APN18S6型壓濾機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

姚云峰

（西山煤電鎮(zhèn)城底礦 ，山西 古交 030203）

0 引 言

現(xiàn)階段，煤炭行業(yè)提出了“智慧礦山”生產(chǎn)，數(shù)字化煤礦正在積極探索研究，我國(guó)一些煤礦與科研院校合作，正在積極摸索，許多科學(xué)研究者夜以繼日奮斗，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化礦山和無(wú)人值守井下采煤。互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、定位系統(tǒng)、機(jī)械化、智能化等技術(shù)的成熟，以后自動(dòng)化必然應(yīng)用于礦山生產(chǎn)、建設(shè)，這也是“智慧礦山”的發(fā)展的大勢(shì)所趨[1]。洗選煤廠作為煤炭使用的后續(xù)環(huán)節(jié)，其自動(dòng)化、智能化是必不可少的。

選煤廠有一個(gè)重要洗煤處理，那就是對(duì)于煤泥水處理，現(xiàn)階段國(guó)家對(duì)資源利用提倡高效率，并且對(duì)生態(tài)環(huán)境也提出了高要求，因此選煤廠對(duì)煤泥回收再利用既符合國(guó)家方針，又對(duì)選煤廠周?chē)h(huán)境也起到了積極的保護(hù)作用，這對(duì)整個(gè)選煤廠來(lái)說(shuō)是一種經(jīng)濟(jì)、合理、循環(huán)的生產(chǎn)企業(yè)。選煤廠中的重要設(shè)備壓濾機(jī)就是針對(duì)煤泥水進(jìn)行處理，壓濾機(jī)的硬件組成影響著壓濾機(jī)的使用時(shí)間、使用功能、使用效率，進(jìn)而影響其自動(dòng)化程度。目前大多數(shù)選煤廠壓濾車(chē)間有APN18S6型壓濾機(jī)，基本都是由工人們手工操作，因自動(dòng)控制不強(qiáng)，帶來(lái)效率低下，工人作業(yè)強(qiáng)度高，信息傳遞滯后，不能統(tǒng)一指揮，造成選煤廠經(jīng)濟(jì)效益低下。為了緩解選煤廠對(duì)于煤泥水處理的壓力，以APN18S6型壓濾機(jī)關(guān)鍵部件選擇和自動(dòng)化控制作為研究對(duì)象，實(shí)現(xiàn)選煤廠的自動(dòng)化、無(wú)人化生產(chǎn)，解決選煤廠效率低下問(wèn)題。

1 壓濾機(jī)技術(shù)參數(shù)

某選煤廠壓濾車(chē)間原有的APN18S6型壓濾機(jī)，主控主要是PLC實(shí)現(xiàn)，人工操作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，與現(xiàn)狀要求生產(chǎn)產(chǎn)量嚴(yán)重不配套，無(wú)法達(dá)到生產(chǎn)要求。例如壓濾機(jī)的打開(kāi)、關(guān)閉、上料等環(huán)節(jié)均需工人手工操作，特別是濾餅和濾布粘在一起時(shí)，壓濾機(jī)就無(wú)法實(shí)現(xiàn)卸餅功能，煤泥中含水量較高時(shí)，濾餅自重失效，那么只能靠工人敲擊掉落。壓濾機(jī)在連續(xù)打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)，只為避免手動(dòng)擊打?yàn)V餅，不僅使用不方便，也會(huì)降低對(duì)壓濾機(jī)的使用年限。另外就是在上料集中程度大且水分多的時(shí)候，慮室就會(huì)被料頂開(kāi)，此種情況只能靠人工操作停止，因人工操作速度較慢，自動(dòng)化不強(qiáng)，會(huì)對(duì)機(jī)器產(chǎn)生一些損傷。

為了減小選煤廠壓濾機(jī)的損傷，提高其自動(dòng)化程度、完成選煤廠產(chǎn)量標(biāo)準(zhǔn)，本論文結(jié)合選煤廠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)APN18S6型壓濾機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹并開(kāi)發(fā)程序軟件，實(shí)現(xiàn)壓濾機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)化。某選煤廠壓濾機(jī)部分重要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 APN18S6型壓濾機(jī)主要技術(shù)、參數(shù)表

以表1中的壓濾機(jī)為研究對(duì)象，該壓濾機(jī)是可控程序?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)控制，要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，那么組成該設(shè)備的各個(gè)部件至關(guān)重要，因此需要對(duì)重要的硬件進(jìn)行篩選，并對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)

煤泥水處理需要選煤廠壓濾機(jī)進(jìn)行處理，是必不可少的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)[2]，對(duì)煤泥進(jìn)行回收處理不僅可以顯著提高資源利用率，而且對(duì)于選煤廠來(lái)說(shuō)既環(huán)保又是經(jīng)濟(jì)型[3]。目前大多數(shù)選煤廠壓濾機(jī)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制[4]，基本需要工人手動(dòng)操作，才能使得壓濾機(jī)生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)、關(guān)停。

