張宏松 王云鵬 戴長(zhǎng)官

(兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦選煤中心)

趙樓煤礦選煤廠浮選系統(tǒng)原加藥方式為人工加藥，藥劑使用量靠人工觀測(cè)浮選泡沫和尾礦進(jìn)行調(diào)節(jié)，主要存在以下問(wèn)題：①對(duì)操作人員要求高，藥劑調(diào)整完全靠操作人員經(jīng)驗(yàn)，操作人員水平的高低直接影響浮選系統(tǒng)的正常生產(chǎn)；②操作步驟繁瑣，無(wú)法根據(jù)生產(chǎn)工況的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。原加藥方式需要人工用量筒法測(cè)量加藥，操作人員定時(shí)觀測(cè)泡沫和尾礦，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況手動(dòng)調(diào)整加藥閥門(mén)，藥劑調(diào)整具有不連續(xù)性，特別是當(dāng)浮選入料的濃度和灰分發(fā)生變化時(shí)，藥劑調(diào)整往往不能及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而影響浮選精煤產(chǎn)率；③人工加藥精確度低，不能對(duì)浮選生產(chǎn)工況進(jìn)行數(shù)字化表述，對(duì)浮選泡沫和尾礦的觀測(cè)憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，對(duì)同一工況不同的人得出的結(jié)論往往具有偏差，另外在加藥的具體操作過(guò)程中，由于是人工手動(dòng)調(diào)節(jié)會(huì)造成一定的誤差；④不利于浮選生產(chǎn)操作的積累和分析。因此，上述問(wèn)題成為制約浮選生產(chǎn)的瓶頸。

1 研究方向

該研究以浮選生產(chǎn)工藝流程為對(duì)象，以浮選精煤、尾礦灰分和精礦泡沫圖像特征作為系統(tǒng)的主要被控量,以在生產(chǎn)過(guò)程中添加的浮選藥劑量作為系統(tǒng)的控制量，并對(duì)精煤、尾礦灰分以及浮選泡沫圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)整。分析數(shù)據(jù)建立確切的數(shù)學(xué)模型，探索可靠的控制算法，編寫(xiě)控制程序逐步調(diào)試，并在生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)增加高精度的測(cè)量?jī)x表、執(zhí)行器，確保系統(tǒng)的可靠性和精確性[1-5]，其控制框圖見(jiàn)圖1。

圖1 趙樓煤礦浮選系統(tǒng)自動(dòng)加藥控制框圖

2 研究?jī)?nèi)容

2.1 電氣控制系統(tǒng)

浮選生產(chǎn)過(guò)程中入料的變化主要是入料的濃度、流量及浮選入料的灰分，且這些變量是實(shí)時(shí)變化的，需要對(duì)這些變量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，同時(shí)在藥劑添加執(zhí)行機(jī)構(gòu)中要求能及時(shí)反饋藥劑添加量的大小變化，針對(duì)浮選過(guò)程物料的特性選擇硬件設(shè)備，從而構(gòu)建穩(wěn)定可靠的浮選過(guò)程控制系統(tǒng)是必不可少的重要環(huán)節(jié)。

2.2 PLC控制系統(tǒng)

自動(dòng)加藥系統(tǒng)和浮選機(jī)配套，為其提供加藥功能。浮選機(jī)正常工作時(shí)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集浮選入料煤泥水的流量、濃度、灰分等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，由PLC將所采集數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理，再將處理后數(shù)據(jù)傳送到觸摸屏和工控機(jī)上。觸摸屏用于實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，工控機(jī)用來(lái)實(shí)現(xiàn)浮選工藝指標(biāo)軟測(cè)量功能。自動(dòng)加藥系統(tǒng)通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)分析后，計(jì)算出符合當(dāng)前生產(chǎn)情況的加藥量，并驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的加藥計(jì)量泵實(shí)施藥劑添加與調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加藥功能。因PLC不能進(jìn)行復(fù)雜的軟測(cè)量運(yùn)算，所以在工控機(jī)上通過(guò)相關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)軟測(cè)量的計(jì)算與顯示，并開(kāi)發(fā)了工業(yè)級(jí)浮選精煤灰分、產(chǎn)率軟測(cè)量系統(tǒng)平臺(tái)。該平臺(tái)主要設(shè)備和儀器由流量傳感器、濃度傳感器、變頻器、加藥計(jì)量泵、可編程邏輯控制器(PLC)、觸摸屏、工控機(jī)7部分組成。

