智能化选煤厂的研究与设计_徐芳.pdf

1852023 年第 2 期徐 芳等：智能化选煤厂的研究与设计徐 芳等：智能化选煤厂的研究与设计收稿日期 2022-06-29作者简介 徐芳（1984），女，山东济宁人，2005 年毕业于安徽理工大学应用物理专业，理科学士，工程师，现为山东博选矿物资源技术开发有限公司生产技术部业务主管。徐 芳等：智能化选煤厂的研究与设计徐 芳等：智能化选煤厂的研究与设计智能化选煤厂的研究与设计徐 芳 杜建军(山东博选矿物资源技术开发有限公司，山东 济宁 272000）摘 要 五举煤业选煤厂以选煤核心业务为重点，通过搭建智能管理系统，依托智能工具和云计算智能环境，实现洗选加工全级全流程智能控制，实现人员盯岗向定点巡岗、设备人工巡检到在线实时诊断等转变，在显著提高经济效益的基础上，为今后智能化选煤厂的建设树立了标杆。关键词 智能化；选煤；自动管理中图分类号 TD94 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.02.064Research and Design of Intelligent Coal Preparation PlantXu Fang Du Jianjun(Shandong Boxuan Mineral Resources Technology Development Co.,Ltd.,Shandong Jining 272000)Abstract:Wuju Coal Industry Coal Preparation Plant focuses on the core business of coal preparation,by building an intelligent management system,relying on intelligent tools and cloud computing intelligent environment,realizing the full-level and full-process intelligent control of washing and preparation processing,and realizing the transformation from personnel to fixed-point patrol,manual inspection of equipment to online real-time diagnosis and so on,on the basis of significantly improving economic benefits,it sets a benchmark for the construction of intelligent coal preparation plant in the future.Key words:intelligentization;coal preparation;automatic management1 概述五举选煤厂是一座设计处理原煤能力 2.40 Mt/a 矿井型动力煤选煤厂，确定的生产工艺为：井下预排矸并破碎后的-80 mm 原煤经过 6 mm 脱粉后，806 mm 原煤采用无压三产品旋流器分选工艺，1.50.25 mm原煤采用粗煤泥分选机分选工艺，-0.25 mm 煤泥采用超高压压滤机回收。主要单位工程有原煤仓、主厂房、产品仓、浓缩车间及连接各单位工程的栈桥等。2 智能化选煤厂基本架构2.1 建设内容智能化建设包括网络建设、平台建设、安全监测和防护设备在线监测、智能视频、智能密控、智能浓缩等内容，建设聚焦 4 个点，搭建 1 个网络数据建设基础设施、1 个智能管理交互控制平台、6个智能重介、智能浓缩、智能压滤、智能装车、智能加介、智能仓储与配煤生产控制模块和 8 个安全监测和防护、设备在线监测、智能视频、远程停送电、人员定位、自动采制化、智能润滑和智能照明生产保障模块。2.2 基本框架选煤厂智能化是一个系统工程，需要全方面的配置统筹。系统性规划是实现选煤厂智能化的基础保障。主要分为以下几部分，如图 1。图 1 选煤厂智能化系统框架设备层：现场仪器仪表、集控系统、网络系统、视频监控设备以及其他配套的软硬件基础设施。控制层：智能生产控制、智能视频、智能设备、1862023 年第 2 期智能配仓、调度通信、其他服务于生产过程的各个子系统。管理层：包含 MES 系统以及以其为载体的智能分析功能组成。