重介淺槽集中控制系統(tǒng)在西曲礦選煤廠的應(yīng)用

許建寧，岳興華，張玉石，楊海鳳

(沈陽科迪通達(dá)工程技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽 110013)

重介淺槽集中控制系統(tǒng)在西曲礦選煤廠的應(yīng)用

許建寧，岳興華，張玉石，楊海鳳

(沈陽科迪通達(dá)工程技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽 110013)

介紹了西曲礦選煤廠重介淺槽排矸工藝流程，闡述了重介淺槽集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與控制功能。生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，重介淺槽集中控制系統(tǒng)投運(yùn)后，重介淺槽系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，效果良好，排矸效率達(dá)99.79%，可能偏差為0.046，介耗為0.59 kg/t。

重介淺槽集中控制系統(tǒng)；重介淺槽排矸工藝；控制功能；排矸效率

1 概述

山西西山煤電(集團(tuán))公司西曲礦選煤廠是一座設(shè)計(jì)能力為3.0 Mt/a的礦井型選煤廠，于1987年建成投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)采用原煤螺旋分選、跳汰粗選、重介質(zhì)旋流器精選、煤泥浮選聯(lián)合工藝流程，主要產(chǎn)品為12級(jí)焦精煤。隨著煤層賦存條件的變化，入選原煤煤質(zhì)逐漸變差，原煤中矸石含量越來越大，但是原煤儲(chǔ)運(yùn)車間的篩分破碎工藝排矸效率低，對(duì)煤質(zhì)變化適應(yīng)性較差，導(dǎo)致矸石帶煤損失嚴(yán)重，已無法滿足正常的排矸要求。為適應(yīng)煤礦生產(chǎn)的需要，通過市場調(diào)研，西曲礦選煤廠于2011年對(duì)原煤儲(chǔ)運(yùn)車間進(jìn)行技術(shù)改造，新增了XZQ型重介淺槽分選機(jī)，用以完成排矸[1]任務(wù)，并通過建立集中控制系統(tǒng)，使生產(chǎn)和管理過程自動(dòng)化程度大大提高，較好地滿足了排矸生產(chǎn)需求。

2 重介淺槽排矸工藝流程[2]

新增的重介淺槽排矸工藝流程為：原煤采用φ260 mm固定篩分級(jí)后，>260 mm粒級(jí)進(jìn)入矸石倉，<260 mm粒級(jí)物料經(jīng)配煤刮板進(jìn)入φ50 mm原煤分級(jí)篩；原煤分級(jí)篩篩下物進(jìn)入原煤產(chǎn)品倉，篩上物進(jìn)入重介淺槽分選機(jī)；淺槽分選機(jī)分選出的塊精煤經(jīng)脫介篩脫介后，再經(jīng)破碎機(jī)破碎后入倉，分選出的矸石則經(jīng)矸石篩脫介后運(yùn)至矸石倉?？紤]到原煤排矸的重要性，為了不影響礦井生產(chǎn)，重介淺槽分選系統(tǒng)按雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，工作方式為一用一備。系統(tǒng)重介淺槽分選介質(zhì)調(diào)節(jié)通過兩臺(tái)脫介篩后安裝的分流箱進(jìn)行，由安裝在分流箱上的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制，通過集控系統(tǒng)的密度自動(dòng)控制模塊實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)分流量，滿足淺槽系統(tǒng)對(duì)重介密度的要求。

3 重介淺槽集中控制系統(tǒng)

3.1 設(shè)計(jì)要求

重介淺槽集中控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)所有生產(chǎn)設(shè)備的集中監(jiān)控，完成工藝系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。應(yīng)具有生產(chǎn)設(shè)備順煤流停車、逆煤流啟車的順序控制功能；所有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視，壓力、流量、液位、密度、電流、電壓等儀表信號(hào)的檢測，故障報(bào)警、生產(chǎn)設(shè)備急停，且能保證在淺槽分選故障停車情況下不積煤；具有數(shù)據(jù)采集與處理功能，上位機(jī)操作界面顯示工藝流程、測量參數(shù)、控制設(shè)備狀態(tài)及參數(shù)等，并可對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行累計(jì)、計(jì)算和統(tǒng)計(jì)；當(dāng)參數(shù)越限報(bào)警、控制設(shè)備故障或狀態(tài)變化時(shí)，在界面上能聲光報(bào)警，且故障類型及部位在界面上有明確指示。此外，要求該系統(tǒng)采用開放式的國際標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP以太網(wǎng)，可與選煤廠原集控系統(tǒng)無縫連接，為構(gòu)建全廠生產(chǎn)信息管理網(wǎng)提供便利。

