TKX-IV型跳汰机自动控制系统的应用与创新

【摘 要】本文探讨了TKX-IV型跳汰机自动控制系统的应用与创新，该控制系统实现了给煤、排料和灰分闭环控制，在此基础上对该控制系统的核心（“灰分闭环”控制）进行了两次创新，通过创新跳汰机的数量效率、洗产品的灰分稳定率等指标都达到了一个新的高度，为跳汰机自动控制系统的设计与应用开辟了新的途径。

【关键词】自动控制系统;灰分闭环;数量效率;灰分稳定率

1.前沿

随着我国入洗煤量不断的增加，一部分跳汰机实现了自动控制，比较有代表性的有SKT型跳汰机自动控制系统、中国矿业大学CIMS项目的跳汰机智能控制系统、X系列跳汰机的自动控制系统和传统的PID控制，这些控制理论为我国跳汰机的自动控制理论的发展奠定了坚实的基础，而TKX-IV型跳汰机自动控制系统是跳汰机自动控制理论结合实践的一次创新，是基于入洗原煤煤质快速随机变化，以“灰分闭环”控制系统为核心而建立起来的智能化控制体系。该系统先后应用于抚顺煤业集团老虎台洗煤厂、铁法煤业集团的大平煤矿、小康矿、小南矿、晓明矿等选煤厂，取得了良好的应用成果。

2.TKX-IV型跳汰机自动控制系统的的主要内容

①以灰分闭环控制为核心的TKX型跳汰机自控系统。

②调速皮带智能控制系统。

③上位机监控系统。

④洗精煤现场参数大屏幕显示。

3.TKX-IV型跳汰机自动控制系统的应用与创新

3.1洗中块灰分稳定率的提高

2010年5月铁煤集团大平矿洗产品灰分统计如图1所示，由图可见，24小时内采样分钟数（个/分钟）为763个，在当时的灰分指标15.00%～19.00%区间，洗中块灰分10分钟滚动平均值的稳定率为72.35%，曲线不符合正态分布的规律，数据分布较散，跳汰机数量效率不高，产品稳定率较低。

图1灰分闭环未投入时的洗中块灰分统计分析

吸取现场控制经验后，我们对“跳汰灰分闭环控制”进行了创新——进一步改进灰分控制随煤质变化的特性，即根据入洗原煤中不同密度级含量的变化最大限度的回收可回收的资源，根据入洗原煤中精煤、中煤和矸石百分含量的变化合理改变洗产品灰分区间，同时对产品的灰分区间进一步的压缩，使灰分的分布更趋近于正太分布。由2010年7月份开始逐步将灰分闭环系统投入到实际生产中，初步观察灰分闭环控制体系投入运行后，洗中块的灰分稳定率有了明显提高，同时灰分的变化明显而直观，如图2所示，7月份的洗中块灰分指标由16.00%～20.00%逐步提升到18.00%～22.00%，日累计灰分稳定率由92.5%变化到87.5%，总体上来看洗中块灰分稳定率的中心值为： （92.5%+87.5%）/2=90.0% , 比未灰分闭环之前灰分稳定率提高了： 90.0%-72.35%=17.65% 。而洗中块灰分的稳定率仅为90.0%±2.0%，与灰分闭环预期控制目标有较大差距，还应该有提升的空间（应该达到95%左右）。

“降低矸中带煤，提升洗中块灰分稳定率”，在没有实现灰分闭环控制以前来看实现难度较大，在保洗中块产品的稳定率以往是依赖于略为加大排料量，使洗中块灰分走指标区间的中下限的策略，避免入洗原料煤煤质的波动引起洗中块灰分超上限；但是这样的操作往往又增大了矸中带煤。因此对于操作者来看，“降低矸中带煤，提升洗中块灰分稳定率”似乎有些矛盾，对于连续化的生产来说是不可思议的一件事。而在实现了灰分闭环控制的后，我们做了如下探索与创新：

图2 2010年7月份309洗中块灰分统计日报表

①把灰分指标的区间取在洗中块的“中上限区间”，当灰分区间为18.00%～22.00%时，控制区间可设定为19.50%～21.50%，中心值为20.50%。

②发挥“灰分闭环控制”的优势，当洗中块呈现低灰状态时进行灰分提升，呈现高灰煤时进行灰分下压，同时加入灰分动态跟踪技术，即根据连续生产连续测量，根据测量的灰分值动态的跟踪产品灰分的变化趋势，根据灰分指标的变化趋势实现对产品灰分趋势的控制。

