煤矿洗选厂系统智能化改造设计

2022-12-12冉登科

中国科技纵横 2022年21期

冉登科

（国能新疆屯宝矿业有限责任公司，新疆昌吉 831100）

在高能耗行业去产能化的持续发展背景下，对能源结构进行优化，切实有效落实环保、绿色能源大趋势成为社会关注的热点[1]。国家针对煤矿产业提出了明确的煤炭清洁高效目标，这无疑是对原煤入选率的考验，需要对煤炭分质分级实施等级化利用，促使煤炭资源的利用率得到全面提升[2]。智能化建设是当前我国各个行业提升生产效率和质量的必然趋势，在全新的要求下，国家安全总局也发布了明确的文件，鼓励煤矿以及相关行业能够加大科技创新力度，并加快机械化、智能化建设速度，形成全智能化生产体系[3-4]。现结合煤矿洗选厂的实际情况对其进行智能化改造设计的相关情况做如下总结。

1.基本情况

我煤矿洗选厂是一座现代化的选煤厂，初设为3.0Mt/a重介洗选系统，原煤煤种主要为不粘煤以及长焰煤。现阶段洗选厂的主要工艺为+200mm大块人工手选；8/13～200mm块煤采用重介浅槽分选；-8/13mm沫煤不分选；+0.5mm粗煤泥采用分级旋流器+振动弧形筛+煤泥离心机联合回收；-0.5mm细煤泥采用浓缩机+压滤机脱水回收的联合洗选工艺。洗水达到厂内一级闭路循环。随着矿井产能的提升，洗选厂的产能也随之扩大。

2.煤矿洗选厂系统智能化改造设计

2.1 总体要求

随着公司数字化、智能化建设速度的加快，洗选厂智能化管理需求也日益强烈。我洗选厂在数年的运作期间，经历了多次升级改造，仍然无法满足现阶段自动化程度要求，表现出智能化水平落后特点。为此，在本次改造设计期间，结合提升生产系统智能化程度的要求下，建立基于全新网络传输平台架构下的数据自动化采集与完善的管理系统，具体表现如下：

（1）促使现阶段生产系统能够从自动化向智能化转变。

（2）对以往生产现场的人员架构做出合理调整，最大程度上控制现场员工数量，生产系统中的11个人工巡视岗位优化为4个工程师专业巡视岗位即可，最大程度上满足人少即安全的基本理念。

（3）对现有生产组织架构和模式做出合理调整，促使专业调度职能得到有效弱化，带动生产指挥实现信息化与扁平化改革。

（4）对现阶段信息和指令的传输流程做出优化，改善以往人为传输带来的信息丢失或者误传等问题，最大程度上达到无缝隙衔接效果。

（5）对生产指标数据化做出优化处理，为公司数字矿山建设目标提供数据支持。

2.2 无线网络信息系统平台设计

结合煤矿洗选厂的具体情况，本次通信系统在基于工厂的运作特性上，打造全新的无线通信系统，具体包括监测数据采集功能、视频调度功能、语音基本业务功能等三大基本功能。该系统主要是通过多个用户（群体、部门）共同构建起一组无线电信通，并动态地配合这些信道的专用移动通信系统，具有群组内用户共享信道、呼叫接入速度较快、半双工通信方式等特点，同时还能够实现群组以及私密性的呼叫[5]，在进行呼叫的过程中，不再需要拨号处理，只需要通过PTT键按压即可实现有效通话。因集群通信系统本身有特定的组呼功能、调度功能以及快速呼叫等特点，能够更好地在通信过程中发挥优化作用。根据本次所设计的通信系统，主要引入TD-LTE技术，能够实现语音时延较小、呼叫建立时间相对较短等特点。通信主要模块功能如下：

2.2.1 监测监控系统数据采集功能

煤矿洗选厂的实际工作环境表现出敷设着各种有线网络、工作环境相对恶劣的特点，这使得传输线路在实际运作中极易发生各种故障问题，有着较高的维护难度。为此，本次结合智能化要求，在考虑实际运作环境下，提出了无线信息高速路，在单区域的上行、下行传输能力分别为50Mbps、100Mbps，可以对现有的有线检测系统进行全面整合。数据计入设备主要通过以太网接口、WiFi以及厂内现阶段的监测监控设备来实现相互连接，CPE能够将这些设备的控制数据经由网络传输到相应的调度中心，再借助IP网络将其传输到对应的监控服务器[6]。

2.2.2 视频调度功能

本次基于智能化建设要求，能够通过移动监控点手持台实现对现场视频数据的快速回传，具体视频调度运作流程如图1所示。

图1 应用场景和业务流程

根据图1来看，不难发现该视频调度功能能够实现多媒体视频的调度处理，从而促使紧急事件处置响应能够实现全面提升。

2.2.3 语音基本业务功能

在本次通信平台中，为了保障煤矿洗选厂的快速信息对接，提供了基于群组范围内的多用户呼叫语音业务功能。每个群组设置一个唯一的标识号，在这个标识号下即可实现一对多的组群呼叫。组内的每一位成员均能够根据需求发起呼叫。组内成员在输入相应的组号之后，随后按下PTT键即可发起组呼。在进行组呼期间，在一定时间段内每位成员均具备说话权利。

