加壓過濾機(jī)中微機(jī)電控系統(tǒng)在選煤廠中的實踐應(yīng)用研究

富淵

（中煤大同能源有限責(zé)任公司選煤廠，山西 大同 037000）

加壓過濾機(jī)是一種煤炭洗選行業(yè)常用的煤泥去水設(shè)備。國外西德最早在20世紀(jì)60年代開始研究加壓過濾機(jī)，1985年年底，西德成功制造了世界上第一臺工業(yè)用加壓過濾機(jī)。我國從20世紀(jì)70年代中期開始研究加壓過濾機(jī)，煤炭科學(xué)院唐山分院最早開始研究，最早制造的山東省萊蕪煤礦機(jī)械廠，成為世界上第三家加壓過濾機(jī)生產(chǎn)廠家，后來逐步規(guī)模化生產(chǎn)，以滿足國內(nèi)選煤廠生產(chǎn)需要。加壓過濾機(jī)主機(jī)部件部設(shè)在壓力容器內(nèi)，里面潮濕、水汽大、條件惡劣；機(jī)構(gòu)頻繁動作，閉鎖眾多。因此，電控系統(tǒng)要保證運行良好可靠，要適應(yīng)整機(jī)環(huán)境，程序動作要迅捷，系統(tǒng)參數(shù)要穩(wěn)定，控制過程要精準(zhǔn)細(xì)致。中煤大同能源塔山選煤廠加壓過濾機(jī)工業(yè)控制機(jī)選用研華IPC-610L工控機(jī)，可編程序控制器選用美國AB公司的PLC SLC5組合，此IPC工業(yè)控制機(jī)的用戶界面簡單明了，采用的PLC可編程序控制器有非常高的穩(wěn)定性和強(qiáng)大的邏輯運算功能，能夠滿足加壓過濾機(jī)工作特點的需要。既經(jīng)濟(jì)又可靠，是理想的選配。

1 中煤大同塔山選煤廠概述

中煤大同塔山選煤廠位于南郊區(qū)塔山礦井主井工業(yè)場地內(nèi)，山西省大同市西南12km南郊區(qū)口泉鄉(xiāng)上窩寨村，北靠鴉西二級公路，東0.5km為韓楊鐵路專用線。中煤大同塔山選煤廠是一座設(shè)計能力為240萬t/a的礦井型動力煤選煤廠。2008年8月建成投產(chǎn)。采用動篩跳汰機(jī)和兩產(chǎn)品重介有壓旋流器生產(chǎn)工藝，主要設(shè)備有動篩跳汰機(jī)、給煤機(jī)、皮帶運輸機(jī)、刮板輸送機(jī)、振動篩、離心機(jī)、加壓過濾機(jī)、旋流器、泵類設(shè)備等，采用計算機(jī)集中控制，大屏幕電視監(jiān)控，產(chǎn)品為精煤、中煤、高嶺巖、矸石四個品種，生產(chǎn)工藝靈活、簡單，各工藝環(huán)節(jié)及質(zhì)保均采用計算機(jī)自動檢測和控制，產(chǎn)品質(zhì)量可隨著客戶的需求進(jìn)行調(diào)整。選煤廠于2015年4月進(jìn)行了改擴(kuò)建，工程于2015年12月31日投入試運行，目前，系統(tǒng)生產(chǎn)能力穩(wěn)定在1200～1500t/h，產(chǎn)品主要通過汽車和火車外運。業(yè)務(wù)涉及煤炭洗選、裝車發(fā)運、設(shè)備維修、配件加工、供熱供水等。

2 工藝系統(tǒng)

原煤由301號帶式輸送機(jī)運入主廠房，經(jīng)破碎后由膠帶機(jī)運至主廠房，13mm以上塊煤進(jìn)入動篩跳汰機(jī)和淺槽進(jìn)行預(yù)排矸，13~0.75mm級原煤采用重介旋流器分選。0.75mm以下煤泥由TBS分選機(jī)和加壓過濾機(jī)及板式壓濾機(jī)回收。產(chǎn)品為精煤、中煤、矸石三種產(chǎn)品。精煤經(jīng)汽車火車運輸銷往大同市周邊電廠及沿海港口，中煤、末矸石作為中煤塔山電廠原料用煤，大塊矸石外排倒掉。