决策层：依托大数据、模型算法而开发的智能决策、专家辅助等功能，以及高级阶段的智能选煤、柔性生产组成。3 智能化设计1-43.1 基础设施建设设计3.1.1 网络建设选煤厂所有子系统通过敷设光缆接入选煤厂集控室，搭建有线主干光纤网作为数据传输的主干网，通过无线公网作为移动终端的数据传输。为保证有线设备和无线设备的灵活接入，在各个车间之间采用多芯光纤搭建主干网络，负责各系统的接入或者今后系统的扩展，借助无线公网实现移动终端的移动操作和调度监控与管理。3.1.2 数据中心为满足未来的云计算、虚拟化、刀片式服务器等高密低耗、快速部署、灵活扩展的需求，有效地提高数据中心的工作效率，控制投资成本，满足机房快速部署的需求，推出模块化数据中心机房。模块化数据中心是一套完整的数据中心解决方案，集机柜、配电、制冷、监控、综合布线、消防等系统于一体，实现了供电、制冷和管理组件的无缝集成，使模块化数据中心实现智能、高效运行，从而降低运营费用。3.1.3 数据资源管理以煤炭行业智能洗选工程研究中心为依托，以自动化、数字化、网络化、智能化为方向，建立中心级选煤信息大数据分析与共享交换平台。该平台集选煤智能化生产、设备健康管理、安全保障、经营管理等多系统、多功能融合的安全、共享、高效一体化平台，通过选煤智能化和大数据的深度融合，实现了选煤厂产运销业务协同、决策管控、一体化运营等智能化应用。3.2 智能保障系统设计3.2.1 安全监测和防护为实现安全生产，提高设备安全保障率，设计安装了刮板机拉斜、断链保护、离心机滤液跑粗检测、闸门开度检测等安全监测防护装置。刮板机拉斜、断链保护装置利用机器视觉和图像算法对刮板机进行实时不间断监控。通过对大量运行数据的统计和分析，建立算法模型，找出刮板机发生故障时的特征及阈值。离心机滤液跑粗检测装置是从设备主干管适当位置引接取样管路，让被检测料流导入检测容器内，当有物料跑粗时，会逐渐堵塞检测滤网，通流不畅，导致料流上升，从溢流口冲出，进而触发感应开关报警，通过报警模块提醒集控人员或巡视人员快速检查处理。闸门开度检测装置安装在原煤配筛刮板上，通过进口激光测距仪，输出420 mA 模拟量信号进行监测。3.2.2 设备状态在线监测选煤厂关键设备（筛分设备、离心机和功率大于 45 kW 输送机、泵等设备）设计在线监测系统，实现主要设备在线连续高密度数据采集，在设备前端即可实现数据报警；可利用现场网络将数据传输到服务器终端，实现监测数据的统一管理。非关键设备采用点检仪点检形式，现场人员根据点巡检需要携带仪器对现场设备进行点巡检，相关点巡检数据可以进行上传，并对信号进行阈值报警。3.2.3 智能视频监控当上位机实时采集设备故障信号，发生报警时，视频监控立刻通过联动软件调用摄像头实时视频信号，视频信号通过弹出窗口，保持在上位机软件所属工控机屏幕的最前端，帮助调度员在第一时间锁定故障设备。同时，视频监控采用先进的数字化视频技术、AI 图像智能识别技术及模糊控制技术，利用摄像仪的视频监控图像，监视和识别人员、设备、环境等运行状况，实现视频自动识别、抓拍照片、自动录像、弹屏报警，输出报警信号，并能控制设备开停，能够有效遏制重大事故的发生。3.2.4 人员定位系统设计安装人员定位系统，实现人员位置实时显示功能，统计当前系统定位人数、各区域内作业人员数量等信息。人员历史轨迹存储及回放功能能够实时记录并存储所有人员的运动轨迹信息，可以进行查询和回放。人员告警信息实时上报功能可以实现人员定位卡上的 SOS 按键发送告警信息至监控中心，在中心监控界面中实时显示报警信息，以及时通知监控调度人员进行处理。人员离开或进入指定区域报警功能可以设置某些特定区域，人员离开或进入此区域自动出发告警，如设定上班时间段生产区域相关人员不得离开，或某些危险区域人员不得进入等。1872023 年第 2 期徐 芳等：智能化选煤厂的研究与设计徐 芳等：智能化选煤厂的研究与设计3.3 智能生产控制设计3.3.1 智能重介控制选煤厂采用无压三产品旋流器进行分选，生产系统设计密度计、液位计、原煤在线灰分仪、产品在线灰分仪、磁性物含量计等检测仪表，通过感知系统设计，重介悬浮液多参数智能控制和喷水量智能调节两个部分，实现重介智能调整。3.3.2 智能浓缩五举选煤厂共有 2 台直径 35 m 高效浓缩机，配套有 2 台自动加药机。每台加药机和浓缩机各设置 1 套通信模块，将加药机、浓缩机相关信息纳入集中控制系统，根据浊度仪反馈的数据自动调节加药机加药量，以达到闭环控制的效果。