形式發出警報，同時在警報發出過程中還有輕微的警報聲，此時可以在系統配煤精度保持的基礎上讓系統繼續運行。如果故障等級比較高，一般系統會通過紅光的形式發出警報，而且警報聲音比較大，此時自動化配煤系統也會終止運行。此外，自動化配煤系統在運行的過程中可以自動記錄相關的故障信息，并且在人機交互界面上進行直觀的展示。

2.3 洗煤廠自動化配煤系統維修狀態控制功能的實現

洗煤廠自動化配煤系統中涉及相關設備上都有手動啟停按鈕。如果自動化配煤系統設備在運行過程中發生了故障，系統會發出警報信息并向上位機人機交互界面進行傳輸，同時人機交互界面會將相關的系統框架圖展示出來，自動標紅故障機的具體部位。工作人員可以根據實際情況直接點擊對話框中的取消選項和維修選項。如果工作人員點擊的是維修選項，此時自動化配煤系統會將維修狀態自動開啟，同時設備的閉鎖功能也會失去。當然工作人員可以在了解實際情況的基礎上結合現場的具體工況對設備上設置的人工啟停按鈕進行操作。

3 洗煤廠自動化配煤技術的應用

3.1 洗煤廠自動化配煤中CSS 粗煤泥分選機自動化技術的應用

CSS 粗煤泥分選機在洗煤廠自動化配煤系統中的應用可以分解3 毫米以內的顆粒物，將一整個顆粒物分解成兩個顆粒之后會在上升水流的作用和壓力的作用下讓分解后的顆粒物集中在CSS 粗煤泥分選機的最底部。在CSS 粗煤泥分選機的推動下，自動化配煤系統中的材料在分層的過程中一部分材料會逐漸聚集到CSS粗煤泥分選機的底部，而CSS 粗煤泥分選機的上端會聚集有大量低密度的材料和細微顆粒的材料。隨著系統中材料的陸續輸入，收集槽中會逐漸匯集低密度的材料，而高密度的材料會逐漸向排料口進行移動，最終在PID 控制器的作用下順利向外排出[3]。在此過程中，為了實現對密度的實時檢測，需要在流層中浸入密度傳感器，當其檢測到材料的密度值到達設定值時，系統在運行過程中相關設備會向工作人員發出警告，并執行接下來的任務，通過排出物料降低密度，當密度到達一定的范圍之后系統就會自動關閉排料的開關。而PID 控制器的作用就是打開開關，確保物料在運行和分選過程中維持穩定的密度。當前大部分選煤廠在運行過程中采用的分選裝置都是國外的CSS 粗煤泥分選機，它改善了以往螺旋分選機在運行過程中的不足，進一步提高了分選的自動化水平。

3.2 洗煤廠自動化配煤中裝車和采樣自動化技術的應用

當前自動控制技術在洗煤廠生產裝車環節的應用不僅可以節約裝車時間，而且還可以提高裝車的準確度以及裝車的效率。采用的自動裝車系統不僅可以實現裝車的自動化，而且還可以實現卸載的自動化，同時還可以實時檢測裝車產品的灰分，確保裝車產品的灰分滿足相關的標準以及生產要求，有助于提升洗煤廠的生產效益。除了在生產裝車環節采用自動化技術以外，在洗煤廠的采樣化驗環節也可以加強對自動化技術的應用。因為采樣化驗環節具有一定的復雜性，為了提高工作效率以及準確性，洗煤廠在采樣和化驗過程中也會采用自動化技術，比如工作人員可以借助先進的水分檢測儀和灰分檢測儀實現對產品的自動化檢測和機械化檢測。當然，在洗煤廠配煤自動控制系統應用的過程中，為了降低安全事故發生的概率，還需要加強生產的監督管理力度，比如可以通過視頻監控的設置實現對生產全過程的實時監測，這樣不僅可以節省一定的人力成本，而且還可以節省生產成本，同時工作人員可以利用監視器實時了解生產情況，進而開展統一化的管理與監督工作，促進各環節生產工作規范化有效落實。

3.3 洗煤廠自動化配煤中給煤系統自動化技術的應用

自動控制系統在洗煤廠生產給煤環節中的科學合理應用，不僅可以節省一定的勞動力投入，而且進一步優化了給煤量的準確性。當前在自動給煤系統的支持下，洗煤廠不僅可以實時監測配煤過程的給煤量，而且還可以實時監控物料的運行狀態，不僅保證洗煤廠生產工藝滿足相關的要求和標準，而且也為下游設備良好穩定安全運行提供了保障，對洗煤廠整個生產系統的良好穩定高質量安全運行起到了積極的推動作用[4]。洗煤廠的給煤系統主要由以下幾個部分組成：（1）控制中心。主要由PLC 負責。（2）計算機。主要由上位機負責。（3）反饋系統。主要由皮帶秤負責。（4）調節機構。主要由變頻器負責。（5）執行機構。主要由給煤機負責。（6）實時監控機構。主要由攝像儀負責。此系統在運行的過程中要想實現自動調節需要對PID 算法進行科學合理的應用。作為反饋系統的皮帶秤在運行過程中會對給煤的小時量進行實時反饋，如果小時量大于給定值或者小于給定值時，自動給煤系統會對給煤機的轉速進行自動調節以實現給料量的有效控制[5]。整個自動化給煤系統在運行的過程中采用的是面向對象和面向過程相結合的編程方法，整個過程實行了閉環控制。同時在可視化界面的加持下，進一步提高了洗煤廠給煤系統的智能化水平、自動化水平和可視化水平。

綜上所述，當前洗煤廠配煤系統的自動化發展和應用，實現了對整個配煤過程的自動化控制，進一步提升了洗煤廠配煤的效率和質量。不過目前配煤自動化系統在運行過程中還存在著諸多不足和問題，需要洗煤廠根據實際情況加強對配煤系統的自動化改造力度，不斷優化自動控制系統，進一步提升配煤自動化生產的管理質量，增加洗煤廠的經濟效益。