煤矿浮选自动控制系统设计及应用*

王亚平

(西山煤电集团有限责任公司太原选煤厂，山西 太原 0300533)

0 引 言

煤炭资源是不清洁能源，会造成环境污染，需要对其进行处理后再投入使用，为降低环境污染，洗选是洁煤过程中最为重要的一环，通过对原煤进行洗选可有效降低煤炭中污染物量，降低排污成本。

洗煤厂在实际运行过程中，由于浮选过程中的加药量及浮选指标控制较难，使选煤厂产品质量难以保证，所以提升浮选效果保证选煤质量成为洗煤工艺研究的重要课题[1]。笔者在分析太原选煤厂浮选工艺的基础上，设计了浮选自动控制系统，实现了浮选系统的自动控制，为选煤厂浮选控制系统的优化改造提供了参考与借鉴。

1 浮选工艺流程及浮选控制系统结构

太原选煤厂年入洗能力达400万吨，采用无压三产品重介旋流器、TBS粗煤泥分选机及浮选联合工艺流程。浮选的物料来源于脱泥筛的筛下物，经过泵打入一米旋流器，溢流进入缓存仓再经过泵打入水力旋流器后溢流进入精煤桶，再通过给料泵进入浮选矿浆准备器分选后进入浮选机。浮选的物料一般来源于三部分:第一部分为分级旋流器溢流的煤泥水；第二部分为末精煤泥弧形筛过滤的煤泥水；第三部分为精煤泥高频筛过滤的煤泥水。

浮选工艺流程具体如下：浮选的入料汇聚至缓冲池，通过缓冲池泵输送至缓冲池来保证来料均匀，通过调节液动闸板门分别进入带有雾化盘的矿浆预处理器进行分选，最后进入浮选机进行浮选，得到尾矿和精矿，精矿进入精矿池，尾矿进入浓缩机，最后进入脱水设备进行脱水。

选定浮选工艺可以较好的减少浮选中间环节，降低运行过程中可能出现的故障几率，实现自动化，同时浮选的入料方式选定为泵给入缓冲槽，再进入带有雾化盘的矿浆准备器，使得矿浆充分融合，由于浮选机气泡的存在，形成的一层泡沫层便于分选。为了进一步加强分选效果，在运行过程中加入捕收剂和起泡器，提升浮选效果。

2 浮选控制系统结构设计

目前我国的浮选控制系统种类众多，各系统间呈现分散的特点，浮选没有整体的系统，造成浮选工艺复杂。浮选的整个过程各项工作较为依赖人工，造成浮选的精度不高[2]。文中提出了浮选控制系统设计方案，其结构示意图如图1所示。

图1 浮选控制系统的结构示意图

由图1可看出，浮选控制系统工作流程如下：①通过安装传感器将浮选入料浓度、入料量等参数信息进行收集并通过PLC传输至系统的上位机，上位机通过分析料灰及精煤的参数，初步得到预测的加药量；②上位机将传感器采集到的物料信息进行汇总，利用自带的MATLAB软件对数据进行相应的整理，得到尾矿的灰分曲线；③此时通过MATLAB软件分析的灰分信息对初步预测加药量进行修正，得到计算加药量，通过PLC将加药量信息进行传输，达到精准加药的目的[3]。

浮选的入料浓度、入料的灰分及流量等是影响浮选的重要因素，浮选的控制策略采用前馈-反馈控制，入料的矿浆为控制目标，系统浮选过程中的捕捉剂量和起泡剂量为给定量，精煤灰的灰分输出量、入料矿浆流量等为变量，以此达到浮选精准控制。

3 控制系统硬件设计

保证浮选控制系统的稳定运行需要良好的硬件配置，考虑到选煤厂工作环境恶劣，所以在选定硬件时需要具备较好的抗干扰能力，文中浮选控制系统的硬件设备如图2所示。

图2 选控制系统的硬件设备图

在对入料口粗泥水浓度进行检测时，为保障测量准确需要选定接触式传感器，其工程量程为0～300 g/L，一般来说传感器的灵敏度越高，采集的信号越准确，但考虑到外部噪音对于传感器灵敏度的干扰影响，所以选定高信噪比的传感器，文中选定CUM223浓度传感器[4]。

对PLC控制器和控制单元进行设计，选定S7-300PLC作为下位机，S7-300PLC具备有抗干扰能力强、兼容性高等优势，通过与现场设备及传感器等监测，对工作状态下的各项参数检测、逻辑分析及故障报警，通过组态软件实现图元组态、可视化图表组态、数据库组态。PLC系统由多个模块组合而成，主要模块包括CPU模块、电源模块、模拟量输出输入模块、通讯模块等，每个模块的硬件配置如表1所列。

表1 PLC模块的硬件配置

4 浮选控制系统软件设计

浮现控制系统软件设计步骤如下：①建立工程目录，存放相关文件；②添加硬件设备及使用过程中的变量因素，如I/O变量和内存变量；③设计图像画面和绘制监控画面对工作进行动态监控；④编辑程序，完成上机位操作的控制语言；⑤对系统报警和历史数据及用户进行调试；⑥对上述过程进行保存，对所有程序进行检查，投入使用[5]。

选用工业控制计算机为系统的上机位，与组态软件进行结合，对系统运行进行控制。上机位对运行过程中的模拟量进行监控，并给出变化趋势，定期对数据进行分析对比。选定上位机后选定STEP7进行编程，对系统的变量转换、传感器数据采集、动态设备控制、电机信号采集等进行编程，同时对PLC参数硬件的组态等进行设置。

完成软件设计后对浮选系统的人机交互界面进行设置，选用Wince组态软件进行上位机监控系统的设定，主要功能：①上位机监控系统包括硬件设备的监控，对浮选过程的控制参数及设备状态进行检测；②故障报警系统，当发现现场设备出现故障时发出故障报警；③故障报警查询功能，对报警功能进行查询，方便后续查询；④Web网络发布系统，通过账号密码登录实时监控系统运行。Wince功能结构图如3所示。上位机监控系统采用Wince组态软件，监控功能页面由数据查询、系统运行、系统管理等界面组成，同时页面运行可选定自动或手动操作[6]。

图3 Wince功能结构图

信号的通讯方式选定为西门子S7-300，其能够与上位机、PLC、现场设备等进行通讯，现场设备主要通过电缆进行连接，通过电信号进行数据量的采集及输出。在与上位机的连接主要选定PPI、TCP等协议，通过CPU模块实现通讯。与PLC通讯的方式主要是利用主从站，利用DP、MPI接口进行通讯。

5 应用效果

浮选控制系统设计改造投入使用后，降低了劳动强度，消除了安全隐患，操作方便，提高了工作效率，可保证产品质量和生产的连续性，净化了系统。药剂消耗平均为0.56 kg/t干原煤,比改造前的1 kg/t干原煤降低了0.44 kg/t干原煤，按每月吨干原煤5万吨计算：一月就节约费用17.6万元，一年创造经济效益约211万元。浮选自动控制系统的改造为后续选煤厂高效工作提供一定的参考，值得应用推广。