基于PLC 浮選密度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試

鞏 曦

（西山煤電集團(tuán)東曲選煤廠， 山西 古交 030200）

引言

當(dāng)前，隨著煤炭節(jié)約和環(huán)保的要求越來越嚴(yán)峻，對原煤進(jìn)行再加工，保證其滿足環(huán)保要求的同時(shí)提升煤炭的利用率。目前，針對煤炭選煤操作的主要方式為重介質(zhì)選煤，而重介質(zhì)選煤的依據(jù)為懸浮液的密度。因此，實(shí)現(xiàn)對重介質(zhì)選煤懸浮液密度的精準(zhǔn)控制對最終洗選所得產(chǎn)品的質(zhì)量尤為關(guān)鍵。在實(shí)際生產(chǎn)中，針對懸浮液密度的控制在部分選煤廠還由人工完成，其控制精度較低，引入的主觀誤差較大[1]。故，本文基于PLC 控制器完成對選煤廠懸浮液密度的高效、精準(zhǔn)控制。

1 懸浮液控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 浮選密度控制系統(tǒng)的必要性分析

某選煤廠采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器為核心設(shè)備實(shí)現(xiàn)對原煤的洗選，其原煤洗選能力為150 萬t/a，對應(yīng)的重介質(zhì)洗選工藝流程如圖1 所示。

圖1 選煤廠重介質(zhì)洗選工藝流程

如圖1 所示，經(jīng)三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選處理后產(chǎn)品中夾帶著大量的懸浮液，而后經(jīng)脫介篩和分流箱進(jìn)行再次處理后得到煤泥介質(zhì)、稀介質(zhì)以及合格介質(zhì)等。總的來說，懸浮液密度為影響重介質(zhì)旋流器分選效果的關(guān)鍵因素。因此，基于高效、精準(zhǔn)的浮選密度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對懸浮液的精準(zhǔn)控制是非常有必要的。

1.2 懸浮液密度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

某選煤廠目前已初步實(shí)現(xiàn)對選煤工藝流程的集中控制，集中控制的核心為PLC 控制器?；诙鄠€(gè)PLC 控制系統(tǒng)和以太網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)選煤廠的式中控制，根據(jù)其生產(chǎn)需求設(shè)置有重介分選站、浮選站、壓濾站以及裝車站等[2]。本節(jié)著重對重介分選系統(tǒng)中的懸浮液密度控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。鑒于某選煤廠懸浮液密度控制分系統(tǒng)與選煤廠集中控制系統(tǒng)相對獨(dú)立，且設(shè)備老化，本文節(jié)中從對原懸浮液密度控制系統(tǒng)的改造完成對浮選密度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

依據(jù)懸浮液密度控制的原理，設(shè)計(jì)浮選密度控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 浮選密度控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖

如圖2 所示，基于同位素密度計(jì)、磁性物含量計(jì)等儀器對懸浮液的密度進(jìn)行在線測量并顯示于上位機(jī)系統(tǒng)。將所采集到的模擬信號通過AI 模塊傳輸至PLC 控制系統(tǒng)，通過對比懸浮液密度實(shí)測值與給定值后經(jīng)DO 模塊對泵前加水閥、桶內(nèi)補(bǔ)水閥以及分流機(jī)構(gòu)等進(jìn)行控制，從而達(dá)到對懸浮液密度控制的效果。

2 浮選密度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 PLC 控制器的選型

針對選煤廠浮選密度控制系統(tǒng)的核心為PLC控制器，結(jié)合本選煤廠集中控制系統(tǒng)所選型PLC 控制器的各模塊，為保證浮選密度控制能夠與其他控制分系統(tǒng)正常通信且具有良好的兼容性。最終確定選用S7-200 系列PLC 控制器，其對應(yīng)的模塊各類模塊及其型號如下：電源模塊為140CPS11420、遠(yuǎn)程通訊模塊為140CRA93100、數(shù)字量輸出模塊為140DAO85300、數(shù)字量輸入模塊為140DAI75300、模擬量輸入模塊為140ACI4000。其中，模擬量輸入模塊主要是對現(xiàn)場同位素密度計(jì)、磁性物含量計(jì)等設(shè)備所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸；數(shù)字量輸出模塊是根據(jù)所采集的現(xiàn)場實(shí)時(shí)參數(shù)與給定值得出控制值，將該控制值傳輸至加水閥、補(bǔ)水閥以及分流機(jī)構(gòu)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)；數(shù)字量輸入模塊用于傳輸重介質(zhì)旋流器的開關(guān)量；遠(yuǎn)程通訊模塊用于與其他控制分系統(tǒng)和主站之間的通信，以實(shí)現(xiàn)選煤廠的集中控制[3]。

