选煤厂生产系统的智能化研究与规划

（山西汾西矿业（集团）贺西煤矿 山西 033300）

随着互联网、物联网、大数据、云计算等技术的迅猛发展，工业领域逐步进入了工业4.0时代，即智慧工厂时代。在智能化的浪潮下，智慧工厂已经在诸多行业扬帆起航，国外有德国的安贝格西门子工厂和博世洪堡工厂，国内有海尔工业4.0和中国石化九江石化智能工厂。目前在煤炭领域选煤厂智能化研究仍属于初步阶段，未有成功应用的案例。某选煤厂机械化、自动化水平较高，基础条件较好，但是距离智能工厂还有很大差距。因此，某选煤厂立足于提高管理水平，降低生产成本，深度挖掘企业经济效益，逐步发展智能化选煤厂，为企业探求降本增效的途径。

1.某选煤厂生产系统的现状

浅槽排矸系统和重介旋流器分选系统的分选密度需要人工调节，存在一定的滞后性，影响产品质量稳定，如介质系统的分流阀、补水阀等都需人工调节。浅槽分选系统的密度调节中，根据设定的合介密度，人工手动在集控室操作补水阀、电控分流阀，调节合介密度、桶位。但补水阀和分流阀都是独立调节，没有形成一个完善的密控系统，且系统中没有磁性物含量计，无法直观观测合介中非磁性物含量。

三产品重介旋流器系统的密度调节中，根据设定的合介密度，人工在集控室调节补水阀；固定弧形筛下和精煤磁选机精矿设有电控分流阀，但都需要人工手动操作调节合介桶位、合介桶煤泥含量及合介桶密度。补水阀和分流阀都是独立调节，没有形成一个完善的密控系统。浮选系统采用3台喷射式浮选机，需人工化验指导现场加药，化验结果滞后于生产，且受人为因素影响大。压滤系统共有10台压滤机，其中浅槽车间有1台煤泥压滤机，主厂房有4台精煤压滤机，压滤车间有5台尾煤压滤机，均为单机自动化，只能通过现场控制柜进行操作，控制压滤机的排队卸料。

浓缩系统共有2台浓缩机和2台絮凝剂添加装置，目前通过现场操作面板手动调节配药时间（对应配药浓度）和加药泵频率（对应加药量）。现场调节的参考因素只有浓缩机底流浓度（人工浓度壶测量）和压滤成饼情况（询问压滤岗位司机）。药剂添加凭经验，无法做到精确量化。

现有自动化系统完善，主要针对选煤厂自动化系统硬件进行升级，具体包括阀门、闸板升级，增加摄像头、传感器等；智能化环境建设，主要是指构建智能化所需的无线网络及后台服务系统；生产系统整合连接，包括单机自动化设备的智能接入，同现有工控系统的数据交互。

2.生产系统的智能化研究

选煤厂智能化的最终目标是为选煤厂增加经济效益，增加经济效益的途径有两种，一是降本，二是增效。降本主要包括降低人员、电力、维修、介质消耗、药剂消耗成本；增效主要是稳定产品质量所带来的收益。本次规划主要针对生产系统这个方面对选煤厂进行智能化改造。实施的主要步骤为通过对现有系统完善升级，将现有生产系统与智能化系统进行整合，构建选煤厂智能化环境和配置智能硬件，对选煤厂自动化、信息化进行升级，最终实现选煤厂的智能化，为企业创造效益。

(1)生产系统的工艺系统数据采集平台

针对选煤厂的生产现状，构建工艺系统数据采集平台，通过对现有的设备保护、监控器、传感器等进行自动化升级，实现智能设备在线监测，实时返回生产监测数据，智能调整生产，保证生产的连续和安全。

工艺系统数据采集平台包括智能浅槽分选、智能重介旋流器分选、智能浮选、智能压滤控制、智能浓缩加药五个子系统，主要面向于选煤厂生产管理。在最底层的过程控制层面智能化需要做的基础工作包括：第一，完善现有系统，主要针对选煤厂硬件的自动化升级，具体包括阀门、闸板升级，增加摄像头、传感器等；第二，智能化环境建设，主要是指构建智能化所需的无线网络及后台服务系统；第三，生产系统整合连接，包括单机自动化设备的智能接入，同现有工控系统的数据交互。实现智能分选、智能任务协作、系统智能运行、智能启停、机器视觉故障预警、在线监测管理。

①信息数据化

已接入PLC进行监测和控制的设备，通过同现有PLC系统通讯，获得设备及现有系统的运行、故障、保护、频率、桶位、压力、电流等数据，并可对设备进行启停控制、参数的设定调节。未接入PLC的设备，将对其进行接入升级。对于单机自动化设备，将其与智能化系统直接进行通讯，实现单机自动化设备的信息化/数字化，并建立连接，可实现状态监测和生产过程控制。