3.2 方案設(shè)計(jì)

3.2.1 自動(dòng)化方案

根據(jù)重介淺槽分選工藝的要求，系統(tǒng)采用美國通用電氣公司GE的90-30系列PLC控制系統(tǒng)作為自動(dòng)化解決方案。原煤儲(chǔ)運(yùn)車間重介淺槽分選系統(tǒng)的各主要工藝參數(shù)均設(shè)置相應(yīng)的在線監(jiān)測儀表，采用美國GE PROFICY HMI/SCADA-iFIX工控組態(tài)軟件配備先進(jìn)、成熟的生產(chǎn)過程監(jiān)控軟件平臺(tái)，采集分析所有的數(shù)據(jù)，指導(dǎo)控制級(jí)實(shí)時(shí)完成對(duì)系統(tǒng)工藝參數(shù)的控制和所有生產(chǎn)機(jī)電設(shè)備的順序啟?？刂?，同時(shí)在集控室操作站上實(shí)時(shí)顯示對(duì)各參數(shù)的預(yù)處理，并上傳給生產(chǎn)管理系統(tǒng)網(wǎng)，處理現(xiàn)場發(fā)生的各種問題?？刂葡到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)按三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括信息層(選煤廠管理級(jí))、生產(chǎn)監(jiān)控層(系統(tǒng)控制層)和設(shè)備層(現(xiàn)場設(shè)備I/O層)[3]。

(1)設(shè)備層。原煤重介淺槽系統(tǒng)生產(chǎn)工藝獨(dú)立，PLC主機(jī)采用90-30系列CPU，并擴(kuò)展一組I/O模塊。CPU型號(hào)為IC693CPU374，該CPU采用無風(fēng)扇設(shè)計(jì)，處理能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，適用于對(duì)可靠性要求高的復(fù)雜控制對(duì)象。美國GE公司PLC有專門的PME(Proficy Machine Edition)7.0編程軟件，可以高效設(shè)計(jì)、編寫和調(diào)試PLC程序。PLC的數(shù)字量I/O模塊與外界電氣設(shè)備通過隔離繼電器硬連接線，完成生產(chǎn)設(shè)備電氣信號(hào)的反饋、啟停命令的執(zhí)行等功能；模擬量I/O模塊與現(xiàn)場儀表通過信號(hào)隔離器實(shí)現(xiàn)儀表變送信號(hào)的抗干擾功能，儀表檢測信號(hào)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠。對(duì)于變頻器的選擇，考慮到設(shè)備的實(shí)際功率和工作電流，采用ABB公司的ACS800工程型變頻器。ACS800變頻器的設(shè)計(jì)具有效率高、故障自診斷處理、直接轉(zhuǎn)矩控制和電動(dòng)機(jī)參數(shù)自識(shí)別等特點(diǎn)，可方便地進(jìn)行有關(guān)參數(shù)、力矩特性、調(diào)速特性等設(shè)置，接受PLC控制信號(hào)從而完成控制任務(wù)。

(2)生產(chǎn)監(jiān)控層。系統(tǒng)上位機(jī)采用美國DELL高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)和GE公司開發(fā)的一流自動(dòng)化監(jiān)控組態(tài)軟件iFIX V5.0[4]。 iFIX實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件開發(fā)平臺(tái)集控制技術(shù)、人-機(jī)界面技術(shù)、圖形技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身，包含動(dòng)態(tài)顯示、報(bào)警、趨勢、控制策略、網(wǎng)絡(luò)通信等組件，提供了一個(gè)友好的用戶界面，能夠在系統(tǒng)開發(fā)過程中不中斷運(yùn)行系統(tǒng)的正常運(yùn)行，避免了切換期間停機(jī)所造成的各種問題。系統(tǒng)采用10 M/100 M自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過實(shí)時(shí)的I/O控制，控制器與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳送，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的高效集成。