根据浓缩分层情况，调整加药量；利用浓缩环节的历史数据和工艺专家经验建立数学模型，自动预测浓缩环节的重要工艺参数。絮凝剂智能加药系统根据浓缩池界面仪在线监测的数据，调整螺杆泵运行频率，改变加药量，实现絮凝剂加药量与浓缩池内沉降界面的闭环控制。3.3.3 智能压滤五举选煤厂设计 5 台压滤机，压滤机上增加通信模块，利用压滤机与集控系统的通信，获取压滤机更多的实时运行信息；利用移动终端通过无线网络实现移动端启停操作，方便操作人员巡视检查压滤机卸料情况，将压滤机控制信号接入服务器后台。压滤模块包括压滤机监控、自动补料、自动结束进料、自动排队卸料、压滤生产统计、滤液浓度检测、系统辅助设备监控。3.3.4 无人装车选煤厂设计 2 座汽车快速装车煤仓和一座中煤仓、矸石仓，产品外运均采用汽车外运的形式。本次汽车装车采用无人装车形式设计，实现汽车装车的精准化和无人化。智能装车通过两个模块实现功能，一个是整体场区的装车流程控制管理，另一个是装车站在装车过程中的控制工艺。前者主要实现整体装车管理可控，后者重点在于保证装车实际生产的稳定性、可靠性以及装车的质量和精度等。3.3.5 智能仓储与配煤五举选煤厂原煤仓 2 座（直径 22 m）、中煤仓1 座（直径 15 m）、矸石仓 1 座（直径 15 m）、产品仓 4 座（直径 18 m）。原煤仓和产品仓仓上均采用带式运输机配仓。本次在原煤和产品仓上安装3D 料位计，动态显示仓储情况，同时关联 3D 料位计采集数据，实现仓上自动配仓。通过自动化升级，实现仓下远程配煤，保证原煤入洗量稳定性。4 智能化管理4.1 系统概述MES-智能选煤生产管理系统沿用了制造业MES 系统生产过程执行的概念，结合选煤厂生产管理的特点，共同构成了智能选煤生产管理系统。系统通过智能工具将采集到的自动化数据、视频多媒体数据、生产业务数据等海量信息进行结构化整理，形成生产管理的基础数据，并通过智能管理最终转化成决策依据，做到对选煤厂日常生产的实时监控，并对生产流程和工艺设备进行智能化的调控，打造集监、管、控一体化的新型选煤厂运营模式。4.2 智能看板管理智能看板管理是把选煤厂生产管理中的目标管理项，通过各类管理看板展示出来，使管理状况一目了然的管理方法。智能选煤生产管理系统应结合选煤厂的实际生产情况和管理流程，利用虚拟化的“看板”技术，对生产数据、实时报警事件以及工作任务等任务和信息进行组织和整合，并直观地展现给企业相关人员，让企业相关人员能够快速地获取选煤厂的生产实时情况并及时高效地落实生产管理措施。5 经济效益分析五举选煤厂智能化项目总投资为 4 133.15 万元，包含设备及软件购置、安装工程、工程建设其他费用。详见表 1。表 1 五举选煤厂智能化投资估算表 万元序号费用构成及名称设备购置安装工程其他费用合计1基础设施建设381.6250.90432.522基础自动化4.860.735.593生产保障系统1 021.69153.251 174.944智能生产控制1 260.82189.121 449.955智能选煤生产管理系统676.00676.006工程建设其他费用375.74375.74工程总计4 133.15（下转第 193 页）1932023 年第 2 期李 鑫：煤矿供水远程监测系统研究李 鑫：煤矿供水远程监测系统研究及时、方便地了解系统运行工况。如需进行远程操控，必须进行远程操作申请，输入当前操作员的名称和密码并经系统验证后才能操作。在手动工作模式下，监控人员可通过鼠标点击启停按钮来远程启停水泵，也可调节报警参数。在自动模式下只能调节报警参数，水泵的启停工作状态由传感器信号通过程序来自动控制。操作完成后，系统自动注销该操作员的远程操作申请，以保证系统安全。使用上位机组态软件技术，记录供水系统参数，对设备的监测参数进行实时显示并记录，可实现历史查询，记录报警信息，为维修维护提供决策依据。4 结语该系统在晋能控股煤业集团赵庄矿进行了工业性试验，矿区主要有 7 口水源井，监测点分别装在了 28 号井。压力传感器、流量计都装在了水源井出水口，电流传感器监测水泵三相电流，液位传感器投入水井底部。供水管网共安装 17 个监测点。经过试验能准确监测液位、压力、流量、电流等数据，获取每个水源井及覆盖管网各个节点的采集数据，同时组态软件能对采集的数据进行分析存储，实现实时监控，进一步保障了煤矿的安全生产。【参考文献】1 王富东，王宇，刘西涛，等.地下供水管网漏水检测技术现状及发展趋势 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