②数据网络化

数据采集完成后的第二道工序是数据的网络传输，在目前现有选煤厂成熟的工控网络基础上，针对不同的应用场景，会引入一些高效的先进的物联网技术，例如WiFi、ZigBee、RFID等实现数据的网络化，将各个生产场景、设备进行连通，所有采集到的终端数据需要进行存储，在本地增加服务器建立数据中心，打造端到端交互的中心枢纽。

③网络智能化

智能化集中体现在对数据的分析处理上，通过对历史大数据的分析，结合系统的自学习功能，提取出数据间的相关性，构建出用以指导智能生产的模型，主要的智能分析模型包括经济效益分析预测模型，产品质量稳定模型以及设备可靠性维护模型。

(2)智能浅槽分选

密度系统的稳定性是选煤厂生产中的重要环节，直接影响选煤厂的经济效益。在补水管道上增加流量计，在浅槽合介入料管上增加磁性物含量计，通过计算机数据模拟计算，使补水阀和分流阀有机结合，与分选密度联锁，共同调节合介密度、桶位、合介中非磁性物含量，最终实现密度系统的智能控制，提高合介桶密度系统稳定性。增加的硬件参数为：磁性物含量计DN100，精度±1%，0-1000g/L；流量计DN100。

(3)智能重介旋流器分选

①密度控制及优化。在合介桶补水管路上增加流量计，将补水、分流阀有机结合，并与分选密度联锁，通过设定目标分选密度，各环节联动调节，实现旋流器密度系统的智能控制，提高合介桶密度系统稳定性。增加的硬件参数为：流量计DN100。

②旋流器生产压力优化。介旋流器入料压力的增加将带来两方面的优点，第一，物料的流速增加可提高重介旋流器的单位处理能力，第二，入料初速度的增加将导致离心强度增加从而加速分选过程，提高分选效果。但是压力过大也将带来使重介旋流器内的密度分布更加不均匀使分选效果降低以及增加设备磨损等缺点。计划配合煤质单机检查化验，通过对旋流器压力累积数据的智能分析，探寻不同工况下最优的压力范围，保证分选效果，降低能耗及设备损耗。

③介质性质优化。由于循环悬浮液中保持一定数量的煤泥，能增加悬浮液的稳定性，直接影响重介旋流器的分选效果。计划通过试验、煤质单机检查及数据模拟与分析，找出最适宜磁性物含量和悬浮液中煤泥含量的组合。将PLC中磁性物含量计测定的数据接入智能分选系统，实现悬浮液煤泥含量的在线检测反馈，配合密控系统分流操作执行，优化悬浮液组成。

④二段入料堵料报警优化。通过在线监控旋流器压力异常，自动判断二段入料堵料，结合智能报警、智能任务模块快速通知相关操作人员，大大提高事故处理的效率，降低由此带来的生产事故影响。

(4)智能浮选

设计增加矿浆灰分在线检测仪和智能加药站等设备，与现有加药设备整合，构建智能浮选系统，对一、二次浮选的矿浆“实时在线检测”，根据灰分检测值以及入料浓度、流量检测值，实时调整智能加药站的药剂制度和浮选设备的参数，进而提高浮选系统的分选精度和稳定性。实现浮选生产过程趋于“精矿灰分合格稳定、回收率高、药耗低、无人值守”的理想状态稳定运行。

(5)智能压滤控制

开发智能压滤模块，并将压滤机PLC的Modbus信号转为ModbusTCP信号后接入服务器后台。通过引入智能逻辑自动判断压滤机进料结束和智能排队卸料，通过智能压滤模块读取压滤机状态信息以及对压滤机进行控制。可以实现压滤入料桶自动补料，入料阀门自动开关，浓缩底流泵自动启停；自动判断压滤进料结束；压滤机智能排队卸料。

(6)智能浓缩加药

在浓缩机入料和底流增加在线浓度计，将絮凝剂添加装置接入智能化系统，浓度计数据、加药泵启停、频率设定、运行状态等信号接入智能化系统，通过PAD远程控制絮凝剂添加装置参数，具体功能规划：通过移动PAD远程控制絮凝剂添加装置参数；通过移动PAD终端对絮凝剂添加装置进行状态监测和控制；通过移动PAD终端监测煤泥水系统状态，实现读取浓缩机电流、入料浓度、压滤机入料时间信息，指导加药；通过移动PAD终端远程调节配药时间和加药泵频率，实现对加药装置的远程控制。

3.总结

生产系统的智能化目标可以概括为：降本增效、稳质提效、安全高效，最终目的是要增加企业的经济效益。为适应未来工业的发展形势，尤其是在这煤炭企业改革创新新阶段，发展智能选煤厂对进一步提高管理水平，降低生产成本，挖掘企业经济效益，实现选煤厂正常连续及安全生产具有重要意义。