煤炭洗選工藝存在的問題及智能化洗選方案

余遠(yuǎn)福

摘要：為了改善煤炭洗選系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化程度不高，故障頻繁等問題，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)過去應(yīng)用的煤炭洗選系統(tǒng)，提高其自動(dòng)化與智能化水平，改善勞動(dòng)環(huán)境，控制和減少勞動(dòng)力強(qiáng)度。基于PLC技術(shù)為前提下，數(shù)據(jù)傳輸模式利用TCP/IP通信、CAN總線通信來完成，能夠更加自動(dòng)化的控制煤炭洗選系統(tǒng)，也能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)操作箱、顯示操作終端、操作站三種控制模式，使得控制精度也大幅提升。

關(guān)鍵詞：煤炭洗選工藝;問題;智能化洗選;優(yōu)化設(shè)計(jì)

當(dāng)前在煤炭洗選系統(tǒng)方面主要存在的問題體現(xiàn)在：a） 集成化程度不高，洗選流程不同部分，獨(dú)立設(shè)計(jì)控制開關(guān)與供電線路，進(jìn)而影響煤炭洗選工作的協(xié)調(diào)性，故障排查時(shí)間消耗較長(zhǎng)，人力投入大，不利于集中管理。b） 較高的維修成本。由于不同廠家的洗選設(shè)備，在型號(hào)與參數(shù)上并不統(tǒng)一，設(shè)備進(jìn)行升級(jí)難度較大，需要較高的成本投入，同時(shí)設(shè)備升級(jí)之后，設(shè)備越發(fā)龐雜，極大地增加了運(yùn)營(yíng)成本。c） 設(shè)備和PLC系統(tǒng)軟件缺乏良好的兼容性。

由于應(yīng)用不同廠家PLC，設(shè)備軟件難以實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用，導(dǎo)致設(shè)計(jì)與維護(hù)成本大幅增加，為使這些問題得到更好的解決，相關(guān)研究人員也不斷擴(kuò)大此方面的研究工作，如運(yùn)用PLC+IFIX 組態(tài)軟件，來實(shí)施模塊化、功能化設(shè)計(jì)，確保洗選系統(tǒng)自動(dòng)化與可視化，并進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。同時(shí)，基于S7-300西門子PLC 與WinCC組態(tài)軟件為前提，通過ZigBee、Profibus總線通信為手段，優(yōu)化設(shè)計(jì)洗煤控制系統(tǒng)，使得洗煤系統(tǒng)穩(wěn)定性大幅增強(qiáng)。但以上這些主要針對(duì)洗選系統(tǒng)中PLC 控制系統(tǒng)方面的研究，在系統(tǒng)控制模式及其精度方面研究相對(duì)不足。為此結(jié)合煤炭齊選系統(tǒng)，有效結(jié)合PLC控制技術(shù)、TCP/IP通信技術(shù)與CAN通信技術(shù)進(jìn)行煤炭洗洗智能化自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使煤炭洗選系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多樣化控制模式，設(shè)備控制精度也大幅提高。

1 洗選工藝分析

煤炭洗選包括破碎、分級(jí)、洗煤、選煤等步驟。粒徑小于750mm 的原煤經(jīng)1#帶式輸送機(jī)輸送至一次篩分設(shè)備進(jìn)行破碎，條型篩上的煤炭經(jīng)對(duì)輥式破碎機(jī)破碎、圓筒洗礦機(jī)洗煤、重型振動(dòng)篩篩分，位于振動(dòng)篩上部的煤炭進(jìn)入大料原料倉并裝運(yùn)至火車車皮;位于振動(dòng)篩下部的煤炭經(jīng)圓錐破碎機(jī)破碎后進(jìn)入小料堆場(chǎng)。位于一次篩分條型篩下部的煤炭經(jīng)螺旋洗礦機(jī)洗煤后，3#帶式輸送機(jī)將位于篩上的煤炭置于細(xì)碎處理流程;位于一次篩分條型篩下部的煤炭由 5#，8#帶式輸送機(jī)直接運(yùn)入小料堆場(chǎng)。破碎、輸送、篩分、洗煤4個(gè)步驟構(gòu)成完整的煤炭洗選工藝流程。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