(3)信息層。采用國際標(biāo)準(zhǔn)通用的10 M/100 M以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，用于數(shù)據(jù)采集和程序維護(hù)。通過企業(yè)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，可完成各種數(shù)據(jù)信息的收集、處理、統(tǒng)計(jì)、分析和存儲(chǔ)，再按照各級(jí)管理者的要求分別發(fā)送給他們，從而完成企業(yè)業(yè)務(wù)流程的全面實(shí)時(shí)控制和生產(chǎn)經(jīng)營決策。

西曲礦選煤廠重介淺槽集中控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 重介淺槽集中控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Internet configuration diagram of heavy medium vessels centralized control system

3.2.2 工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)

結(jié)合西曲礦選煤廠原煤儲(chǔ)運(yùn)車間現(xiàn)場情況，工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控中心、本地監(jiān)控端和客戶端。監(jiān)控中心通過中心服務(wù)器來管理和配置系統(tǒng)內(nèi)的監(jiān)控主機(jī)。通過現(xiàn)場監(jiān)控端采集視頻信號(hào)、數(shù)據(jù)，及時(shí)上傳到監(jiān)控中心的視頻工作站或客戶端，并連接到大屏幕LED顯示屏上顯示。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、圖像可存儲(chǔ)6個(gè)月以上，供事件查詢與追溯。

3.2.3 瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)

在原煤儲(chǔ)運(yùn)車間內(nèi)重要的地點(diǎn)安裝傳感器，將一些環(huán)境和生產(chǎn)參數(shù)上傳到中心站和選煤廠管理網(wǎng)絡(luò)工作站上，以便廠領(lǐng)導(dǎo)和調(diào)度員及時(shí)掌握安全生產(chǎn)情況，通過監(jiān)控發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場存在的安全隱患并及時(shí)處理，避免可能發(fā)生的重大事故。西曲礦選煤廠原有一套瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，將本次改造新增的20個(gè)瓦斯傳感器納入原監(jiān)控系統(tǒng)，安裝、調(diào)試完成后即可投入正常使用。

3.3 主要監(jiān)控參數(shù)

西曲礦選煤廠重介淺槽集中控制系統(tǒng)可對(duì)儲(chǔ)運(yùn)車間重介淺槽分選系統(tǒng)的重要技術(shù)參數(shù)實(shí)施全面監(jiān)控。監(jiān)控的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 重介淺槽集中控制系統(tǒng)監(jiān)控的主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters to be monitored in heavy medium vessel centralized control system

3.4 控制功能

(1)順序控制功能[5]。西曲礦選煤廠重介淺槽分選工藝是雙系統(tǒng)配置(一用一備)，采用以各個(gè)環(huán)節(jié)檢測執(zhí)行為條件的順序控制。集中控制系統(tǒng)的功能是完成所有生產(chǎn)設(shè)備順序、延時(shí)、各設(shè)備之間聯(lián)鎖等一系列相互關(guān)聯(lián)的操作，每一順序中含有不同的操作步驟和控制要點(diǎn)。設(shè)備集中控制程序按西曲礦選煤廠工藝要求，并結(jié)合在其他選煤廠集控系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)編制而成，符合國標(biāo)GB50359-2005《煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，并經(jīng)功能、安全嚴(yán)格測試通過后投入使用。

(2)重介質(zhì)密度控制功能。重介淺槽密度控制的主要目的是控制選后矸石中的帶煤量，使洗后矸石中盡量不帶煤。重介密度自動(dòng)控制是一個(gè)以選后矸石不帶煤的密度為設(shè)定值，密度實(shí)際檢測值為反饋信號(hào)，通過調(diào)節(jié)合介與稀介之間分流量，輔助以調(diào)節(jié)合介桶的補(bǔ)水量來實(shí)現(xiàn)設(shè)定密度穩(wěn)定的閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)[6]。

(3)液位控制功能[7]。合格介質(zhì)桶、磁選尾礦桶設(shè)有高精度液位檢測儀，在PLC控制程序中統(tǒng)一考慮密度和液位的自動(dòng)控制。當(dāng)重介質(zhì)的密度達(dá)到要求時(shí)，合格介質(zhì)桶液位的高低決定系統(tǒng)中是否需要補(bǔ)充磁鐵礦粉。液位過高，合格重介質(zhì)的密度肯定降低，應(yīng)加大分流量進(jìn)行濃縮，實(shí)現(xiàn)密度和液位的自動(dòng)控制。生產(chǎn)中在每個(gè)班工作前檢查合介桶的液位和密度情況，由于淺槽重介介耗低，一般一周左右時(shí)間加介一次即可。

