淺談智能化在選煤自動化系統(tǒng)中的應用

劉丹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 2018011

摘  要:隨著科技的發(fā)展，各行各業(yè)都在推進智能化建設，智能化是在信息收集、自動化建設基礎上誕生的更高級的技術。隨著網(wǎng)絡技術的進步、設備性能的提高，選煤行業(yè)也具備了進行智能化建設的條件。文章介紹了選煤廠自動化各個子系統(tǒng)和選煤廠信息化各個子系統(tǒng)，并分別闡述了各自所處的發(fā)展階段以及投入智能化需具備的條件，指出智能化系統(tǒng)既能提高效益，又能提高核心競爭力，還能進一步優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)結構。智能化建設是工業(yè)發(fā)展的趨勢。

關鍵詞:智能化選煤廠;自動化系統(tǒng);信息化系統(tǒng);大數(shù)據(jù)分析

0引言

煤炭是我國的主要能源之一，也是經(jīng)濟的重要支柱之一。隨著技術的發(fā)展和進步，煤炭行業(yè)在自動化和信息化技術上取得了長足的進步。在設備可靠性方面，新建設的選煤廠，前三年在生產(chǎn)運行中很少出現(xiàn)設備問題，設備維修成本很低，如果按照設備要求正常生產(chǎn)就可以保證設備的良好生產(chǎn)狀況，說明設備的可靠性已經(jīng)達到了一定的水平：在信息化方面，現(xiàn)在SQL、OＲACLE等數(shù)據(jù)庫軟件在選煤廠已經(jīng)得到普遍應用，大多數(shù)選煤廠也都注意到了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的重要性，形成了良好的存儲習慣，并在大量數(shù)據(jù)的基礎上做了一定的分析;在自動化方面，主流的控制系統(tǒng)都已經(jīng)具備了以太網(wǎng)網(wǎng)絡通訊功能，大、中、小型化的控制器都具備了網(wǎng)絡功能，所有生產(chǎn)設備都能方便地納入整套控制系統(tǒng)中：在網(wǎng)絡方面，已經(jīng)進入了網(wǎng)絡信息時代，萬物互聯(lián)，信息交互實時可靠，選煤企業(yè)一直存在的“消息壁壘"、“信息孤島"問題都有了成熟的解決方案，物聯(lián)網(wǎng)技術、云平臺技術，尤其是網(wǎng)絡通訊速率的提高，為數(shù)據(jù)的實時性提供了一定的保障。選煤廠生產(chǎn)智能化對于工藝環(huán)節(jié)比較固定的洗選系統(tǒng)，可以提高產(chǎn)品的分選精度和生產(chǎn)效率，節(jié)能降耗：對于工藝環(huán)節(jié)比較復雜，存在各種可能流程的洗選系統(tǒng)，隨著洗選過程的累積，有可能誕生更優(yōu)秀的洗選工藝流程。系統(tǒng)智能化就像給系統(tǒng)裝上了不疲憊的人類大腦一樣，它主動地感知和分析判斷怎樣能讓系統(tǒng)更加優(yōu)化。

1選煤生產(chǎn)系統(tǒng)組成

選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)從原煤來料開始，直至洗選出產(chǎn)品煤，并配送裝車結束。設備流程如圖1所示。

選煤生產(chǎn)系統(tǒng)首先要根據(jù)洗選產(chǎn)品要求化驗原煤，確定原煤配比和分選指標，然后根據(jù)分選指標進行原煤分選生產(chǎn)，生產(chǎn)中按照要求定時取樣化驗原煤和產(chǎn)品指標，原煤經(jīng)分選后落入產(chǎn)品倉，后產(chǎn)品計量裝車。

2選煤自動化系統(tǒng)

2.1原煤配煤系統(tǒng)