3 控制系統(tǒng)

3.1 控制范圍

選煤廠控制系統(tǒng)始于主平硐井口房至原煤緩沖倉帶式輸送機(jī)、經(jīng)原煤緩沖倉、原煤儲煤場、主廠房，終于產(chǎn)品煤倉、矸石倉及汽車裝車點和火車裝車點。生產(chǎn)系統(tǒng)分為幾個控制系統(tǒng)，原煤入原煤緩沖倉或原煤儲煤場系統(tǒng)；原煤儲煤場入原煤緩沖倉系統(tǒng)；動篩跳汰系統(tǒng)；兩產(chǎn)品重介旋流器分選系統(tǒng)；淺槽分選系統(tǒng)；加壓過濾機(jī)系統(tǒng)；濃縮系統(tǒng)，產(chǎn)品煤裝車系統(tǒng)。

3.2 硬件控制系統(tǒng)

在選煤廠設(shè)有集中控制室，作為全廠地面生產(chǎn)系統(tǒng)調(diào)度生產(chǎn)的中心。里面主要設(shè)備有控制操作臺，工業(yè)控制計算機(jī)，矩陣顯示器，電視系統(tǒng)監(jiān)視器、調(diào)度電話系統(tǒng)等?？刂浦鳈C(jī)選用施耐德Quantum系列PLC和IFIX4.0組態(tài)軟件對選煤廠生產(chǎn)進(jìn)行控制和監(jiān)視。系統(tǒng)采用控制以太網(wǎng)、MB+網(wǎng)或RIO網(wǎng)絡(luò)，采用主站和分站分開形式。主廠房低壓配電室設(shè)置主站；原煤系統(tǒng)、裝車系統(tǒng)、濃縮車間配電室及加壓過濾機(jī)和動篩跳汰機(jī)控制室設(shè)分站，各站之間通過控制以太網(wǎng)、MB+網(wǎng)或RIO網(wǎng)絡(luò)通信連接，并實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。所有設(shè)備采用集中、就地兩種控制方式。集中控制方式，設(shè)備啟車采用逆煤流方向啟車，停車采用順煤流方向停車。上下游相連的設(shè)備采用電氣聯(lián)鎖，當(dāng)其中的某臺設(shè)備發(fā)生故障停止運行時，上游的設(shè)備停止啟動或運行。當(dāng)系統(tǒng)在集中控制方式時，各設(shè)備不能進(jìn)行就地開車操作，但集控室和現(xiàn)場都能操作停車。所有參控設(shè)備在就的狀態(tài)時，均可在就地實現(xiàn)單臺啟、停。

4 加壓過濾機(jī)

4.1 加壓過濾機(jī)結(jié)構(gòu)特征及工作原理

加壓過濾系統(tǒng)由機(jī)械部分、電氣部分、壓風(fēng)部分，入料部分幾部分組成，主要設(shè)備包括主軸、儲料槽、圓盤過濾機(jī)、加壓倉、濾扇清洗裝置、氣水分離器、刮板輸送機(jī)、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、排料閘板、反吹裝置等，輔助機(jī)械包括低壓風(fēng)機(jī)、高壓風(fēng)機(jī)、入料用渣漿泵、濃縮池、渣漿泵、管道等部分。

加壓過濾機(jī)的圓盤過濾機(jī)放置在加壓倉內(nèi)，過濾機(jī)由濾扇、槽體、攪拌、主軸組成。要處理的濃縮料液由入料泵給料，進(jìn)入過濾機(jī)的槽體中，壓風(fēng)機(jī)工作，將空氣壓縮后充入加壓倉內(nèi)，通過主軸旋轉(zhuǎn)，將濃料液帶到濾盤上，通過分配閥形成壓差將濾扇上的濃料液水分排出，這樣，壓縮空氣發(fā)揮作用，將帶到濾扇上的濃縮料液中的水分通過過濾介質(zhì)排出，而固體顆粒被過濾壓制到過濾介質(zhì)上形成濾餅，隨著濾盤的旋轉(zhuǎn)，濾餅被壓干水分后，被運轉(zhuǎn)到卸料區(qū)時，反吹運行，濾餅被刮刀刮到倉內(nèi)刮板輸送機(jī)中，被輸送到排料倉中，通過上下閘板的開閉，將固體顆粒物料間歇排出機(jī)外，整個處理過程無須人員操作，完全自動進(jìn)行。

