重介質(zhì)選煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張夢(mèng)瑤

（山西省大同市同煤集團(tuán)大地選煤公司，山西 大同037001）

引言

選煤作為煤炭產(chǎn)業(yè)中的重要環(huán)節(jié)，近些年我國(guó)選煤工業(yè)也取得了一定的成績(jī)，但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比較而言不論在選煤設(shè)備還是選煤工藝方面均存在一定的差距。就選煤設(shè)備而言，國(guó)內(nèi)選煤設(shè)備存在分選能力低、可靠性差以及參數(shù)設(shè)置不合理等問題；就選煤工藝而言，我國(guó)選煤工藝復(fù)雜難以實(shí)現(xiàn)精確控制，且對(duì)應(yīng)控制算法依然在采用經(jīng)典控制，甚至人工控制，導(dǎo)致分選控制精度不足等問題[1]。因此，本文將對(duì)重介質(zhì)選煤控制系統(tǒng)自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究。

1 重介質(zhì)選煤工藝流程

重介質(zhì)選煤工藝為當(dāng)前選煤行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的選煤方法，隨著綜采工作面采煤效率及選煤技術(shù)的不斷提升，重介質(zhì)選煤工藝的應(yīng)用將占據(jù)更大的比例。

重介質(zhì)選煤工藝流程經(jīng)歷了選前準(zhǔn)備作業(yè)流程、分選作業(yè)流程、選后產(chǎn)品脫水流程、煤泥水處理流程以及懸浮液循環(huán)凈化回收等工藝流程。其中，上述各個(gè)選煤工藝流程中所涉及到的關(guān)鍵設(shè)備包括有原煤重介旋流器、弧形篩、磁選機(jī)、脫介篩、帶式輸送機(jī)以及相關(guān)稀介桶和各種泵等。

重介質(zhì)選煤工藝涉及的流程繁雜且設(shè)備種類多，為保證最終的分選效果需實(shí)現(xiàn)對(duì)選煤廠重介質(zhì)選煤涉及到的工藝和設(shè)備進(jìn)行集中控制，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況對(duì)控制模式進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，以達(dá)到集中化、自動(dòng)化控制的目的。

2 重介質(zhì)選煤控制系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)控制的設(shè)計(jì)

本文初步擬定采用CRT+PLC的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)重介質(zhì)選煤工藝的集中監(jiān)測(cè)和控制，并實(shí)現(xiàn)主站與從站之間的通信功能；基于CTR集中顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及實(shí)時(shí)工藝參數(shù)，并對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的問題進(jìn)行報(bào)警、記錄等。為保證重介質(zhì)選煤控制系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力和精確的控制水平，擬采用PID控制算法作為PLC控制器中的核心控制依據(jù)。經(jīng)研究可知，影響選煤廠重介質(zhì)選煤系統(tǒng)最終分選效果的主要參數(shù)包括有懸浮液密度、懸浮液黏度、合介桶液位以及旋流器的入口壓力等。因此，本文將建立重介質(zhì)選煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的對(duì)上述四個(gè)工藝參數(shù)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)和控制。

2.1 懸浮液密度控制流程的設(shè)計(jì)

選煤工藝流程中對(duì)懸浮液密度控制，需精準(zhǔn)控制密度給定值并根據(jù)密度給定值對(duì)合介泵出口處懸浮液密度進(jìn)行控制。本系統(tǒng)以精煤灰分為密度測(cè)定的依據(jù)。

如圖1所示，基于模糊PID控制算法和密度給定值對(duì)清水閥進(jìn)行控制，最終通過測(cè)定精煤中的灰分判定懸浮液密度是否符合生產(chǎn)規(guī)程。

圖1 懸浮液密度控制流程圖

2.2 合介桶液位控制流程的設(shè)計(jì)

在實(shí)際選煤生產(chǎn)過程中，合介桶液位的動(dòng)態(tài)變化常常會(huì)影響旋流器入口壓力的穩(wěn)定性，繼而影響懸浮液的穩(wěn)定性[2]。鑒于影響合介桶液位的因素為進(jìn)料量和出料量，且其干擾量單一，因此，采用傳統(tǒng)PID控制方法即可得到對(duì)合介桶液位的理想控制效果，其直接控制對(duì)象為氣動(dòng)閥，液位檢測(cè)設(shè)備采用超聲波液位計(jì)，對(duì)應(yīng)控制流程如下頁圖2所示。

