田 峰

（西銘礦選煤廠，山西 太原 030052）

引言

重介質(zhì)選煤是一種效率高、應(yīng)用廣泛的選煤工藝，在重介質(zhì)選煤過(guò)程中，懸浮液的介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生損耗，從而改變懸浮液密度，若沒(méi)有及時(shí)補(bǔ)充重介質(zhì)，就會(huì)造成懸浮液密度降低，本該上浮的原煤就會(huì)下沉至浮選槽底部，和矸石一起被處理，降低了精煤產(chǎn)量。選煤廠采用人工開(kāi)閉閥門(mén)向合介桶內(nèi)添加介質(zhì)的加介工藝，人工操作不但需要多人配合，對(duì)懸浮液密度的控制也不精確，容易造成介質(zhì)浪費(fèi)，而且嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生生產(chǎn)事故。為了改變上述局面，對(duì)原有加介工藝進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造。

1 重介選煤工藝與加介原理

重介選煤工藝的具體做法：將混有矸石的原煤置于水中，加入某種介質(zhì)使混合液密度增加，密度小的精煤浮于上層，密度大的矸石沉淀在浮選槽底部，利用阿基米德原理將精煤與矸石分離開(kāi)來(lái)。重介質(zhì)選煤工藝通過(guò)控制介質(zhì)的量調(diào)節(jié)混合液密度，該工藝具有分選精度高、效率高的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用。重介選煤的四級(jí)分選步驟依次為塊煤淺槽分選、末煤重介旋流器分選、原煤脫泥分選、粗煤泥分選。選煤過(guò)程的各分選步驟中懸浮液內(nèi)的介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生損耗，特別是塊煤淺槽分選和末煤重介旋流器分選環(huán)節(jié)的介質(zhì)損耗更為明顯，為了保持分選效果穩(wěn)定必須進(jìn)行介質(zhì)動(dòng)態(tài)補(bǔ)充，這一環(huán)節(jié)稱之為加介工藝[1-2]。

圖1 加介工藝示意圖

選煤廠加介工藝自動(dòng)化改造前人工加介工藝如圖1所示，加介前的準(zhǔn)備工作：首先保持鼓風(fēng)閥和加介泵關(guān)閉，由工人將一定量介質(zhì)裝入介質(zhì)池，打開(kāi)補(bǔ)水閥加水至指定液位高度，打開(kāi)鼓風(fēng)閥向介質(zhì)池鼓風(fēng)，目的是攪拌懸浮液使其均勻。開(kāi)始加介：保持鼓風(fēng)閥不停鼓風(fēng)作業(yè)，切換閥打開(kāi)至指定合介桶，打開(kāi)加介泵和加介閥，懸浮液在加介泵的作用下抽入合介桶，合介桶內(nèi)液位達(dá)到指定高度后關(guān)閉加介泵，完成加介工藝。上述加介工藝所有步驟均為人工操作，需加介調(diào)度員、介質(zhì)庫(kù)操作員、鏟車(chē)司機(jī)等人員共同配合，因此人工加介過(guò)程不可避免地存在以下問(wèn)題：加介閥由人工操作，閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起介質(zhì)沉底；加介過(guò)程中閥門(mén)關(guān)閉不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致液位過(guò)高破壞設(shè)備；介質(zhì)放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)凝固，造成介質(zhì)浪費(fèi)[3-4]。

2 加介過(guò)程自動(dòng)化改造需求

保持加介工藝和就地模式不變，自動(dòng)化改造將手動(dòng)操作閥門(mén)和泵等設(shè)備改造為電氣控制，并且增加了系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)邏輯判斷等功能，形成了根據(jù)生產(chǎn)需要三種模式可選的自動(dòng)化加介系統(tǒng)。

1）就地模式。就地模式又稱為手動(dòng)模式，在集控室和介質(zhì)庫(kù)均可對(duì)單個(gè)閥門(mén)進(jìn)行開(kāi)閉控制，就地模式適用于設(shè)備調(diào)試和檢修。

2）集控模式。集控室通過(guò)控制回路接收介質(zhì)庫(kù)和主廠房的設(shè)備狀態(tài)，并發(fā)送控制指令，通過(guò)對(duì)講機(jī)、指示燈等方式與現(xiàn)場(chǎng)工作人員信息通訊。集控模式中閥門(mén)和泵運(yùn)行過(guò)程存在聯(lián)動(dòng)或閉鎖關(guān)系，從而使加介工藝和密度控制連鎖，在液位超高或閥門(mén)位置異常等情況時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒集控工作人員進(jìn)行處理，防止事故擴(kuò)大。

3）自動(dòng)模式。自動(dòng)模式可根據(jù)懸浮液密度和液位等信息判斷加介需求，泵和閥門(mén)按照邏輯關(guān)系編寫(xiě)為PLC程序，當(dāng)需要加介時(shí)自動(dòng)執(zhí)行相關(guān)程序，液位滿足生產(chǎn)要求后自動(dòng)停止加介。

3 加介系統(tǒng)控制原理與硬件設(shè)計(jì)