給煤機由變頻電機來驅動，利用變頻器給電動機供電，改變變頻器輸出電壓的頻率就可以改變給煤機的給煤速度，從而改變給煤機的給煤量。為了實現(xiàn)給煤機給煤量的控制，就要對每臺給煤機給煤量的大小進行檢測，由于給煤機給出的煤落入帶式輸送機上，故可在帶式輸送機的輸送帶上安裝電子皮帶秤對給煤量進行實時檢測，然后由PLC將檢測到的實時煤流量和預先設定的煤流量構成閉環(huán)，這樣就可以實現(xiàn)給煤量的精準控制，從而完成選煤廠的定制化生產(chǎn)要求。目前配煤系統(tǒng)已經(jīng)應用在很多選煤廠，基本達到預期效果。

2.2煤質化驗系統(tǒng)

化驗部分的自動化目前能夠實現(xiàn)自動定位、自動取樣、自動制樣功能，其中自動定位由圖像自動識別系統(tǒng)實現(xiàn);自動取樣由控制器驅動行走機構到采樣點，調整好位置后，由取樣機構進行取樣;自動制樣通過輸送帶、錘式破碎機、縮分器進行縮分制樣。目前制樣到分樣及化驗的自動環(huán)節(jié)還沒有成熟方案。

2.3供配電系統(tǒng)

每個配電回路均配置智能斷路器和智能綜合保護器。智能斷路器具備就地分合閘/遠程分合閘功能，可將遠程分合閘功能接入PLC系統(tǒng);智能綜合保護器具備過電壓、欠電壓、過載、短路、漏電、遠程通訊、用電顯示、故障顯示、過載額定電流、過電壓、欠電壓、漏電流可調等功能，通過通訊方式接入PLC系統(tǒng);在上位機界面就可以實時去操控配電回路，同時查看線路檢測情況?，F(xiàn)有選煤廠配置智能斷路器的比較少，基本是維護人員需要維護哪臺設備就通知電氣人員去配電室拉開對應設備斷路器，電氣人員勞動作業(yè)時間比較長。

2.4集中控制系統(tǒng)

為每個設備設計二次控制回路，配合PLC進行必要的設備控制信號的采集和設備啟停的控制，通過編制程序定制設備的啟停方式及規(guī)則。常規(guī)有三種控制方式:①就地控制箱按鈕啟停(或者現(xiàn)場觸摸屏啟停);②上位機就地啟停;③上位機集中啟停?，F(xiàn)有選煤廠基本都配備了集中控制系統(tǒng)，并且三種控制方式并存，在程序編制上雖然存在差異，但系統(tǒng)架構都已齊備。

2.5密度控制系統(tǒng)

在重介選煤工藝的必要環(huán)節(jié)中主要涉及到的選煤設備有旋流器、淺槽重介分選機、斜輪重介質分選機、立輪重介質分選機等。通過檢測懸浮液密度、懸浮液磁性物含量，根據(jù)分選指標，去調節(jié)合格介質桶、泵的加水調節(jié)量和弧形篩下分流執(zhí)行機構的開度。PLC采集密度、磁性物含量、壓力、加水閥門開度、分流執(zhí)行機構開度等數(shù)據(jù)，編制程序控制加水閥門和分流執(zhí)行機構開度，保證懸浮液的密度和煤泥含量在合格范圍內?，F(xiàn)有重介選煤廠基本都配備了密度控制系統(tǒng)，有很多選煤廠將密度控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)直接整合在一套PLC系統(tǒng)中。

2.6浮選自動加藥系統(tǒng)

該系統(tǒng)為浮選機、浮選柱等浮游選煤設備系統(tǒng)，根據(jù)煤質的不同，基本遵循干煤泥量定藥劑量的原則添加藥劑。浮游選煤藥劑主要有捕收劑和起泡劑，根據(jù)煤質化驗的不同，兩種藥劑遵循一定的質量比進行添加。PLC系統(tǒng)通過檢測入選來料的濃度和流量，編制程序控制藥劑的定量添加，常規(guī)定量添加設備為計量泵，也可以用普通泵與流量計配合添加。部分選煤廠還有采用人工微調的方式來進行藥劑添加，或采用遠程人工定量方式進行藥劑添加，實現(xiàn)自動添加的選煤廠比較少。

2.7濃縮池自動加藥系統(tǒng)