2.3 重介質(zhì)懸浮液黏度控制流程的設(shè)計(jì)

將選煤工藝中重介質(zhì)懸浮液的黏度控制在合理范圍之內(nèi)不僅可以降低介質(zhì)損耗，還可降低分選過程中的跑煤率，為保證最終分選效果奠定基礎(chǔ)[3]。針對(duì)重介質(zhì)懸浮液黏度的檢測(cè)本控制系統(tǒng)采用磁性物濃度計(jì)和懸浮液密度計(jì)測(cè)量相關(guān)參數(shù)后由懸浮液固體體積濃度計(jì)算器得出懸浮液的實(shí)時(shí)黏度值，并在PID控制算法的控制下得出需加介的量，并由人工將磁性物添加至合介桶實(shí)現(xiàn)對(duì)懸浮液黏度的控制。

圖2 合介桶液位控制流程圖

2.4 旋流器入口壓力的控制設(shè)計(jì)

理論上講，隨著旋流器入口壓力的增加其所能提供的離心力增加，對(duì)應(yīng)的分選效果也在提升。但是，當(dāng)旋流器入口壓力增大至一定數(shù)值后對(duì)應(yīng)分選效果的提升效果不明顯，反而會(huì)增加設(shè)備的承受能力和能耗。因此，需將旋流器的入口壓力進(jìn)行合理控制。

旋流器入口壓力的精確測(cè)量是實(shí)現(xiàn)壓力精確控制的基礎(chǔ)，為此將壓力傳感器安裝于懸浮液的入口處，并將所采集到電信號(hào)傳遞至S7-300PLC，由PLC對(duì)所采集信號(hào)處理后得到相應(yīng)的控制信號(hào)，并由變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)泵的變頻調(diào)速控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)旋流器入口壓力的控制。

3 重介質(zhì)選煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 重介質(zhì)選煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)的硬件選型

為實(shí)現(xiàn)重介質(zhì)選煤控制系統(tǒng)的自動(dòng)化功能，需按照1.2中的總體設(shè)計(jì)思路在原選煤系統(tǒng)中增設(shè)相關(guān)工藝參數(shù)檢測(cè)設(shè)備和控制設(shè)備，具體如表1所示。

表1 選煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)的硬件選型

3.2 重介質(zhì)選煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

重介質(zhì)選煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括有上位機(jī)和下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)。其中，下位機(jī)控制系統(tǒng)主要是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器對(duì)工藝參數(shù)的檢測(cè)結(jié)果基于PID控制算法得出對(duì)應(yīng)的PLC控制指令，從而確保懸浮液密度、黏度、旋流器入口壓力、合介桶液位等關(guān)鍵工藝參數(shù)的控制[4]。

首先，根據(jù)控制流程對(duì)數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出的地質(zhì)進(jìn)行變化，設(shè)置其數(shù)據(jù)類型；其次，根據(jù)選煤工藝操作流程完成對(duì)系統(tǒng)主程序、手動(dòng)控制子程序、自動(dòng)控制子程序和模擬量處理程序的編寫。以懸浮液密度控制為例，其對(duì)應(yīng)的控制流程如圖3所示。

圖3 懸浮液密度PID控制

重介質(zhì)選煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)即將相關(guān)檢測(cè)儀器所采集的相關(guān)工藝參數(shù)的數(shù)值通過PLC控制器的通信將其通過上位機(jī)顯示屏顯示處理[5]。

3 結(jié)論

1）完成了對(duì)關(guān)鍵參數(shù)懸浮液密度、懸浮液黏度、旋流器入口壓力和合介桶液位的設(shè)計(jì)；

2）完成了相關(guān)檢測(cè)設(shè)備的選型設(shè)計(jì)，以懸浮液密度控制為例完成其PID控制的原理框圖設(shè)計(jì)。