重介质选煤过程自动测控系统的应用研究

张利岩

【摘 要】根据实际情况选用合理的选煤工艺是提高选煤效率和质量的重要保障，长期以来重介选煤技术得到广泛的应用，充分发挥出煤炭与其它矿物性质不同的特点，最大限度提高原煤的纯度，减少其中灰分等杂物的含量，并经过特定工艺加工后形成高品质的成品煤。基于此，文章研究分析了重介质选煤过程自动测控系统的应用，以供参考。

【关键词】重介质;选煤过程;自动测控系统;应用

1 重介质选煤的原理

重介质选煤是以阿基米德原理作为基本原理，即颗粒浸没在液体中之后，其所收到的浮力，与其排开的同体积的液体的重量相等。所以，若是颗粒的密度比重悬浮液的密度高，其便会下沉;若是颗粒的密度比重悬浮液的密度低，其便会上浮;若是颗粒的密度与重悬浮液的密度相同，其便会呈悬浮状态。颗粒在重悬浮液运动的过程中，除了会受到浮力、重力的作用之外，还会受到阻力。颗粒最初是相对重悬浮液作加速度运动，最终将以其末速度相对悬浮运动。颗粒越大的情况下，其相对速度也就越大，则其分选速度、效率也就越高[1]。由此可以看出，重介质选煤在分选过程中是严格按照密度进行的，颗粒形状、粒度等因素只会对分选速度产生影响。在全部重力选煤技术中，重介质选煤是效率最高的一种选煤技术。

2 重介质选煤过程自动测控系统的应用

2.1 系统硬件构成

2.1.1 重介质选煤过程自动测控的系统组成

（1）“经济型”控制平台的集成

“经济型”控制方案以ADAM-400系列模块为平台，工艺参数采集采用16位、8通道的ADAM-4017模拟量输入模块。控制参数输出采用单通道电压或电流输出的ADAM-4021模拟量输出模块，接收到主机的请求信号后，模块将数据通过RS-485网络按照所需的工程格式发出，驱动执行机构进行工艺参数调节。

针对中小型选煤厂的单一工艺控制系统，ADAM-4000系列模块建立的重介质选煤过程自动测控系统既可以作为一套独立系统进行工作，同时也可进行集中统一的远程控制。该系统结构清晰，配置灵活，可维护性强，其特点是成本低廉。

（2）“优化型”控制平台的集成

“优化型”控制方案以SIMATICS7-1200系列模块化控制器为台。S7-1200控制器设计紧凑、组态灵活、指令集功能强大且成本低廉，是控制小型应用的完美解决方案。

CPU将微处理器，集成电源、输入和输出电路、内置PROFINET、高速运动控制I/O和板载模拟量输入组合到一个设计紧凑的外壳中，形成功能强大的控制器。下载用户程序后，CPU将包含监控应用中的设备所需的逻辑，并根据用户程序逻辑监视输入与更改输出[2]。

PROFINET基丁工业以太网技术，使用TCP/IP和标准协议，借助PROFINET網络，CPU可以与HMI面板或其他CPU通信，方便与其他主干工控系统进行连接，增强了系统的可拓展性，灵活性和稳定性。

2.1.2 检测仪表与执行机构

测量元件和执行元件是自动调节系统的两个主要环节。重介质选煤生产过程需要自动调节的工艺参数较多，且与介质和煤泥水有关，作为不均匀混合体具有成分复杂、无规律、不均匀和易沉降等特点。固此，系统调节繁琐，要求自动测控系统所选用的测量仪表和执行器，不仅要适应选煤厂比较恶劣的工况环境，还要具有结构简单、工作可靠、坚固耐用、使用方便、通用性强，便于维护和管理的特点。

（1）检测仪表

重介质选煤过程自动测控系统的检测仪表主要由密度计、磁性物含量仪、运传压力表和液位计组成。其中，由唐山研究院研发的无辐射、智能、在线压差密度计和磁件物含量仪，具有无辐射威胁、安装方便、操作简单、测量精确和易于维护等优势，可有效降低工人的劳动强度和企业的维护成本。