(4)合介泵出口壓力控制功能。合格介質(zhì)泵出口管線上設(shè)有壓力變送器，可實(shí)時(shí)檢測合格介質(zhì)流量的壓力。通過調(diào)節(jié)合介泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度來實(shí)現(xiàn)重介淺槽分選過程中合格介質(zhì)上升流、水平流流量的調(diào)節(jié)。由于合介泵采用變頻調(diào)速技術(shù)，可以根據(jù)淺槽工作過程中精煤的溢流量來調(diào)節(jié)合介泵的轉(zhuǎn)速，在滿足重介淺槽分選系統(tǒng)正常生產(chǎn)前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

4 應(yīng)用效果

西曲礦選煤廠重介淺槽集中控制系統(tǒng)于2013年1月投入使用以來，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，應(yīng)用效果良好，使重介淺槽分選系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，配套輔助設(shè)備實(shí)現(xiàn)了無人值守，減少了操作人員。由表2[8]所示的重介淺槽分選系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：重介淺槽集中控制系統(tǒng)投運(yùn)后，淺槽重介排矸效率達(dá)99.79%，可能偏差Ep為0.046，介耗為0.59 kg/t。

表2 重介淺槽分選系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 2 Test results of heavy medium vessels separation system

5 結(jié)語

西曲礦選煤廠重介淺槽集中控制系統(tǒng)投用后，生產(chǎn)設(shè)備啟動(dòng)連續(xù)性、原煤矸石分選效率明顯提高，減少了人為干預(yù)停車時(shí)間，25臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備在1 min時(shí)間內(nèi)全部啟動(dòng)完成。分選密度、合介桶液位、磁選尾礦桶液位、合介泵出口壓力調(diào)節(jié)精度高，且實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)調(diào)節(jié)，大幅降低了崗位工的勞動(dòng)強(qiáng)度，使生產(chǎn)和管理過程得到優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了提質(zhì)、擴(kuò)產(chǎn)、減員、增效的目標(biāo)。

[1] 李艷紅,季曉明,秦國富.XZQ-1620重介淺槽分選機(jī)在華豐礦選煤廠的應(yīng)用[J].選煤技術(shù),2013(5).

[2] 邢成國,許建寧,李 寶. 煤礦井下重介淺槽排矸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].選煤技術(shù),2011(5).

[3] 許建寧，張玉石，楊海鳳.淺槽重介自動(dòng)化系統(tǒng)在華豐礦選煤廠的應(yīng)用 [J].選煤技術(shù),2014(1).

[4] 柳二軍 .GE PAC3i冗余控制系統(tǒng)在寨崖底選煤廠的應(yīng)用[J].煤炭加工與綜合利用,2012(6).

[5] GB/T 50359-2005 煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6] 汪海濤，孫 冰.冗余S7-400H和WinCC在選煤廠控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].陜西煤炭,2010(2).

[7] 涂時(shí)亮,陳章龍,張友德.單片微機(jī)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)[M].重慶:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社重慶分社,1988.

[8] 彭麗萍，樊曉敏.XZQ1636 重介淺槽分選機(jī)在西曲礦選煤廠的應(yīng)用 [J].煤炭加工與綜合利用,2013(5).

Application of heavy medium vessels centralized control system in Xiqu mine coal preparation plant

XU Jian-ning，YUE Xing-Hua，ZHANG Yu-shi，YANG Hai-feng

(Shenyang Kedi Tongda Engineering Technology Co.,Ltd.，Shenyang，Liaoning 110013，China)

Refuse removing technological flowsheet using heavy medium vessels is introduced,in addition,giving an explanation of design proposal of this equipment centralized control system and its application. The operation data shows that this system is reliable in operation,so that refuse removing rate is 99.79%,eacrt probable moyen of 0.046 and medium consumption of 0.59kg/t.

heavy medium vessels centralized system; refuse removing technology using heavy medium vessels; control system; refuse removing rate

1001-3571(2015)02-0077-04

TD948.9

A

2015-02-15

10.16447/j.cnki.cpt.2015.02.022

許建寧(1966—)，男，遼寧省沈陽市人，高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，從事選煤工藝自動(dòng)化與選煤廠工程設(shè)計(jì)工作。

E-mail：xjn010203@sina.com Tel：024-24122256