選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韓 龍

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司官地選煤廠，山西 太原030022）

引言

煤泥是選煤廠選煤工藝流程的副產(chǎn)品，具有水分高、黏性強(qiáng)、熱值低等缺點(diǎn)，一般處理方法為直接丟棄或民用地銷。隨著工業(yè)智能化技術(shù)的不斷進(jìn)步、煤泥副產(chǎn)品數(shù)量的不斷上升以及煤炭資源的緊缺，煤泥的回收利用成為亟需解決的問題[1]。目前選煤廠煤泥壓濾系統(tǒng)還存在諸多問題，比如壓濾系統(tǒng)未完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，需人工查看排水量并確定壓榨時(shí)間；入料泵入料流量不穩(wěn)定，煤泥料漿的顆粒大小、濃度不同影響入料流量，甚至?xí)l(fā)生噴漿事故；關(guān)鍵環(huán)節(jié)存在安全隱患，比如入料管路可能發(fā)生堵塞故障、對(duì)過濾板產(chǎn)生沖擊力、對(duì)設(shè)備管路產(chǎn)生沖擊等；檢測設(shè)備、儀器儀表的精度不夠，通信系統(tǒng)不完善[2]。為解決上述問題，國內(nèi)外科研單位展開一系列研究，比如相繼開發(fā)了以繼電器電路、單片機(jī)、PLC控制器以及微控制器為核心的煤泥壓濾自動(dòng)控制系統(tǒng)[3-5]，但穩(wěn)定性、精確性以及抗干擾性都有待增強(qiáng)。本文以PLC控制技術(shù)、模糊PID控制技術(shù)設(shè)計(jì)選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)，以提高煤泥壓濾過程的穩(wěn)定性和精確度，提高煤泥壓濾產(chǎn)品質(zhì)量。

1 煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)功能

選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)可將選煤生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的煤泥料漿進(jìn)行壓榨，形成煤泥餅并由帶式輸送機(jī)輸送；同時(shí)，對(duì)壓濾過程中形成的煤泥水進(jìn)行循環(huán)利用。煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)主要完成的功能有：

1）實(shí)現(xiàn)壓濾系統(tǒng)智能閉環(huán)控制，根據(jù)煤泥料漿和壓榨排水量，自動(dòng)啟動(dòng)、停止、加載、卸載入料泵和壓濾設(shè)備以及壓風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)智能、安全按連鎖、安全閉鎖控制；

2）支持手動(dòng)、自動(dòng)、聯(lián)動(dòng)、檢修四種控制模式，按照運(yùn)行條件和參數(shù)設(shè)置，滿足不同工礦控制需求；

3）實(shí)現(xiàn)濾板、滑塊、油缸、排氣閥與帶式輸送機(jī)之間的聯(lián)動(dòng)閉鎖控制，比如只有滑塊下降到位后，油缸才能壓緊；

4）實(shí)現(xiàn)煤泥壓濾過程入料環(huán)節(jié)、壓榨環(huán)節(jié)的恒壓控制，通過PID控制方案、模糊PID控制方案控制壓力的穩(wěn)定；

5）實(shí)現(xiàn)參數(shù)動(dòng)態(tài)設(shè)置功能以及監(jiān)控平臺(tái)可遠(yuǎn)程操作功能，即根據(jù)智能控制系統(tǒng)需求，可靈活設(shè)置壓濾過程相關(guān)參數(shù)并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控[6-7]。

選煤廠煤泥壓濾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由煤泥攪拌池、入料泵、壓濾機(jī)、壓風(fēng)機(jī)、帶式輸送機(jī)以及PLC控制系統(tǒng)組成。攪拌池用于攪拌添加藥物后的煤泥料漿，并將攪拌后的煤泥料漿輸送至入料泵并轉(zhuǎn)送至壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾、脫水形成煤泥料餅，轉(zhuǎn)入帶式輸送機(jī)進(jìn)行輸送；壓風(fēng)機(jī)通過風(fēng)壓方式對(duì)煤泥料漿進(jìn)行脫水，產(chǎn)生含水量較低的煤泥料餅。上述煤泥壓濾流程由PLC控制系統(tǒng)智能控制實(shí)現(xiàn)。

圖1 選煤廠煤泥壓濾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

2 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)功能，其硬件設(shè)計(jì)框圖如下頁圖2所示，核心為西門子S7-300 PLC控制器。PLC控制系統(tǒng)以固定周期T采集系統(tǒng)運(yùn)行方式、故障復(fù)位信號(hào)、設(shè)備運(yùn)行信號(hào)等數(shù)字量，經(jīng)延時(shí)/防抖處理后由PLC控制器進(jìn)行邏輯運(yùn)算和判斷；通過PLC控制器采集管網(wǎng)壓力、濾液流量模擬量信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后由PLC控制器進(jìn)行邏輯處理；煤泥壓濾系統(tǒng)中的壓風(fēng)機(jī)采用變頻控制模式實(shí)現(xiàn)，PLC控制器通過Profibus總線通信模式對(duì)變頻器進(jìn)行控制，進(jìn)而控制壓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)[8]。參數(shù)設(shè)置以及遠(yuǎn)程監(jiān)控功能由人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)，PLC控制器通過TCP/IP通信模式實(shí)現(xiàn)與人機(jī)界面指令、數(shù)據(jù)交互。