经过以上两项探索与创新，8月份洗中块灰分指标区间确定为18.00%～22.00%，洗中块灰分稳定率由8月初的87.5%上升到91.5%，即8月份的洗中块灰分稳定率再次提高了4%。9月至10月我们根据对灰分的动态跟踪的分析及时的调整了压缩的灰分区间，9～10月份灰分指标区间依然为18.00%～22.00%，经过对灰分闭环控制参数的进一步改进，洗中块灰分稳定率由9月初的91.5%上升到96.18%，即在这一个半月期间，日累计洗中块灰分稳定率再次提高了4%，达到了95.37%。

图3 10月的洗中块灰分统计效果

10月份的洗中块灰分如图3所示，截止到10月28日为止，“日累计稳定率”为95.37%，此数值为10月28日以前31天内的加权平均值，具有较强的评定权限；与未实行灰分闭环之前的灰分稳定率相比提高值为：95.37%-72.35%=23.02% 。

2010年10月11日的洗中块灰分数理统计分析曲线如图4所示，在2010年10月11日，日采样数据总数为934个（24小时内采样934分钟），在18.00%～22.00%的灰分指标区间内，洗中块灰分中心值为20.12%，10分钟的灰分统计稳定率为97.64%，可以与图3.3“灰分闭环未投入时的洗中块灰分统计分析曲线”相比对，说明通过压缩灰分控制区间，有效的提高了洗产品的灰分稳定率，该数据更加符合正态分布规律，更加符合质量控制要求。

图4 实现灰分闭环控制后的洗中块灰分数理统计分析曲线

3.2矸中带煤的降低

在入洗煤质变化不大的条件下，洗中块指标范围定的越高，洗产品的产量越大（包括：洗中块、洗粒、洗末），同时伴随着矸中带煤量值的降低。根据选煤厂9～10月矸中带煤统计分析（见图5），在目前的入洗煤质条件下，矸中带煤可小于5.00%。

3.3工业性试验单机检查结果

依据国家标准，我厂对该自动控制系统进行了单机检查评定，评定结论如表1。

表１“大平矿跳汰灰分闭环集成监控系统”

3.4各项经济技术指标的对照

表2“大平矿跳汰灰分闭环集成监控系统”项目现场运行各项经济技术指标对照

经过以上对比可以看出：

①经单机检查比对，一、二段综合带煤为4.76%，比改造前降低了2.10%（改造前为6.86%）。

②在目前原煤煤质的条件下，洗产品快灰稳定率： 10分钟平均灰分统计的加权平均值一般均在95%左右。

③跳汰机自控系统的单机检查与原来控制系统单机检查进行比对证明，跳汰机数量效率可提高2.41%，达到了预期要求的效果。

图5 2010年9～10月份跳汰机矸中带煤数理统计结果

3.5效益分析

跳汰机按2009年入洗原料煤180.38万吨计算，洗产品理论产率为57.32%，大平矿2010年1～10月份累计洗产品平均售价为573.18元/吨（不含税），因此可计算出：

年洗产品回收率可增加：2.41%× 57.32%=1.381%

对应年增产洗产品：180.38 ×1.381%=2.49(万吨)

年增加直接经济效益：573.18×2.49=1428.25(万元/年)

社会效益分析

①节能、减排、优质、增效。

②保证精煤产品质量，减少商务纠纷，树立企业形象。

③有利于环境保护。

4.结论

“TKX-IV型跳汰机自动控制系统的成功运行，为高效跳汰选这一科研课题的研究探索出了一条新路，使选煤厂在跳汰机自动化控制领域走在了国内外的前列，为进一步提高经济效益奠定了坚实的基础，现总结如下：

①实现了跳汰机的“给煤/排料/灰分闭环三重综合优化控制”后，可有效地实时跟踪入洗原煤煤质的变化来稳定洗产品的灰分；入洗煤质条件下保证洗中块产品质量，为跳汰机自动控制理论开辟了新的途径。

②实现了洗中块产品质量精细、实时化管理，在大平矿的入洗煤质条件下，使洗中块产品质量提升，日加权平均灰分稳定率达95%以上，在跳汰选煤行业达到了新的高度。

③在目前的煤质变化条件下，跳汰机一、二段综合矸中带煤为4.40%，在动力煤分选中也是处于较先进的水平。

④单机检查实验表明：在大平矿选煤厂现有设备状态下及目前煤质状态下实现跳汰单机自动化后，跳汰机数量效率可提高达2.41%；跳汰机一、二段综合矸中带煤降低了2.10%，为我厂有效的回收优质资源，降低高附加值产品的浪费做出了突出贡献。

⑤充分发挥了上位机的监控、洗产品质量的统计分析、记录的作用，并通过大屏幕显示发布到跳汰操作现场，为实现对洗产品质量的精细化、实时化管理树立了榜样，在全国选煤系统具有推广的价值。

⑥自动控制系统投入使用后，以2009年入洗量作为计算依据，可创造直接经济效益1428万元，同时也创造了巨大的社会效益。