李殿英

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

引言

浮選是選煤廠物料分選常用方式，浮選礦漿性質(zhì)直接影響浮選效率以及浮選結(jié)構(gòu)，有效控制柜浮選礦漿性質(zhì)是浮選環(huán)節(jié)重要內(nèi)容[1-2]。礦井在選用利用過程中影響礦漿性質(zhì)的參數(shù)包括有濃度、粒度組成、流量、pH 值、硬度等，其中礦漿濃度不合理會(huì)出現(xiàn)增加藥劑使用量、顆?；厥詹怀浞忠约昂罄m(xù)脫水困難等問題；粒度對礦漿性質(zhì)影響主要有泥化嚴(yán)重、粒度超限等，泥化嚴(yán)重會(huì)惡化浮選過程，粒度超限會(huì)影響分選效率；pH 值以及礦漿硬度直接影響浮選藥劑作用[3-6]。礦漿性質(zhì)多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)選煤廠煤炭高效洗選的重要舉措，為此文中對該技術(shù)進(jìn)行探討，以期能在一定程度上提升選煤廠煤炭洗選效率。

1 礦漿性質(zhì)多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 礦漿性質(zhì)在線監(jiān)測技術(shù)原理

礦漿性質(zhì)多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測流程，如圖1所示。經(jīng)過破碎、分級處理后達(dá)到規(guī)定粒度的礦漿通過主管路運(yùn)輸，在主管路上安裝流量傳感器對流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，在旁路罐體上安裝濃度、pH 值、硬度等傳感器對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測定。布置的各類傳感器均通過屏蔽信號線傳輸給監(jiān)控室PLC。

圖1 礦漿性質(zhì)多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測流程

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了確保監(jiān)測系統(tǒng)高效對礦漿性質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，采用的監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)具備下述功能：1）系統(tǒng)應(yīng)具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性以及較高的調(diào)節(jié)精度，盡量減少監(jiān)測數(shù)據(jù)滯后性；2）系統(tǒng)應(yīng)具備故障報(bào)警、歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢以及故障自動(dòng)修復(fù)等功能；3）系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)可通過上位機(jī)進(jìn)行設(shè)定。根據(jù)上述功能需要，文中提出的監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)硬件結(jié)構(gòu)包括有：模擬量輸入、輸出模塊、各類監(jiān)測傳感器、PLC 控制器等。具體檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。

圖2 檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.3 傳感器選擇以及監(jiān)測參數(shù)確定

1.3.1 濃度及粒度傳感器

濃度及粒度傳感器可實(shí)現(xiàn)對礦漿濃度以及粒度分布在線測定，具體通過超聲衰減過程實(shí)現(xiàn)對顆粒發(fā)小及分布進(jìn)行確定，同時(shí)還可以對固液比在60%以上礦漿濃度進(jìn)行測試。傳感器監(jiān)測獲取到4 mA～20 mA 信號，并通過屏蔽信號線傳輸給PLC 進(jìn)行監(jiān)測參數(shù)處理。

1.3.2 pH 傳感器

選用的pH 傳感器可對礦漿pH 值進(jìn)行精準(zhǔn)測定，并使用RS-485 接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，輸出的4 mA～20 mA 電流對應(yīng)不同的pH 值。傳感器采用的PH/ORP 電極由低阻抗玻璃敏感膜制作而成，測定的pH 值范圍為0～14。

1.3.3 流量及硬度傳感器

在礦漿輸送管路上使用電磁流量計(jì)對礦漿流量進(jìn)行測定，在礦漿管路上安裝與管路管徑一致的法蘭，電磁流量計(jì)通過法蘭對管路中礦漿流量進(jìn)行實(shí)時(shí)測定。監(jiān)測獲取到的流量信號以脈沖形式傳輸，具體輸出的4 mA～20 mA 信號。

礦漿硬度采用電極法進(jìn)行測定，測定結(jié)果通過RS-485 總線傳輸。具體輸出的4 mA～20 mA 電流信號。

1.4 傳感器安裝

礦漿流量傳感器通過與輸送管路管徑相當(dāng)?shù)姆ㄌm進(jìn)行流量測定，安裝較為簡單，文中不做過多闡述。下文主要對旁路罐體中的礦漿濃度、粒度組成、pH 值及硬度傳感器布置情況進(jìn)行闡述，具體各傳感器在旁路罐體上布置位置，如圖3 所示。

