仝戰(zhàn)偉

(山西焦煤西山煤電集團(tuán) 鎮(zhèn)城底礦選煤廠，山西 太原 030024)

1 選煤廠概況

鎮(zhèn)城底礦選煤廠位于山西省古交市鎮(zhèn)城底鎮(zhèn)，隸屬于山西焦煤西山煤電集團(tuán)，為一座設(shè)計(jì)產(chǎn)能150 萬t/a的礦井型選煤廠，現(xiàn)有兩套全重介分選系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)工藝流程一致，為原煤不脫泥使用無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選，小于0.5 mm煤泥采用FJC16-6噴射式浮選機(jī)浮選直接浮選，入洗原煤為2煤、3煤及8煤配洗，產(chǎn)品為十級肥精煤。臺時處理量550 t/h左右，入浮煤泥占原煤約25%，浮選精礦灰分在10.5%左右，加藥方式為傳統(tǒng)的人工加藥。

2 存在問題及解決方案

目前鎮(zhèn)城底礦選煤廠浮選以人工操作為主，勞動強(qiáng)度大，需要崗位操作人員多，浮選自動化水平較低，加藥粗放，藥耗高，且操作過程中浮選精煤灰分波動較大，導(dǎo)致浮選抽出率偏低，精煤損失嚴(yán)重。

針對目前存在問題，通過增加浮選智能加藥系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)浮選智能加藥及精礦、尾礦灰分檢測，提高加藥準(zhǔn)確性及浮選操作的指導(dǎo)性，降低藥耗，提高浮選產(chǎn)率，同時浮選崗位制轉(zhuǎn)換為巡檢制，降低職工勞動強(qiáng)度，可由其它崗位巡檢監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)浮選系統(tǒng)無人值守。

3 設(shè)計(jì)依據(jù)及內(nèi)容

3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)工藝特點(diǎn)，對整個工藝實(shí)現(xiàn)過程自動化控制、設(shè)備集中控制；以此對生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)自動控制，最終取代人工控制，優(yōu)化生產(chǎn)過程控制，穩(wěn)定工藝性能指標(biāo)，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，實(shí)時現(xiàn)場監(jiān)控，降低工人勞動強(qiáng)度，改善工作環(huán)境；最終控制目的在保證最終精礦產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，充分挖掘設(shè)備潛能，提高處理量，降低設(shè)備故障率，提高浮精綜合回收率，降低浮選藥耗，實(shí)現(xiàn)最佳增效節(jié)能效果。

3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

本著投資最小化，利潤最大化的目的，無人化智能化控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 無人化智能化控制系統(tǒng)

3.2.1 系統(tǒng)具備功能

浮選藥劑自動補(bǔ)充、藥劑自動乳化、入浮、礦漿顆粒檢測、入浮礦漿流量檢測、濃度檢測、入浮礦漿濃度自動調(diào)節(jié)、加藥站自動加藥、進(jìn)風(fēng)量遠(yuǎn)程手動(自動)調(diào)節(jié)、浮精泡沫及尾礦漿視覺實(shí)時自動檢測、尾礦灰分輸出、尾礦閘板遠(yuǎn)程手動(自動)調(diào)節(jié)、浮精泡沫自動消泡、加藥系統(tǒng)故障自動報(bào)警等。

在整個自動化控制系統(tǒng)中包括現(xiàn)場檢測部分、PLC控制單元部分、上位機(jī)監(jiān)控及操作部分、軟件編程部分、網(wǎng)絡(luò)通訊部分等?？刂葡到y(tǒng)包括兩部分功能：工藝流程順序控制功能和工藝過程控制功能。

3.2.2 系統(tǒng)操作功能

整個系統(tǒng)具有硬手動/自動操作功能，以實(shí)現(xiàn)機(jī)旁手動操作與集中控制功能，同時上位機(jī)也能實(shí)現(xiàn)軟手動和自動控制，操作人員可根據(jù)需要選擇啟停相應(yīng)的工藝設(shè)備，實(shí)現(xiàn)三級保護(hù)。

上位機(jī)操作功能，在上位機(jī)中實(shí)時顯示整個工藝流程以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，同時具備設(shè)備連鎖啟停、設(shè)備狀態(tài)報(bào)警等；集控室操作人員只需要在計(jì)算機(jī)上輕點(diǎn)鼠標(biāo)即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的連鎖啟停，如需調(diào)節(jié)參數(shù)值只需要輸入相應(yīng)的數(shù)值回車確認(rèn)即可，剩下所有的工作就交給自動控制系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場只需保留巡檢崗位，減少了現(xiàn)場污染環(huán)境的操作工崗位，大幅度降低了工人勞動強(qiáng)度。