通過藥劑加速煤泥水中煤泥的沉降，根據(jù)入料煤泥水成分的不同，基本遵循干煤泥量定藥劑量的原則添加藥劑。所用藥劑主要有絮凝劑和凝聚劑，根據(jù)化驗煤質的不同，兩種藥劑遵循一定的比例進行添加。PLC系統(tǒng)通過檢測入料煤泥水的濃度、流量和溢流水的濁度，編制程序控制藥劑的定量添加，常規(guī)定量添加設備為計量泵，還可以用普通泵與流量計配合來做定量添加。同樣，實現(xiàn)自動添加的選煤廠比較少。

2.8設備運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

選煤設備種類很多，主要分為給料設備、篩分設備、破碎設備、分選設備、脫水設備、濃縮設備、壓濾過濾設備、磁選設備、除鐵設備、輸送設備、泵類、風機類等，基本可以分為振動設備、固定設備、旋轉設備。選煤廠電機基本為鼠籠異步電動機，主要檢測電動機的軸溫和定子線圈溫度;泵類和振動類設備主要檢測振動位移幅值、速度幅值、加速度幅值、橫向偏移、縱向偏移，振動幅度等?，F(xiàn)在選煤廠大型電機在采購時就跟廠家提出埋鉑電阻的要求，以監(jiān)測電機溫度，還未采用其他檢測手段。選煤廠目前離線振動檢測技術已經(jīng)成熟，但亟需在線實時振動檢測技術。

2.9定量裝車系統(tǒng)

一般采用小型PLC和電子衡配合來完成定量裝車，由電子衡來稱量質量，由PLC控制下料閘板，通過編制程序實現(xiàn)定量裝車，有一定的精度誤差，結算按后實際質量為準。我國煤炭裝運水平參差不齊，操作方式各異，一般選煤廠都會設置地磅房，采用人工裝車、人工記賬的方式。這些方式自動化程度不高，不便于工作人員了解現(xiàn)場運行情況，不利于實時管理，進而影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。

3選煤信息化系統(tǒng)

3.1煤質化驗數(shù)據(jù)系統(tǒng)

煤質化驗需要進行篩分、浮沉試驗，得到原煤和產(chǎn)品煤的產(chǎn)率、灰分、水分、硫分、揮發(fā)分、黏結指數(shù)等數(shù)據(jù)，同時選煤生產(chǎn)各個必要的工藝環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)都需進行化驗，比如浮選精礦、浮選尾礦、磁選尾礦等，凡是涉及到成分變化的環(huán)節(jié)盡量有數(shù)據(jù)支撐。

3.2設備狀態(tài)數(shù)據(jù)系統(tǒng)

狀態(tài)數(shù)據(jù)是設備的非電性監(jiān)測數(shù)據(jù)，是確保設備正常運行，需監(jiān)測設備狀態(tài)的信息。比如對電機類設備的溫度監(jiān)測，對泵類設備的振動監(jiān)測，對篩分類設備的偏移監(jiān)測，對壓力類設備的壓力監(jiān)測等，這類數(shù)據(jù)就像設備的醫(yī)生一樣隨時監(jiān)測設備狀態(tài)。選煤廠對此類信息的監(jiān)測目前還比較少。

3.3電氣回路數(shù)據(jù)系統(tǒng)

設備供電和控制回路數(shù)據(jù)監(jiān)測，主要包括啟動、停止、集中/就地等按鈕信號監(jiān)測，空開信號監(jiān)測，綜保數(shù)據(jù)監(jiān)測，軟啟動器數(shù)據(jù)監(jiān)測，變頻器數(shù)據(jù)監(jiān)測，這類數(shù)據(jù)在電氣上保護和控制設備的狀態(tài)。選煤廠對此類信息的采集，除了空開自動分閘、自動合閘應用比較少之外，其他信息都基本具備。

3.4儀器儀表數(shù)據(jù)系統(tǒng)

工藝設計上的桶類和池類容器的液位檢測儀表、筒倉檢測的料位儀表、密度儀表、磁性物含量儀表、流量儀表、壓力儀表、分流執(zhí)行機構、加水調節(jié)閥門、閘門開度儀表以及輸送帶保護使用的跑偏、拉繩、堆煤、失速、溫度、煙霧、撕裂等，這類數(shù)據(jù)提供了工藝的需求數(shù)據(jù)，還有設計安全的保護類儀表。選煤廠對這類信息的檢測目前基本具備。