圖2 選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)中的壓力檢測是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，選用SK-DBS208電容型壓力變送器，通過檢測測量膜片的壓力，經(jīng)振蕩、解調(diào)后轉(zhuǎn)換為4～20 mA電流輸出信號(hào)，檢測精度為0.25%，該壓力傳感器工作穩(wěn)定、測量精度高，滿足測量壓風(fēng)管網(wǎng)0.6～0.8 MPa壓力以及入料管網(wǎng)0.8～1.2 MPa壓力的要求。濾液流量傳感器選用LS-1010-1型電磁流量計(jì)，利用液體流動(dòng)時(shí)在管道壁產(chǎn)生感應(yīng)電勢與液體流量呈線性關(guān)系的原理，測量濾液的實(shí)時(shí)流量。該電磁流量計(jì)不受液體溫度、密度、導(dǎo)電率等因素的影響，測量信號(hào)穩(wěn)定、測量精度高，可實(shí)時(shí)測量量程并在線修改。人機(jī)界面用于顯示煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)并完成遠(yuǎn)程控制，選用昆侖通態(tài)的TCP1063K觸摸屏。該觸摸屏大小為10.2寸，采用TFT液晶顯示屏，支持TCP/IP、CAN、RS484等多種通信模式，與S7-300PLC通信連接可靠、編程簡單。選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)中PLC控制器I/O地址分配（部分）見表1所示。

表1 選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)PLC系統(tǒng)I/O點(diǎn)分配表（部分）

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 恒壓控制

選煤廠煤泥壓濾控制過程具有慣性作用大、時(shí)間滯后的特點(diǎn)，為保障入料環(huán)節(jié)、壓風(fēng)環(huán)節(jié)的控制精度、提高工作效率，采用模糊PID控制模式實(shí)現(xiàn)恒壓控制，原理圖如圖3所示。以壓力檢測儀檢測的壓力與設(shè)定壓力的誤差以及誤差變化率為PID控制和模糊控制器輸入變量，調(diào)節(jié)比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki以及微分系數(shù)Kd，得到理想的期望壓力輸出值。

圖3 入料環(huán)節(jié)/壓風(fēng)環(huán)節(jié)模糊PID控制原理圖

3.2 PLC軟件設(shè)計(jì)

選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)基于西門子S7-300PLC控制器，采用模塊化編程方法實(shí)現(xiàn)。模塊化編程適合復(fù)雜的大型程序，根據(jù)實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行模塊劃分，在模塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)定義的功能，并將各模塊串聯(lián)，協(xié)同完成系統(tǒng)功能，具有邏輯嚴(yán)密、結(jié)構(gòu)清晰的特點(diǎn)。選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)PLC軟件流程如圖4所示，OB100模塊為PLC操作系統(tǒng)的初始化程序，用于完成系統(tǒng)初始化、參數(shù)設(shè)置、內(nèi)存清零、變量賦初值等功能；OB1為主程序模塊，在主程序模塊中依次調(diào)用定義的FC以及FB模塊。OB100以及OB1模塊在PLC操作系統(tǒng)中完成，以固定時(shí)間周期T循環(huán)執(zhí)行。

圖4 選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)模塊化軟件設(shè)計(jì)流程

4 應(yīng)用分析

設(shè)計(jì)并將選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)在某選煤廠投入使用，對(duì)6個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，發(fā)現(xiàn)該選煤廠煤泥料漿處理能力大大增強(qiáng)，煤泥餅質(zhì)量大大提高，含水量降低近9%，可將煤泥餅的含水率穩(wěn)定控制在20%左右。煤泥壓濾過程單次循環(huán)時(shí)間由原來的50 min下降至35 min，提升了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間和用電成本。煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)的使用還降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到減員增效的目的。在6個(gè)月的運(yùn)行期間，未發(fā)生噴漿、管路堵塞、濾板破損等事故，提高了選煤廠生產(chǎn)安全系數(shù)。

5 結(jié)語

選煤廠煤泥壓濾過程是實(shí)現(xiàn)煤炭高效利用、節(jié)能降耗的關(guān)鍵步驟之一，利用智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤泥壓濾過程的智能化、少人化控制是選煤廠未來發(fā)展的方向?；赑LC控制技術(shù)、模糊PID控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)煤泥壓濾入料過程、壓風(fēng)過程的恒壓控制，提高煤泥產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)煤泥壓濾過程智能化控制，對(duì)提升選煤廠整體智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)具有重要的借鑒意義。