濃度及粒度傳感器監(jiān)測原理是超聲波衰減，測定的濃度范圍0%～60%、粒度范圍0～200 μm，該傳感器具體安裝在旁路罐體上端接口位置，并通過內(nèi)螺紋旋轉(zhuǎn)固定；pH 值傳感器通過與礦漿接觸測定，測量的礦漿pH 值范圍介于1～14 間，具體安裝在旁路罐體下端并用內(nèi)螺紋旋轉(zhuǎn)固定；礦漿硬度傳感器測量的硬度范圍介于50 mg/L～700 mg/L，將傳感器布置在旁路罐體下端并用內(nèi)螺紋旋轉(zhuǎn)固定傳感器外側(cè)觸頭。

2 上位機(jī)系統(tǒng)

礦漿性質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)采用多種類型傳感器對礦漿參數(shù)進(jìn)行測定，獲取到的礦漿參數(shù)以模擬信號形式傳輸給輸入模塊，經(jīng)過輸入模塊內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并發(fā)送至PLC 控制器的CPU 模塊中，CPU 模塊對各傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并通過觸摸屏顯示分析結(jié)果。

PLC 控制器及數(shù)據(jù)處理程序等是整個(gè)在線監(jiān)測系統(tǒng)的核心組件，選用的PLC 控制器型號為S7-200系列，具體結(jié)構(gòu)包括有：處理器CPU22、以太網(wǎng)模塊CP243-1、模擬量模塊EM235、觸摸屏HMI。

PLC 內(nèi)置的運(yùn)行程序會(huì)依據(jù)各類傳感器監(jiān)測參數(shù)計(jì)算得到礦漿濃度、粒度、pH 值、流量以及硬度等，上述監(jiān)測數(shù)據(jù)會(huì)同步發(fā)送至觸摸屏以及監(jiān)控中心控制PC 上，若發(fā)現(xiàn)某項(xiàng)監(jiān)測數(shù)值超過設(shè)定閾值后，PLC 控制器會(huì)自動(dòng)發(fā)出超限預(yù)警信息。

監(jiān)控中心控制PC 與PLC 控制器間采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行信息通信，并通過遠(yuǎn)程信號傳輸系統(tǒng)（由CP243-1 以太網(wǎng)模塊、雙纖單模收發(fā)器構(gòu)成）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信號傳輸，以便監(jiān)控中心控制PC 可及時(shí)、精準(zhǔn)獲取到PLC 控制器處理結(jié)果。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

將文中所提礦漿性質(zhì)多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用到選煤廠礦漿性質(zhì)測定中，現(xiàn)場應(yīng)用后系統(tǒng)間隔2 h即會(huì)測定一次礦漿性質(zhì)參數(shù)，具體在應(yīng)用2021 年2月18 日獲取到的礦漿參數(shù)，如表1 所示。

表1 礦漿參數(shù)監(jiān)測結(jié)果

采用礦漿性質(zhì)多參數(shù)在監(jiān)測系統(tǒng)獲取到pH值、濃度、流量以及硬度等與人工檢測結(jié)果一直。礦漿參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，在線監(jiān)測可及時(shí)掌握，從而便于后續(xù)對礦漿參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。通過礦漿性質(zhì)多參數(shù)在監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)時(shí)掌握礦漿性質(zhì)變化情況，避免人工檢檢測存在檢測過程繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度高以及檢測結(jié)果滯后等問題。

4 結(jié)語

文中對選煤廠浮選礦漿性質(zhì)多參數(shù)在線監(jiān)測方法以及監(jiān)測系統(tǒng)展開研究，該系統(tǒng)通過多個(gè)傳感器對礦漿粒度、濃度、流量、硬度以及pH 值等進(jìn)行測定，通過PLC 對傳感器監(jiān)測信號進(jìn)行處理分析，將將處理結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸給選煤廠監(jiān)控中心控制PC 以及HMI 觸摸屏，實(shí)現(xiàn)礦漿性質(zhì)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

現(xiàn)場應(yīng)用后，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)礦漿濃度、粒度、流量、pH 值以及硬度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果與采用人工檢測方式一致。通過采用礦漿性質(zhì)多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了礦漿參數(shù)的準(zhǔn)確、快速測定。