2.2 傳感器的選型

浮選密度控制系統(tǒng)控制依據(jù)為對懸浮液密度的在線檢測，如圖1 中配置了密度檢測儀、磁性物含量檢測儀等。課題組在調(diào)研市場及綜合對比的基礎(chǔ)上，浮選密度控制系統(tǒng)涉及到的傳感器選型如表1 所示。

表1 傳感器選型及關(guān)鍵參數(shù)

2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型

本浮選密度控制系統(tǒng)涉及到的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括加水閥、補(bǔ)水閥和分流機(jī)構(gòu)。各執(zhí)行部件對應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)如下：加水閥和補(bǔ)水閥采用DKJ-D31 型電子式行程電執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，該機(jī)構(gòu)的行程時(shí)間為25 s，輸出扭矩值為259 Nm；分流機(jī)構(gòu)采用DKZ-5500M電動(dòng)型直線機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，該機(jī)構(gòu)的行程時(shí)間為45 s，行程距離為60 mm，輸出推力值可達(dá)6 400 N[4]。

3 浮選密度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

為保證浮選密度控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和精確性，本系統(tǒng)采用模糊控制算法和PID 控制算法相結(jié)合的模糊PID 控制方式。具體控制思路如下：當(dāng)懸浮液密度大于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)加水閥并實(shí)時(shí)監(jiān)測懸浮液的密度值，當(dāng)與設(shè)定密度一致時(shí)加水閥關(guān)閉；當(dāng)懸浮液密度小于設(shè)定值時(shí)，控制分流機(jī)構(gòu)向合介桶補(bǔ)加磁性物質(zhì)，與此同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控懸浮液的密度值，當(dāng)與設(shè)置密度一致時(shí)停止添加磁性物質(zhì)，其對應(yīng)的懸浮液密度控制流程如圖3 所示。

圖3 懸浮液密度控制程序流程圖

除此之外，根據(jù)重介質(zhì)選煤集中控制系統(tǒng)需實(shí)時(shí)對重介質(zhì)懸浮液的液位、煤泥含量等參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并對實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的故障發(fā)出報(bào)警并作出相應(yīng)的動(dòng)作。為保證所設(shè)計(jì)懸浮液密度控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，在運(yùn)行前期需對系統(tǒng)中合介泵、磁選機(jī)、固定篩、脫介篩、調(diào)節(jié)閥以及相關(guān)的分流機(jī)構(gòu)等11 個(gè)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，即對每個(gè)設(shè)備就地回路和遠(yuǎn)程回路進(jìn)行調(diào)試，并對調(diào)試中遇到的問題及時(shí)解決[5]。結(jié)合選煤廠集中控制的需求，針對重介質(zhì)懸浮液密度控制設(shè)計(jì)如圖4 所示的控制界面。

圖4 重介質(zhì)選煤懸浮液密度控制界面

如圖4 所示，基于懸浮液密度控制系統(tǒng)可對重介質(zhì)懸浮液的液位、密度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果控制補(bǔ)水閥的開度大小、分流箱的開度大小實(shí)現(xiàn)對懸浮液密度及液位的調(diào)整，以保證懸浮液密度為最佳確保最終的分選效果。

4 結(jié)語

重介質(zhì)選煤為當(dāng)前選煤廠最常見的洗選方式，其核心設(shè)備為重介質(zhì)旋流器。重介質(zhì)懸浮液的密度為影響分選效果的關(guān)鍵參數(shù)，因此在實(shí)際操作中需保證重介懸浮液的密度為最佳。本文以某選煤廠為例，以PLC 控制器為控制核心完成了浮選密度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對于提升選煤廠的分選效果、降低選煤廠運(yùn)行成本、提高選煤廠效益具有積極作用。