4 系統(tǒng)控制原理

4.1 浮選加藥自動控制

浮選藥劑添加是整個浮選工藝流程的入口，其控制效果的好壞直接影響后續(xù)工序的作業(yè)指標(biāo)，甚至影響最終產(chǎn)品質(zhì)量。由于人工檢測滯后40～120 min，給浮選加藥的自動控制帶來很大難度，況且影響這一環(huán)節(jié)的因素特別多(如入浮量、藥劑質(zhì)量、進(jìn)風(fēng)量、煤質(zhì)等)，所以這一環(huán)節(jié)成了一種時變的非線性的復(fù)雜系統(tǒng)。對于這種復(fù)雜系統(tǒng)，單一地根據(jù)入浮煤泥量來添加浮選藥劑，很容易造成失控。經(jīng)過長期的研發(fā)，現(xiàn)場控制經(jīng)驗(yàn)的積累，研究出了一種適合這一環(huán)節(jié)的有效的控制方法：即AI實(shí)時在線視覺識別+模糊控制+AI自主訓(xùn)練。

4.2 AI在線視覺識別

AI在線視覺礦漿檢測儀，實(shí)時檢測浮選礦漿加藥后尾礦狀態(tài)和浮精泡沫狀態(tài)的變化，生成尾礦灰分值和浮精灰分值，并反饋到控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動加藥，實(shí)現(xiàn)無人化浮選智能加藥。

AI視覺礦漿檢測儀通過在密閉空間、恒定光照環(huán)境對浮選機(jī)(柱)設(shè)備藥劑添加后尾礦狀態(tài)、浮精泡沫狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時檢測；浮精泡沫樣品、尾礦樣品的采集、檢測、回流整個過程完全自動操作，自動輸出尾礦和浮精灰分，整個過程完全無需人工操作。

4.3 閉環(huán)模糊控制

由于浮選過程的復(fù)雜性和參數(shù)的時變性及大滯后特性，無法定量地判斷浮選的工作狀態(tài)和浮精的質(zhì)量，只能定性地或趨勢性地判斷，這種判斷是無法實(shí)現(xiàn)浮選加藥的精確控制的。因此，為了實(shí)現(xiàn)浮選加藥的精確控制，必須將浮選機(jī)的性能、浮選系統(tǒng)的工藝過程、煤質(zhì)性質(zhì)的變化、浮選藥劑添加后浮精泡沫的變化、尾礦狀態(tài)的變化等諸多因素與生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合起來，建立模糊控制規(guī)則，進(jìn)行模糊推理，得出模糊推理結(jié)果，反模糊化，與各控制對象的PID控制相結(jié)合，組成Fuzzy + PID的控制策略，從而實(shí)現(xiàn)浮選加藥的精確控制?？刂频哪康氖欠€(wěn)定浮選生產(chǎn)過程，提高浮精品質(zhì)的穩(wěn)定性，減少藥劑損耗。我司研究人員對浮選過程建立了不同的數(shù)學(xué)模型，通過工藝分析，結(jié)合實(shí)際測試，優(yōu)化原有的復(fù)雜模型，引入模糊控制理論，選用模糊控制和PID控制相結(jié)合的方法，這樣既可保持PID控制的無靜差、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，又具有模糊控制對參數(shù)的適應(yīng)性和調(diào)節(jié)速度快的特點(diǎn)。

經(jīng)過這種控制方法得到的控制量是一個連續(xù)量。對于浮選生產(chǎn)過程來說，這種控制方式實(shí)現(xiàn)了“入浮礦漿→智能加藥→加藥后狀態(tài)反饋→自動調(diào)整加藥量”這樣一種連續(xù)閉環(huán)控制。系統(tǒng)每時每刻都在分析浮選加藥的工作狀態(tài)，根據(jù)分析得到的結(jié)果實(shí)時給出控制方案。

5 效益分析

通過數(shù)據(jù)擬合試驗(yàn)，浮選精煤產(chǎn)率約能提高0.1%，藥耗能降低10%，現(xiàn)入浮煤泥(小于0.5 mm)占原煤25%，入洗原煤按150萬t/a，精煤價格按2 000元/t，煤泥價格按50元/t計(jì)。

(1)提高回收率可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益：150×25%×0.1%×(2000-50)=73.12(萬元/a)。

(2)降低藥耗可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益：仲辛醇及煤油按1∶4折合單價7 500 元/t，干煤泥藥耗0.9 kg/t，則年節(jié)約藥耗150×25%×0.9×10%×7500/1000=25.31(萬元)。

綜上，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益73.12+25.31=98.43(萬元)。

6 結(jié) 語

若增加浮選智能加藥系統(tǒng)，每年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益98.43 萬元。浮選崗位制轉(zhuǎn)換為巡檢制，降低了職工勞動強(qiáng)度，可由其它崗位巡檢監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)浮選系統(tǒng)無人值守，達(dá)到減員增效的目的。確保浮選精煤質(zhì)量穩(wěn)定，便于對重介系統(tǒng)操作，為穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量創(chuàng)造條件，同時也為實(shí)現(xiàn)全廠智能化奠定基礎(chǔ)。