4.2 運行操作

在運行過程中，要保證料液的入料粒度在0～0.5mm，入料濃度200～350g/L，料液濃度太大要開啟補(bǔ)水泵加水稀釋，排料裝置能及時將加壓過濾機(jī)排出的物料運走。中煤塔山選煤廠加壓過濾機(jī)采用自動操作方式，手動操作，如需單獨操作個別設(shè)備，可用手動狀態(tài)下的就地按鈕操作，手動和自動狀態(tài)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換，轉(zhuǎn)換開關(guān)打到就地側(cè)時，現(xiàn)場控制箱上的按鈕就可以單獨操作要操作的設(shè)備。低壓風(fēng)機(jī)需單獨開啟和停止。

4.3 電控系統(tǒng)

中煤塔山選煤廠加壓過濾機(jī)采用PC-PLC組合控制方式?？刂葡到y(tǒng)包括操作主機(jī)（上位機(jī)）、動力控制柜、電源柜（660VAC用戶）、PLC控制柜、現(xiàn)場控制箱、儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。IPC工業(yè)控制機(jī)的用戶界面簡單明了，采用的PLC可編程序控制器有著非常高的穩(wěn)定性和強(qiáng)大的邏輯運算功能。系統(tǒng)由計算機(jī)集中控制，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測、通訊，集控操作簡單方便，參數(shù)監(jiān)測調(diào)整，操作顯示提示及故障報警。操作臺的主要設(shè)備有工控機(jī)(IPC)、顯示器、UPS、鍵盤、鼠標(biāo)；動力柜主要安裝設(shè)備的強(qiáng)電動力控制部分，柜內(nèi)主要安設(shè)了主軸變頻器、斷路器、熔斷器、接觸器、熱繼電器等電氣設(shè)施。控制柜內(nèi)安設(shè)了可編程序控制器、輸入輸出模塊、直流電源、中間繼電器、各執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸出保險等控制設(shè)施。電源柜內(nèi)主要安設(shè)了動力變壓器(40KVA)、熔斷器、旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)、電流互感器等電氣設(shè)施。

4.3.1 IPC工業(yè)控制計算機(jī)

中煤塔山選煤廠加壓過濾機(jī)采用臺灣研華工業(yè)控制機(jī)IPC610L主機(jī)，CPU選用INTEL P4 3.0G，采用RSVIEW32軟件組態(tài)。該工控機(jī)具有防塵、防振動、熱穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，較單片機(jī)在通用性、可靠性、靈活性、易用性方面都有優(yōu)勢。本廠使用的工控機(jī)對電源部分進(jìn)行了重新設(shè)計，抗干擾能力顯著增強(qiáng)；主板新改進(jìn)了有源主板和無源主板(主板上只保留總線；CPU、RAM和外設(shè)接口都變成獨立的插卡)，二者進(jìn)行了有效結(jié)合；機(jī)架和結(jié)構(gòu)提高了防護(hù)等級和系統(tǒng)可靠性；配有了專門的總線，具有更高的可靠性；新增了特殊功能的插卡，用于接續(xù)更多的模擬量、開關(guān)量；操作系統(tǒng)采用通用平臺，可以開發(fā)各類用戶所需的控制軟件。

4.3.2 PLC可編程控制器

中煤塔山選煤廠加壓過濾機(jī)采用美國AB公司的PLC SLC5是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。具有邏輯控制功能、定時控制功能、步進(jìn)控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、計數(shù)控制功能、通信聯(lián)絡(luò)功能、故障診斷功能(能夠?qū)ο到y(tǒng)構(gòu)成、硬件狀態(tài)、回路控制功能(A/D、D/A、PID)、指令的合法性、監(jiān)控功能、停電記憶功能等進(jìn)行自診斷功能）。模塊可進(jìn)行組合，可以滿足不同要求的系統(tǒng)。PLC SLC5指令運算速度高，可達(dá)（0.6～0.1μs），采用了模塊化結(jié)構(gòu)；算術(shù)運算采用浮點數(shù)運算；操作系統(tǒng)采用簡單的人機(jī)界面，無須編程，方便操控。RSVIEW32人機(jī)界面從PLC SLC5中取得數(shù)據(jù)，PLC SLC5實時監(jiān)測用戶指定的指令，并傳送這些數(shù)據(jù)。PLC SLC5操作系統(tǒng)不斷地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的自診斷功能對有錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如，更換模塊、報警、停電等等）能夠及時記錄；口令保護(hù)提升了安全方面，可有效地保護(hù)防止PLC被復(fù)制和修改。SLC5PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，采用鑰匙控制，當(dāng)鑰匙拔出時，操作方式無法改變，防止非法刪除或改寫用戶程序和誤操作。PLC SLC5通信組態(tài)功能采用編程軟件Step 7的用戶界面來實現(xiàn)，組態(tài)簡單容易，只需一定電氣基礎(chǔ)知識的電氣工人可完成編程組態(tài)。除了上述功能外，還具有高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動、沖擊性，能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。