本次所设计的组呼语音业务功能模块还能够支持通话组扫描，用户将通话组扫描功能开启之后，即扩大对群组的监听范围。同时能够实现遥控启停的功能，通过遥控操作即可将移动台功能开启或关闭。该系统还能够支持脱网直通：DMO是群组功能非常重要的补充，即意味着脱网直通模式，在用户所处的具体位置，若缺乏Witen信号，那么终端之间经由DMO功能同样能够实现快速通信，无需任何网络参与。系统还能够实现限时支持通话，在私密呼叫、组呼主讲、电话互联业务等功能下即可实现快速通信。呼叫转移、支持呼叫转移又称为呼叫前转，能够将用户的点呼来电直接转移到其他号码上。支持呼叫记录，其能够实现对语音点呼、语音组呼、视频上传、视频点呼等各方面信息进行详细记录，并完成对各业务使用情况和计费信息作出统计分析。

2.3 现场移动控制系统

煤矿洗选厂区域范围内的巡视人员能够借助手持终端实现对生产现场的移动控制与全面监测，具体包括搭建沿着巡检主要区域和路线，确保整个厂区范围内能够实现无线网络的全面覆盖；具体区域范围涵盖了筛分车间、原煤仓下、转载站、栈桥、压风机房、变配电所、办公楼等厂区范围，在本地设计中，基于原有两台移动终端上再次增加了8台控制终端。具体功能如下。

2.3.1 监控功能

移动终端能够帮助管理和巡检人员实现具体项目操作，通过终端设备能够对设备的实际运行情况实现实时动态查看，在手持终端上点击即可确定某个设备所能够弹出的具体设备信息，同时能够通过设备的具体操作按钮实现对设备的有效控制。

2.3.2 监测功能

生产现场管理人员在值班期间，通过ET1就能够对区域范围内的设备运作情况进行监测，当设备出现故障时，系统会自动报警，并提示故障内容，以便及时作出有效的处理。

2.3.3 实时查看

通过手持终端能够对区范围内各个设备的实时运作数据进行查看，通过对信息进行调取即可核对其工艺流程与调度室画面是否达到一致，并做好相应的查看和检查记录[7]。

2.4 智能监测控制系统

在设备上装设相应的在线传感器，能够进行软件配合以及数据采集处理，从而实现对设备的智能化监测管理；构建人员定位系统管理人员的巡检轨迹。基于原煤胶带机加装金属探测仪器，其能够实现对铁器尺寸的有效判定，同时达到二级触发效果，在实施检测期间，一旦发现有小尺寸的铁器时就能够将对应的胶带运输机关闭[8]，所有检测信息均会如实记录到MES系统中。煤矿洗选厂因受到业务的影响，对运输中存在的大块煤实现早期报警和识别处理，以确保煤矿洗选厂各个生产环节均不会因直径达到50cm的煤块而受到影响，从而能够更好地发现大块煤，达到实时报警效果。针对所有的转动部位和设备驱动均能够实现振动与温度的实时监测，从而实现设备运行状态的趋势与监控分析。

本次所设计的在线监测系统，主要包括三大模块，即振动与温度监测、铁器识别、粒度识别，其功能介绍如下：

2.4.1 振动和温度监测功能

振动分析功能主要采取轴承故障分析加速包络和谐波相对应的技术来进行分析，包括了全新的轴承故障数据库。结合变频设备的逻辑控制报警功能，其能够针对齿轮箱故障做出相应的CTA分析处理，传统器则能够与系统上位机软件实现自动化对接，从而构建起全新的后台数据库，从而更好地实现对数据库的集成处理。传感器的具体防护等级应当为IP54级别及以上位置，其具体的检测灵敏度、范围、频率均能够与煤矿洗选厂的各项情况相匹配；所采集的数据包括了温度、振动等相关信息；传感器的使用以及安装均能够更好地满足现场实际条件。

振动与温度数据集成能够较好地体现出监控系统平台信息，能够结合设备的健康状态级别做出预警报警，从而实现对传感器健康状态的分析，同时还能够实现对传感器的统一配置与集中管理。

2.4.2 铁器识别监测功能

在距离铁器前方50m的位置安装相应的探测仪器，能够最大程度上控制周边设备对探测器所带来的电磁干扰问题，还能够针对金属探测仪器所设置的电气设备来实现有效屏蔽处理。在与金属探测仪电源相互连通之后，金属探测器指示灯能够及时亮起，初次使用会直接进入到菜单将模式设定为复位延迟，时间设定为1s，根据说明书要求可将金属探测器的灵敏度做出相应的调整，并将范围调整为1%～100%。

在于除铁器电源连通之后，初次使用能够根据说明书要求将延迟时间设定为1min～2min，最短的时间则设定为5s。

将皮带机启动，结合铁器自定义的识别等级即可实现对铁器的准确识别处理；金属探测器能够对探测结果做好记录，为管理和流程改造提供客观数据支持。还可通过MES系统来实现对结果的准确统计，与PLC控制系统相互连接，其能够对PLC原有程序做出对应调整，明确触发判断。

2.4.3 粒度识别监测功能

如何才能够更为高效、安全地实现对大煤矿拥堵、堆积等问题进行处理是保障整个煤矿洗选厂实现正常安全运行的关键。通过分析发现导致该问题的最关键因素与皮带上附着有大量大煤块所致，若是能够直接完成对大煤块的检测，并及时做出预防性处理，就能够达到较为显著的防患于未然的效果，更好地实现对时间的节省，促使整个煤炭产生的运输效率得到显著提升。本次智能化升级改造设计中引入了视频图像处理技术，来实现对大煤块的快速识别处理，其主要工作原理是借助CCD摄像头来实现对皮带煤块运输情况的有效检测，并更好地实现对图像的连续收集处理；经由图像采集卡即可及时将所采集到的图像信息传输到后台系统，系统在对相关信息进行分析后，即可实现对相关技术和模式的调换，根据判断结果及时对大块煤做出预警处理。