管理層以及控制層還有設(shè)備操作層是煤炭洗智能化與自動(dòng)化控制的幾個(gè)主要層面，設(shè)備操作層設(shè)置為第一層，主要有電器設(shè)備相應(yīng)的測(cè)量元件和儀表，配電系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)操作箱等共同組成。測(cè)量元件以及檢測(cè)儀表，把洗選系統(tǒng)經(jīng)傳感器采集的相關(guān)數(shù)據(jù)向第二控制層進(jìn)行傳輸，操作指令又現(xiàn)場(chǎng)操作箱發(fā)出之后到第二層。第1、2、3層電器元件和設(shè)備供電有配電系統(tǒng)來完成?？刂茖訛榈诙?，主要有顯示操作終端和PLC智能控制系統(tǒng)所組成，最為核心的組成部分是PLC智能控制系統(tǒng)，不僅能夠?qū)Σ僮鹘K端的控制指令直接接收，還能對(duì)第一層傳感數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，指令有現(xiàn)場(chǎng)操作箱所控制，洗選機(jī)電設(shè)備受其直接控制。第三層為管理層主要包括不間斷的電源和操作站，同時(shí)還包括TCP/IP通信模式的信息傳輸（PLC智能控制系統(tǒng)）以及操作站，以進(jìn)行控制指令發(fā)送，通過設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，在控制煤炭洗選設(shè)備過程當(dāng)中，可利用現(xiàn)場(chǎng)操作箱顯示操作終端以及操作站來完成。

3 硬件設(shè)計(jì)

通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)不能發(fā)現(xiàn)，速度傳感器、雷達(dá)料位計(jì)、PLC、信號(hào)隔離器、變頻器、電動(dòng)機(jī)軸編碼器等是其主要的硬件組成，還有各種電器開關(guān)元件、料位開關(guān)接近開關(guān)以及光電開關(guān)，通過連接電氣之后，共同組成自動(dòng)化控制的煤炭洗選系統(tǒng)硬件部分。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 PLC 程序設(shè)計(jì)

在ABSLC500-05PLC當(dāng)中，基于CoDeSys軟件平臺(tái)運(yùn)用ST語言編寫洗選系統(tǒng)軟件程序功能，結(jié)合洗選控制系統(tǒng)完成功能，對(duì)開關(guān)量采集的輸入點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)輸入點(diǎn)進(jìn)行模擬，達(dá)到邏輯控制良好效果，對(duì)對(duì)應(yīng)功能開關(guān)量輸入點(diǎn)有效控制。模擬量通過PLC進(jìn)行處理過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)對(duì)電壓（0-10V）輸入信號(hào)以及（4-20mA）電流輸出信號(hào)進(jìn)行科學(xué)區(qū)分。顯示操作終端和PLC應(yīng)當(dāng)構(gòu)建CAN通信連接，運(yùn)用CAN2.0B29位擴(kuò)展幀，250kb/s的波特率，CAN通信主站主要為PLC，CAN通信分站即是顯示操作終端，0X99為分站號(hào)地址，同時(shí)TxPDO/RxPDO通訊進(jìn)行構(gòu)建，8字節(jié)傳輸數(shù)據(jù)連接各條CAN通信。顯示操作終端和PLC均是自定義的CAN通信協(xié)議。通過CAN總線實(shí)現(xiàn)洗選系統(tǒng)和PLC人機(jī)界面數(shù)據(jù)交互，對(duì)人機(jī)界面平臺(tái)分站號(hào)地址進(jìn)行設(shè)置，主要為0X89。第三層管理層還可以和PLC經(jīng)過TCP/IP通信連接設(shè)置成操作站，對(duì)于操作站端口號(hào)以及IP地址進(jìn)行獲取。在PLC前提下，針對(duì)洗選系統(tǒng)進(jìn)行故障報(bào)警，系統(tǒng)有故障出現(xiàn)時(shí)，聲光報(bào)警裝置通過PLC進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，故障內(nèi)容便可顯示在人機(jī)界面上，出的相應(yīng)方法進(jìn)行提示，使故障停機(jī)的時(shí)間有效縮短。

4.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

在King SCADA軟件基礎(chǔ)上編寫的智能化煤炭洗選控制系統(tǒng)人機(jī)界面，多個(gè)畫面所組成，洗選系統(tǒng)運(yùn)行過程當(dāng)中通過CAN總線方式的PLC，在人機(jī)界面上傳輸相應(yīng)的數(shù)據(jù)，通過King SCADA進(jìn)行動(dòng)畫設(shè)計(jì)，對(duì)洗選過程動(dòng)態(tài)的進(jìn)行顯示，而且基于人機(jī)界面基礎(chǔ)上，能夠?qū)ο鄳?yīng)的控制指令進(jìn)行發(fā)出，如急停閉鎖或者啟動(dòng)等。

5 結(jié)語

設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的煤炭洗選系統(tǒng)智能化自動(dòng)控制優(yōu)化方案，利用TCP/IP、CAN 通信建立洗選系統(tǒng)3層架構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸模式，以層2的PLC智能控制系統(tǒng)為中央核心控制單元，在邏輯控制煤炭洗選設(shè)備的同時(shí)，將其運(yùn)行中的全部數(shù)據(jù)、參數(shù)傳送至人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)洗選系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制，極大地改善了煤炭洗選工人的勞動(dòng)環(huán)境，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

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