王亞平

(西山煤電集團(tuán)有限責(zé)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(jìn)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(jìn)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(shí)際運(yùn)行過程中，由于浮選過程中的加藥量及浮選指標(biāo)控制較難，使選煤廠產(chǎn)品質(zhì)量難以保證，所以提升浮選效果保證選煤質(zhì)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(chǔ)上，設(shè)計了浮選自動控制系統(tǒng)，實(shí)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(jié)構(gòu)

太原選煤廠年入洗能力達(dá)400萬噸，采用無壓三產(chǎn)品重介旋流器、TBS粗煤泥分選機(jī)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(jìn)入緩存?zhèn)}再經(jīng)過泵打入水力旋流器后溢流進(jìn)入精煤桶，再通過給料泵進(jìn)入浮選礦漿準(zhǔn)備器分選后進(jìn)入浮選機(jī)。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(jìn)入帶有霧化盤的礦漿預(yù)處理器進(jìn)行分選，最后進(jìn)入浮選機(jī)進(jìn)行浮選，得到尾礦和精礦，精礦進(jìn)入精礦池，尾礦進(jìn)入濃縮機(jī)，最后進(jìn)入脫水設(shè)備進(jìn)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(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的故障幾率，實(shí)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(jìn)入帶有霧化盤的礦漿準(zhǔn)備器，使得礦漿充分融合，由于浮選機(jī)氣泡的存在，形成的一層泡沫層便于分選。為了進(jìn)一步加強(qiáng)分選效果，在運(yùn)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(jié)構(gòu)設(shè)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(diǎn)，浮選沒有整體的系統(tǒng)，造成浮選工藝復(fù)雜。浮選的整個過程各項(xiàng)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(shè)計方案，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 浮選控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(jìn)行收集并通過PLC傳輸至系統(tǒng)的上位機(jī)，上位機(jī)通過分析料灰及精煤的參數(shù)，初步得到預(yù)測的加藥量；②上位機(jī)將傳感器采集到的物料信息進(jìn)行匯總，利用自帶的MATLAB軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)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(yù)測加藥量進(jìn)行修正，得到計算加藥量，通過PLC將加藥量信息進(jìn)行傳輸，達(dá)到精準(zhǔn)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(biāo)，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(dá)到浮選精準(zhǔn)控制。

3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

保證浮選控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(shè)備如圖2所示。

圖2 選控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備圖

在對入料口粗泥水濃度進(jìn)行檢測時，為保障測量準(zhǔn)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(zhǔn)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(jìn)行設(shè)計，選定S7-300PLC作為下位機(jī)，S7-300PLC具備有抗干擾能力強(qiáng)、兼容性高等優(yōu)勢，通過與現(xiàn)場設(shè)備及傳感器等監(jiān)測，對工作狀態(tài)下的各項(xiàng)參數(shù)檢測、邏輯分析及故障報警，通過組態(tài)軟件實(shí)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(shè)計

浮現(xiàn)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計步驟如下：①建立工程目錄，存放相關(guān)文件；②添加硬件設(shè)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(shè)計圖像畫面和繪制監(jiān)控畫面對工作進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控；④編輯程序，完成上機(jī)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(jìn)行調(diào)試；⑥對上述過程進(jìn)行保存，對所有程序進(jìn)行檢查，投入使用[5]。

選用工業(yè)控制計算機(jī)為系統(tǒng)的上機(jī)位，與組態(tài)軟件進(jìn)行結(jié)合，對系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行控制。上機(jī)位對運(yùn)行過程中的模擬量進(jìn)行監(jiān)控，并給出變化趨勢，定期對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比。選定上位機(jī)后選定STEP7進(jìn)行編程，對系統(tǒng)的變量轉(zhuǎn)換、傳感器數(shù)據(jù)采集、動態(tài)設(shè)備控制、電機(jī)信號采集等進(jìn)行編程，同時對PLC參數(shù)硬件的組態(tài)等進(jìn)行設(shè)置。

完成軟件設(shè)計后對浮選系統(tǒng)的人機(jī)交互界面進(jìn)行設(shè)置，選用Wince組態(tài)軟件進(jìn)行上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)定，主要功能：①上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)包括硬件設(shè)備的監(jiān)控，對浮選過程的控制參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢測；②故障報警系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)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(jìn)行查詢，方便后續(xù)查詢；④Web網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)，通過賬號密碼登錄實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行。Wince功能結(jié)構(gòu)圖如3所示。上位機(jī)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(yùn)行、系統(tǒng)管理等界面組成，同時頁面運(yùn)行可選定自動或手動操作[6]。

圖3 Wince功能結(jié)構(gòu)圖

信號的通訊方式選定為西門子S7-300，其能夠與上位機(jī)、PLC、現(xiàn)場設(shè)備等進(jìn)行通訊，現(xiàn)場設(shè)備主要通過電纜進(jìn)行連接，通過電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)量的采集及輸出。在與上位機(jī)的連接主要選定PPI、TCP等協(xié)議，通過CPU模塊實(shí)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(jìn)行通訊。

5 應(yīng)用效果

浮選控制系統(tǒng)設(shè)計改造投入使用后，降低了勞動強(qiáng)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(zhì)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(fèi)用17.6萬元，一年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)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(yīng)用推廣。