3.1 控制原理

通過(guò)人工開(kāi)閥加介，加介完成與否依靠工人的視覺(jué)判斷，沒(méi)有液位檢測(cè)設(shè)備，這是一種開(kāi)環(huán)控制，從原理上造成了加介不準(zhǔn)確。本文對(duì)原有人工加介系統(tǒng)改造為自動(dòng)加介系統(tǒng)，是一種閉環(huán)控制，加介指令完成后還要進(jìn)行液位反饋，因此加介更加準(zhǔn)確。如圖2所示，懸浮液的密度和液位是加介過(guò)程的關(guān)鍵因素，也是本文的控制對(duì)象，利用超聲波液位計(jì)和密度計(jì)采集懸浮液的液位和密度信息，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換得到測(cè)量值，位于集控室的上位機(jī)給定控制目標(biāo)SP，默認(rèn)工藝的控制目標(biāo)SP為：1.5 m<液位h<3.5 m、懸浮液密度ρ<1.8 g/cm3[5]，將SP與測(cè)量值進(jìn)行比較，若密度或液位達(dá)到加介條件，PLC的控制器就會(huì)發(fā)出加介控制信號(hào)，加介質(zhì)系統(tǒng)的閥門(mén)接收控制信號(hào)后打開(kāi)，向介質(zhì)池添加介質(zhì)，在整個(gè)閉環(huán)控制過(guò)程中，控制目標(biāo)為介質(zhì)池液位和密度達(dá)到上位機(jī)設(shè)置的定值SP。由于閉環(huán)控制的優(yōu)越性，并不會(huì)受外界擾動(dòng)改變控制結(jié)果。

圖2 自動(dòng)加介控制系統(tǒng)原理圖

3.2 硬件設(shè)計(jì)

選煤廠的各類工藝十分復(fù)雜，五個(gè)大型車(chē)間與輔助車(chē)間之間進(jìn)行連續(xù)性生產(chǎn)，單臺(tái)設(shè)備工作的情況很少，因此采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)能夠方便實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)兼容。選擇ControlLogix型雙PLC冗余熱備，該P(yáng)LC具有開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)字量輸入輸出模塊、通訊接口模塊等。超聲波液位計(jì)和密度計(jì)是系統(tǒng)的關(guān)鍵儀器儀表，在選擇時(shí)著重考慮選煤廠粉塵環(huán)境和防爆等性能要求，LB491型密度計(jì)是采用同位素原理設(shè)計(jì)的非直接接觸型濃度計(jì)，檢測(cè)過(guò)程不直接接觸煤泥礦漿，具有很高的防腐蝕性能。Berthold型超聲波液位計(jì)利用聲波在不同介質(zhì)的傳播速度不同的原理制成，換能器利用壓電效應(yīng)向礦漿發(fā)出聲波并記錄時(shí)間，超聲波經(jīng)礦漿表面反射被換能器接收，根據(jù)此時(shí)間間隔計(jì)算得出此時(shí)液位高度，這種傳感器為非接觸式，抗腐蝕性能高。

4 智能加介工藝流程

如圖3所示，選煤廠共有3個(gè)介質(zhì)池，1號(hào)介質(zhì)池由1540加介泵供1321、2321兩個(gè)塊煤合介桶，2號(hào)介質(zhì)池由1541加介泵供1358、1359、1360三個(gè)一期主洗合介桶和2358、2359、2360三個(gè)二期再洗合介桶，3號(hào)介質(zhì)池由1542加介泵供1412、1413、1414三個(gè)一期再洗合介桶和2412、2413、2414三個(gè)一期主洗合介桶，所有介質(zhì)池均通過(guò)補(bǔ)水閥與補(bǔ)水系統(tǒng)連接，并配置有鼓風(fēng)系統(tǒng)，加介管道通過(guò)切換閥進(jìn)行切換，達(dá)到加介泵復(fù)用的目的。

圖3 智能加介工藝流程圖

智能加介流程：加介指令觸發(fā)，自動(dòng)模式下加介指令由密度和液位測(cè)量值和給定值SP比較產(chǎn)生，由PLC發(fā)出，集控模式下由工作人員通過(guò)上位機(jī)下發(fā)加介指令；加介泵工作，加介泵收到加介指令后開(kāi)始工作，等待介質(zhì)池介質(zhì)配齊指令，配齊指令到達(dá)后開(kāi)始加介直到滿足設(shè)定值SP，加介過(guò)程中如果介質(zhì)泵出現(xiàn)故障，向集控系統(tǒng)發(fā)出介質(zhì)泵故障信號(hào)。加介過(guò)程中加介泵、加介閥和切換閥同時(shí)處于開(kāi)位；當(dāng)合介桶內(nèi)液位和密度達(dá)到給定值SP后，加介泵進(jìn)入空閑階段，介質(zhì)池液位達(dá)到設(shè)定最低液位時(shí)加介泵停止工作，補(bǔ)水泵開(kāi)始工作，向介質(zhì)池內(nèi)補(bǔ)水，防止加介泵損壞。加介時(shí)間根據(jù)介質(zhì)池懸浮液體積、當(dāng)前液位、泵實(shí)際流量計(jì)算而來(lái)。