錢家營礦重介密度自動控制系統(tǒng)

李云升

【摘 要】本文介紹了開灤錢家營礦選煤廠塊煤三產(chǎn)品重介立輪分選機重介密度自動控制系統(tǒng)工作的特點，簡介了密度、液位自動控制裝置的構(gòu)成、原理，WINcc上位機管理網(wǎng)絡的構(gòu)成。

【關(guān)鍵詞】PLC；懸浮液密度；介質(zhì)桶液位；SIEMENS網(wǎng)絡；WINCC

0.概述

開灤（集團）有限責任公司錢家營礦業(yè)分公司選煤廠是從波蘭引進的年處理能力為400萬噸，采用重介—浮選聯(lián)合工藝的大型煉焦煤選煤廠，其中150—13mm粒級塊煤進入三產(chǎn)品重介質(zhì)立輪分選機；13—0.5mm粒級末煤進入Φ840兩產(chǎn)品旋流器進行主、再洗；小于0.5mm粒級煤泥浮選，重介處理量約占總?cè)胂戳康?0%。原重介自動化控制系統(tǒng)是隨選煤廠同步引進，密度、液位測量儀表、控制裝置全部由氣動單元組成，氣源凈化裝置較為復雜，控制精度和響應速度較慢。煤炭科學研究總院唐山分院與錢家營礦業(yè)分公司選煤廠于2003年進行了重介自動化的改造，并于2004年投入使用。

1.網(wǎng)絡構(gòu)成

1.1自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡構(gòu)成

系統(tǒng)的控制核心由SIEMENS（西門子）SIMATIC S7-300 PLC構(gòu)成，可實現(xiàn)Profibus或MPI網(wǎng)絡，在洗煤廠調(diào)度室設置研華PⅢ800工控機（WINCC軟件）與密度自動控制裝置中的S7-300 PLC形成網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)共享。另外，密度自動控制裝置上的人機界面采用SIEMENS TP-27 10.4吋彩色觸摸屏，該觸摸屏也加入到網(wǎng)絡中，享有網(wǎng)絡功能。構(gòu)成見圖1

圖1 控制系統(tǒng)構(gòu)成原理示意圖

1.2網(wǎng)絡功能

通過SIEMENS 網(wǎng)絡在TP-27觸摸屏上顯示的參數(shù)，均可在廠調(diào)度室的微機上顯示，觸摸屏上給定的數(shù)據(jù)在調(diào)度室的微機上同樣可以給定，如密度給定值、液位控制的上、下限值，懸浮液密度的報警值。在調(diào)度室微機上可打印生產(chǎn)過程中的給定值和實際值，有利于生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析及管理。通訊采用SIMATIC NET PROFIBUS電纜，數(shù)據(jù)傳輸速率可達12M位/秒。重介自動化部分作為選煤廠底層控制和生產(chǎn)過程密切相關(guān)，它們即可獨立工作，也可和上位機或PLC構(gòu)成集中控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用SIEMENS WINCC作監(jiān)控軟件。

2.密度、液位穩(wěn)定控制的工作原理和構(gòu)成

2.1三產(chǎn)品重介質(zhì)立輪分選機系統(tǒng)流程

生產(chǎn)工藝過程包括兩臺三產(chǎn)品重介質(zhì)立輪分選機，4個合格介質(zhì)桶，兩個稀介質(zhì)桶，一個高密度介質(zhì)桶。密度的控制由2.0循環(huán)自動加介、自動蝶閥加水完成，液位的控制由弧形篩下懸浮液分流、自動加介、自動加水完成。當懸浮液密度低于人工給定值時，自動連續(xù)控制加介量，當懸浮液密度高于人工給定值時，自動連續(xù)控制加水量；當合格介質(zhì)桶液位高于人工給定值上限時，自動連續(xù)控制分流量，當合格介質(zhì)桶液位低于人工給定值下限時，自動連續(xù)控制加介量、加水量，在穩(wěn)定懸浮液密度的前提下快速回升液位。高密度介質(zhì)的添加是通過2.0密度循環(huán)，控制加介分流箱的加介量實現(xiàn)的。

2.2密度、液位自動控制裝置的工作原理

根據(jù)塊煤分選系統(tǒng)工藝流程的特點，進行了密度液位自動控制裝置的設計，在調(diào)節(jié)程序的設計上，采用了分階段的PID程序控制，SIEMENS STEP7 帶PID調(diào)節(jié)塊。對于生產(chǎn)中出現(xiàn)的實際值與給定值偏離較大時，程序中加強了特殊功能的調(diào)節(jié)作用，這樣使得自動控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)無論在響應速度上還是在穩(wěn)定性上都得到了統(tǒng)一體現(xiàn)。系統(tǒng)調(diào)試過程為首先確定控制段的分隔點，然后確定P、I、D參數(shù)。儀表的調(diào)試為首先調(diào)試同位素密度計、超聲波液位計，然后調(diào)試自動分流箱、自動加水閥門的位置。密度控制原理見圖2，液位控制原理見圖3

2.3密度、液位信號的測量

密度的測量采用Amdel 數(shù)字濃度計，為非接觸式測量儀表，安裝于懸浮液上料管道上，其標定采用兩點曲線法確定M值，選擇具有代表性的點即接近于分選機懸浮液密度的工作點確定STD和S1，其它值按照說明書要求比照具體情況輸入。懸浮液密度測量精度可達到±0.002克/厘米3。

液位測量采用SIEMENS MILLTRONICS超聲波液位計，為非接觸式測量儀表，其具有較高的測量精度，但在安裝上須采取必要的保護措施，創(chuàng)造較好的測量環(huán)境，即按照超聲波的波束角確定保護管的直徑。液位測量精度為±10mm。

2.4執(zhí)行部分

執(zhí)行機構(gòu)采用了14臺DKJ-210C-X角行程電動執(zhí)行器，用于控制加介、加水、懸浮液分流，該執(zhí)行器具有電氣和機械雙限位保護，可杜絕操作上的失誤，減少事故的發(fā)生。DKJ-210C-X角行程電動執(zhí)行器采用220V電源，單相伺服電機，正、反調(diào)節(jié)靈活，具有良好的調(diào)節(jié)性能。

3.使用效果

采用315PLC+TP27觸摸屏+WINcc上位機構(gòu)成洗煤廠閉環(huán)控制系統(tǒng)將使控制系統(tǒng)的可靠性和功能得到進一步的加強，經(jīng)過幾年來的運行，較之原波蘭引進的重介自動化相比，密度、液位測量準確，控制指標穩(wěn)定，密度控制范圍基本在給定值的±0.0075內(nèi)。

圖5為給定密度、測量密度、介質(zhì)桶液位8小時運行曲線。直線為人工給定密度值（紅色），疊加在直線上的曲線為懸浮液密度值（綠色），下面的曲線為介質(zhì)桶液位值（黑色）。