APN18S6型壓濾機(jī)包含支撐的底座、進(jìn)排氣壓風(fēng)系統(tǒng)、提供動(dòng)力的液壓系統(tǒng)、執(zhí)行命令的結(jié)構(gòu)以及其控制作用的自動(dòng)化系統(tǒng)[5]，該壓濾機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)局部圖見(jiàn)圖1。

圖1 APN18S6型壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)局部圖

支撐整個(gè)系統(tǒng)主要是靠壓濾機(jī)頭板和機(jī)架固定連接。孔板和盲板形成濾室，煤泥水通過(guò)過(guò)濾作用，固液分離，在壓濾機(jī)進(jìn)一步的作用下形成濾餅。液壓系統(tǒng)是為打開(kāi)和關(guān)閉，并且是在高壓形式下形成閉合。濾液收集系統(tǒng)主要是收集和疏導(dǎo)濾液。吹風(fēng)系統(tǒng)通過(guò)高壓作用使得空氣進(jìn)入慮室，進(jìn)而形成供排風(fēng)控制系統(tǒng)。說(shuō)明上料和卸餅是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

3 多閥路結(jié)構(gòu)及控制軟件

壓濾要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，必須要在一定的原理上，結(jié)合主要關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，通過(guò)程序代碼編寫(xiě)，開(kāi)發(fā)一個(gè)控制軟件，對(duì)其進(jìn)行自主控制，以提升其自動(dòng)化、效率化、集成化、先進(jìn)化、經(jīng)濟(jì)性。

3.1 簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)原理

壓濾機(jī)在處理煤泥水時(shí)所用到的多孔介質(zhì)滲流方程為：

式中：Si為動(dòng)量；D為阻力矩陣；C為慣性系數(shù)；μ為阻力系數(shù)；ρ為密度；ν為固液混合速度。

3.2 多閥路結(jié)構(gòu)

一般的壓濾機(jī)自動(dòng)控制箱上結(jié)構(gòu)上會(huì)設(shè)計(jì)保持型、非保持型、開(kāi)關(guān)、急停[6]等功能的按鈕。為成功切換，就需要保持型按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。關(guān)閉按鈕是用來(lái)控制油箱中油位的。液壓缸內(nèi)液體到達(dá)預(yù)定極限位置時(shí)，停止立即執(zhí)行命令。目前該壓濾機(jī)使用的一種多閥路閥門(mén)，壓濾機(jī)多路閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 APN18S6型壓濾機(jī)閥路結(jié)構(gòu)

3.3 控制軟件

通過(guò)編寫(xiě)程序代碼，開(kāi)發(fā)出一種自動(dòng)控制壓濾機(jī)的控制軟件，Micro850型PLC控制軟件Connected Components Workbench，簡(jiǎn)稱(chēng)CCW軟件，并結(jié)合現(xiàn)代觸摸屏手機(jī)、平板電腦思維，采用觸摸屏操作，即MCGS組態(tài)環(huán)境觸摸屏。壓濾機(jī)在生產(chǎn)時(shí)有開(kāi)啟、上料、加壓過(guò)濾、吹氣置換、卸餅、關(guān)閉等工作過(guò)程，程序代碼正是基于這些過(guò)程進(jìn)行編寫(xiě)，并考慮壓濾機(jī)工作環(huán)境、要求、標(biāo)準(zhǔn)等對(duì)控制部分做了重點(diǎn)開(kāi)發(fā)，也就是說(shuō)在壓濾機(jī)自動(dòng)控過(guò)程中增加了循環(huán)卸餅和二次關(guān)閉等步奏。

開(kāi)發(fā)的CCW軟件程序界面如圖3所示。

圖3 程序控制軟件界面

在發(fā)出指令后，壓濾機(jī)就自動(dòng)開(kāi)始每一個(gè)運(yùn)行過(guò)程：輸送煤泥之前，軟件系統(tǒng)的程序代碼就會(huì)開(kāi)始進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，看是否滿足生產(chǎn)運(yùn)行條件。當(dāng)?shù)玫綕M足使用要求后，此時(shí)就會(huì)進(jìn)行壓濾機(jī)的每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。如此周而復(fù)始，如想停止運(yùn)轉(zhuǎn)，只需操作軟件中的暫?；蛘呓Y(jié)束即可。

4 自動(dòng)控制系統(tǒng)