2.3 浮選加藥系統(tǒng)的智能控制算法技術(shù)研究

浮選自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)的主控制畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示，包括自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種狀態(tài)，通過(guò)輕觸現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏上的標(biāo)識(shí)3 s可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)兩種工作狀態(tài)的切換，需要注意的是，所謂的手動(dòng)狀態(tài)和自動(dòng)狀態(tài)均指在該系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行的前提下。為充分發(fā)揮自動(dòng)加藥系統(tǒng)的功能，提高加藥的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，系統(tǒng)主要通過(guò)自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，手動(dòng)狀態(tài)適用于開(kāi)機(jī)、停機(jī)、事故等異常情況。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，要及時(shí)切換到自動(dòng)模式，運(yùn)行專家系統(tǒng)控制。人機(jī)界面分為手動(dòng)設(shè)置界面，專家規(guī)則界面和歷史曲線界面，可通過(guò)設(shè)置按鈕進(jìn)行各畫(huà)面間的切換。

2.4 浮選加藥系統(tǒng)的工藝狀態(tài)識(shí)別技術(shù)研究

在礦物浮選中，成像環(huán)境惡劣、光照條件復(fù)雜多變，線路傳輸信號(hào)受多種現(xiàn)場(chǎng)電子設(shè)備干擾，所采集出的泡沫圖像往往存在噪聲大、色偏、像素畸變等圖像失真問(wèn)題。這些失真極大的加劇了泡沫視覺(jué)特征提取的難度、減小了視覺(jué)檢測(cè)精度，會(huì)造成浮選工況的誤判，影響浮選生產(chǎn)的優(yōu)化控制。因此，研究高質(zhì)量的礦物浮選泡沫圖像視覺(jué)信號(hào)采集方法，開(kāi)發(fā)專用的高速圖像采集與處理平臺(tái)，獲取高質(zhì)量的泡沫視覺(jué)圖像尤為重要。為浮選加藥系統(tǒng)的工藝狀態(tài)識(shí)別創(chuàng)造條件的圖像處理系統(tǒng)硬件組成主要由計(jì)算機(jī)、圖像采集卡、工業(yè)CCD相機(jī)、防護(hù)罩、穩(wěn)壓電源、高頻光源、光纖集線器、光纖和IEEE1394b共9個(gè)部分構(gòu)成。通過(guò)這些硬件系統(tǒng)完成現(xiàn)場(chǎng)圖像采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)傳輸、信號(hào)解碼、數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)化等程序后讀入計(jì)算機(jī)，然后由浮選過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件接管。在系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮了浮選現(xiàn)場(chǎng)的操作環(huán)境以及浮選工人的專業(yè)能力等各方面因素，因此煤泥浮選泡沫圖像監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)數(shù)據(jù)積累，逐步提高加藥的精準(zhǔn)度，具備初步的“學(xué)習(xí)”能力。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用效果

針對(duì)浮選泡沫的表面視覺(jué)特征統(tǒng)計(jì)分布特點(diǎn)，研究高質(zhì)量的浮選泡沫視覺(jué)采集方法、探討與浮選工況和工藝指標(biāo)密切相關(guān)的浮選泡沫關(guān)鍵視覺(jué)特征參量獲取及其表征方法、研究這些視覺(jué)特征的現(xiàn)場(chǎng)提取途徑和基于浮選泡沫視覺(jué)特征信息的生產(chǎn)過(guò)程建模、提出基于泡沫視覺(jué)信息的浮選過(guò)程隨機(jī)控制方法與浮選生產(chǎn)指標(biāo)綜合優(yōu)化控制策略，實(shí)現(xiàn)整個(gè)浮選生產(chǎn)流程的穩(wěn)定、最優(yōu)化運(yùn)行，提高選廠生產(chǎn)效率，從而降低浮選藥劑的消耗，達(dá)到浮選效果最優(yōu)化。該系統(tǒng)投用后，趙樓煤礦選煤廠浮選系統(tǒng)減少崗位人員1人/班，浮選綜合藥劑消耗降低了0.19 kg/t干煤泥，浮選精煤產(chǎn)率提高了0.8個(gè)百分點(diǎn)，以入選360萬(wàn)t/a原煤計(jì)算，每年可多產(chǎn)出精煤2.88萬(wàn)t，為礦井創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 語(yǔ)

趙樓選煤廠浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了浮選加藥智能控制，可跟蹤浮選入料濃度，隨濃度的變化自動(dòng)調(diào)整加藥量，減少了人工調(diào)整帶來(lái)的滯后、波動(dòng)、偏差和錯(cuò)誤，且加藥準(zhǔn)確合理，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，提高了精煤的回收率，同時(shí)減少了藥劑浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本；不僅能夠避免因產(chǎn)品超灰、產(chǎn)品質(zhì)量過(guò)剩等情況引起的經(jīng)濟(jì)損失，為職工創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。