（2）电动执行机构

重介质分选过程中执行机构的负载阻力变化无常，要求自动调节系统中采用的执行机构具有驱动能力大、结构简单、坚固耐用且工作可靠的特点。采用角行程电动执行器，用于控制加水和分流动作。执行器具有电气和机械双限位保护功能，可杜绝操作上的失误，减少事故的发生。角行程电动执行器采用220VAC供电，单相何服电机，正反调节灵活，定位准确，动作快速，具有良好的调节性能。

（3）分流箱

分流箱是重介质选煤过程中自动测控系统的重要执行机构，可将悬浮液入料量分成两部分，即分流和回料。分流量占比可在0～100%范围可调，主要用于控制高密度悬浮液至合格退液桶的分流量，脱介筛下介质返回合格介质桶的分流量等，实现对悬浮液黏度和合格介质桶液位等参数的控制[3]。

2.2 系统软件功能

2.2.1 软件功能的原理

（1）重介质悬浮液密度自动测控原理

在悬浮液密度控制回路中选取补加水为主要控制变量，高密度介质的补加量为辅助变量。测量密度与给定密度同时进入程序的PID控制器，偏差信号由PID完成调节，运算结果经专家智能判断系统进行校正后，送入执行机构，将输入信号与位置反馈信号进行比较，从而驱动电动执行机构工作。

（2）合格介质桶液位自测控原理

控制回路采用开关量控制方法，对合格介质桶液位设定上、下限，当液位高于上限，密度低时，首先考虑分流，为了提高调节的速度也可同时补加高密度介质;当液位低于下限，密度也低时，首先考虑加高密度介质;当液位低于下限，密度高时，应补加清水或补加循环水。

2.2.2 软件功能的实现

针对“经济型”与“优化型”两种硬件平台，提出由组态王和SIMATICWinCC分别组建各自软件设计方案。重介质选煤过程控制管理系统包括“密度监控系统”“煤泥含量监控系统”“液位监控系统”“数据报表系统”“趋势监控系统”五个功能模块，其中密度控制是整个测控系统的核心，各功能模块之间相互联系又分工明确，共同实现以下功能：

1）通过网络通信与全厂各级监控系统上位机组态软件进行连接，实现对关键数据、工艺运行参数、各监控点情况进行实时测控。2）实现对重介质选煤密度、煤混含量和关键液位的测控，以保证分选精度达到乃至高于生产标准，实现选煤厂建设的最终目标[4]。3）对采集到的数据进行科学分析，并提供科学的决策。

2.3 实践应用案例分析

某选煤厂设计生产能力为 1.5 Mt/a，在工艺设计时采用的重介浮选工艺，是以无压给料三产品重介质旋流器为主选设备。为提高重介质分选系统的正常生产和工作效率，该选煤厂经技术分析考察，选择安装“经济型”重介质选煤过程自动测控系统。该系统与厂内其他控制系统通过 OPC 接口进行数据通信，具有良好的扩展性，能够为生产管理提供可靠的数据来源。

“经济型”重介质选煤过程自动测控系统在选煤厂投入运行后，系统运行稳定可靠，系统的应用能实现对重介质选煤过程的全过程监控，工作人员在控制室就可以掌握选煤生产的全部情况，实时掌握工艺过程各工艺参数的变化情况，并通过异常预警对工艺参数进行实时调整，有效提高工作效率，实现了节能降耗、提高分选效果的目标。

结束语

综上所述，本文根据重介选煤原理提出了自动化测控系统具体应用，经过优化后的重介选煤自动控制技术总体应用效果较好，可满足重介选煤的各方面要求，具有可参考价值。

参考文献：

[1]杨尧.选煤厂选煤技术现状与发展的思考[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（20）：231-232.

[2]陈红芳.选煤机电设备的维修管理及质量控制[J].能源与节能，2019（10）：155-156.

[3]王慧宇.工业电气自动化系统在选煤厂中的应用[J].机电工程技术，2019，48（09）：207-209.

[4]张伟.自动化技术在选煤中的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（15）：239-240.

（作者单位：鄂尔多斯市滨海金地运营管理有限公司）