4.1 自動(dòng)上料過(guò)濾

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，入料泵得到開(kāi)始上料指令后，入料口就開(kāi)始輸送煤泥，自動(dòng)控制系統(tǒng)同液位傳感器判斷是否上料過(guò)程是否完畢。其中，在入料泵給各個(gè)濾室上料時(shí)，液壓系統(tǒng)中的液壓泵就會(huì)暫時(shí)停止執(zhí)行任務(wù)。根據(jù)現(xiàn)階段壓濾機(jī)出現(xiàn)在二次填充加壓過(guò)濾過(guò)程中濾室有時(shí)會(huì)被頂開(kāi)問(wèn)題，編制程序設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)判斷條件，若慮室出現(xiàn)離層狀態(tài)，壓濾機(jī)上料機(jī)構(gòu)立即執(zhí)行停止動(dòng)作，同時(shí)執(zhí)行關(guān)閉慮室動(dòng)作，待關(guān)閉完成后又會(huì)通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出指令，再次執(zhí)行上料、加壓、過(guò)濾，一旦循環(huán)次數(shù)較多，警報(bào)響起，停止運(yùn)轉(zhuǎn)。壓濾機(jī)在加壓后進(jìn)行過(guò)濾，此時(shí)進(jìn)/排氣閥門(mén)就又自動(dòng)控制器開(kāi)啟，吹氣系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。而且在上料充填當(dāng)中，為減少慮室中的水分問(wèn)題，上部頂閥門(mén)自行行駛打開(kāi)和關(guān)閉。

4.2 自動(dòng)卸餅

煤泥在處理過(guò)程中，會(huì)經(jīng)歷充填，充填完成后就會(huì)被加壓、過(guò)濾，相應(yīng)吹氣系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，在這些環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)后，壓濾機(jī)開(kāi)始對(duì)濾餅卸餅。卸餅環(huán)節(jié)有5步需要進(jìn)行，卸餅之前先開(kāi)啟壓濾機(jī)，在這開(kāi)啟過(guò)程中卸餅的第一步過(guò)程就完成了。在卸餅的第一步當(dāng)中閥體打開(kāi)，主液壓缸組回液，與此同時(shí)閥體A-2開(kāi)啟，液體進(jìn)入輔助液壓缸組，濾室就被成功實(shí)現(xiàn)了卸餅。同理，實(shí)現(xiàn)第二步、第三步、第四步、第五步。卸餅時(shí)液壓缸五步動(dòng)作過(guò)程如圖4所示。

圖4 液壓缸五步過(guò)程圖

4.3 自控系統(tǒng)組態(tài)界面

某選煤廠的5臺(tái)壓濾機(jī)自動(dòng)控制發(fā)出指令的采用觸摸屏組態(tài)界面，該組態(tài)界面包括主控面、不同模式選擇和相應(yīng)參數(shù)設(shè)置，MCGS組態(tài)編輯軟件是用來(lái)實(shí)現(xiàn)組態(tài)畫(huà)面的。我們可以在主控面時(shí)時(shí)觀察壓濾機(jī)每一個(gè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否完好，有問(wèn)題的設(shè)備會(huì)顯示在主控面上。一旦有設(shè)備出現(xiàn)故障，操作人員通過(guò)報(bào)警信息，通知維修工人對(duì)該設(shè)備進(jìn)行維修。在模式選擇界面，可以選擇不同的模式，促使壓濾機(jī)按照要求進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。而在參數(shù)設(shè)置界面主要是為適應(yīng)不同情況，修改參數(shù)實(shí)現(xiàn)壓濾機(jī)的不同功能來(lái)達(dá)到操作者想要的目的。部分組態(tài)界面如圖5所示。

圖5 自控組態(tài)界面

壓濾機(jī)通過(guò)自動(dòng)控制，不僅節(jié)約了時(shí)間，而且減小了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。最為重要的是避免機(jī)器空轉(zhuǎn)和過(guò)載，保護(hù)了壓濾機(jī)的長(zhǎng)久使用。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)PAN18S6型壓濾機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單說(shuō)明，編制程序代碼開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)軟件，該型號(hào)壓濾機(jī)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。論文研究主要成果總結(jié)如下：

1）通過(guò)對(duì)壓濾機(jī)技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)說(shuō)明，壓濾要實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制，上料和卸餅兩個(gè)環(huán)節(jié)是改善的重點(diǎn)。

2）多閥路結(jié)構(gòu)是壓濾機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的硬件設(shè)施，程序軟件是壓濾機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的手段。

3）自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制上料和卸餅過(guò)程，并有保護(hù)壓濾機(jī)過(guò)載或空轉(zhuǎn)的作用。

通過(guò)對(duì)PAN18S6型壓濾機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)布設(shè)和自動(dòng)控制設(shè)計(jì)，提升了壓濾機(jī)的工作效率，提高了經(jīng)濟(jì)效益，也為數(shù)字化礦山提供了新思維。