3.5藥劑添加數(shù)據(jù)系統(tǒng)

選煤廠藥劑主要涉及到浮選系統(tǒng)需要添加的捕收劑和起泡劑，濃縮池需要添加的絮凝劑和凝聚劑，需要監(jiān)測藥劑的實時使用量和累積使用量以及藥劑箱現(xiàn)有藥劑量，這類數(shù)據(jù)是保證藥劑系統(tǒng)正常運行的必要數(shù)據(jù)。大部分選煤廠沒有此類數(shù)據(jù)的監(jiān)測，只是人工進行確定。

4選煤智能化系統(tǒng)

 

選煤智能化系統(tǒng)是基于完善的自動化系統(tǒng)和完善的信息化系統(tǒng)，自動化系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)運行在日益完善和高速的網(wǎng)絡技術鋪就的信息高速公路上，通過數(shù)據(jù)分析技術將信息化系統(tǒng)提供的大量信息進行整合分析，進而決策自動化系統(tǒng)的執(zhí)行，而不是靠人為發(fā)號施令去執(zhí)行。選煤廠生產(chǎn)智能化系統(tǒng)框圖,如圖2所示

比如原煤煤質化驗數(shù)據(jù)的實時提供，智能決策佳原煤配比，決定系統(tǒng)所能支持的佳入選量，調整所需分選密度，進而調整加水閥門和分流執(zhí)行機構的開度，調整各入料泵的頻率等，形成一套智能決策系統(tǒng)，系統(tǒng)中某一時刻的可調節(jié)環(huán)節(jié)在數(shù)據(jù)的分析決策下會形成一個相對固定的參數(shù)，隨著數(shù)據(jù)信息實時變化而變化。

自動化系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)就相當于人的身體和感知神經(jīng)系統(tǒng)，智能化就相當于在自動化和信息化的基礎上加上了人類的大腦，自動化去執(zhí)行，信息化去采集和傳遞，大腦去分析決策。生產(chǎn)系統(tǒng)需要人為確定的就是生產(chǎn)指標和生產(chǎn)量，這樣智能系統(tǒng)就可以自動地按照佳效果去完成生產(chǎn)任務。

智能化系統(tǒng)在實現(xiàn)智能化的基礎上利用現(xiàn)有的技術進行網(wǎng)絡發(fā)布、云平臺技術開發(fā)、手機APP開發(fā)、大數(shù)據(jù)分析挖掘等，以友好的方式展現(xiàn)給終使用者任何需要的數(shù)據(jù)信息。

5安科瑞ARD系列智能電動機保護器介紹與綜合選型

5.1產(chǎn)品簡介

ARD該系列低壓電動機保護器，具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉等保護功能?？膳c接觸器、電動機起動器等電器元件構成電動機控制保護單元，具有遠程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。應用范圍：可廣泛應用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領域。

5.2產(chǎn)品選型

 

產(chǎn)品功能

6結語

選煤廠生產(chǎn)智能化建設還處于起步階段，在自動化方面和信息化方面還存在一定的不足。選煤廠生產(chǎn)智能化實現(xiàn)以后，整個生產(chǎn)系統(tǒng)就需要接受給它下發(fā)的生產(chǎn)指標和生產(chǎn)量指令，按照指令以佳的方式完成生產(chǎn)任務，就像一臺龐大的機器一樣穩(wěn)定的工作。選煤廠生產(chǎn)智能化一定可以實現(xiàn)，行業(yè)的企業(yè)和公司要起到帶頭作用，爭取將這臺龐大的智能化機器早日生產(chǎn)出來。

【參考文獻】

[1]朱愛敏.關于新建選煤廠智能化系統(tǒng)規(guī)劃的探討［J］.煤炭加工與綜合利用，2019 (4): 30 -33.

[2]李梁才.選煤廠生產(chǎn)智能化探討［J].選煤技術，2021(02):93-96.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版.

作者簡介：

張雙，女，本科安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為電動機保護器的設計與應用。