4.3.3 IPC－PLC體系通訊

編程器、PC機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)通過可編程序控制器SLC5的多點接口連接，同時，連接上位機(jī)和下位機(jī)聯(lián)絡(luò)控制體系通訊主要是網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)。本系統(tǒng)構(gòu)成的關(guān)鍵重要點就是通訊網(wǎng)絡(luò)。本控制系統(tǒng)中，上位機(jī)主板上的PC適配卡配置的RS232通訊接口與下位機(jī)通過電纜進(jìn)行多點接口網(wǎng)絡(luò)通訊。程序監(jiān)控和編程分別利用工控軟件RSVIEW32所帶的MPI驅(qū)動，和SETP7編程軟件所帶的MPI驅(qū)動，實現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通訊。

4.3.4 監(jiān)控畫面

監(jiān)控畫面由主畫面、子畫面、輔助畫面三種畫面組成。

（1）主畫面。主要包括加壓過濾機(jī)操作方式、邏輯控制系統(tǒng)、實時參數(shù)顯示、各類參數(shù)設(shè)定、報警表顯示、歷史運行趨勢等內(nèi)容。

①操作方式?？煞譃槭謩涌刂?、自動控制兩種，壓風(fēng)操作分為反吹有、無選擇兩種，系統(tǒng)默認(rèn)為自動，有反吹的情況下可進(jìn)行啟車、停車、繼續(xù)。②控制系統(tǒng)。包括全部控制頁面，實時顯示整個加壓過濾機(jī)的工作狀況，可以進(jìn)行啟車、停車、等待、繼續(xù)、消聲等操作，可進(jìn)行自動控制、手動控制選擇及對應(yīng)單個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作,可打開參數(shù)設(shè)定畫面及其它子畫面。

（2）子畫面。在點擊控制按鈕時彈出，包括手動操作、自動選擇、加壓倉壓力設(shè)定、儲漿槽液位設(shè)定、反吹風(fēng)包壓力設(shè)定、PID參數(shù)設(shè)定、主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定等幾個方面內(nèi)容。

（3）輔助畫面。有啟動畫面、單機(jī)操作畫面、提示畫面、宣傳畫面等內(nèi)容構(gòu)成。

4.3.5 調(diào)試操作

（1）當(dāng)手動將控制柜上轉(zhuǎn)換開關(guān)打到調(diào)試側(cè)時，可在現(xiàn)場控制箱操作，在現(xiàn)場近距離操作觀察，缺點是所有操作沒有連鎖關(guān)系。

（2）當(dāng)手動將控制柜上轉(zhuǎn)換開關(guān)打到程控側(cè)時，操作畫面上選擇手動方式，可手動操作各設(shè)備，這種操作有閉鎖關(guān)系，但是設(shè)備運行較慢且對現(xiàn)場情況不了解，存在安全隱患。選擇自動方式，各設(shè)備自行啟車運行，整個加壓啟車運行過程自動完成，操作人員主要是對運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。操作者需要監(jiān)視運行狀況及參數(shù)，包括儲漿槽液位、加壓倉壓力、下倉料位、排料周期、報警信息。自動運行過程中也可切換到手動操作，如停止入料泵、停止打料、停止主軸旋轉(zhuǎn)、停止刮板機(jī)運行等。自動過程中進(jìn)行手動操作時，自動排料程序?qū)⑼Ｖ箞?zhí)行，手動操作時間不可過長，如果時間比較長，要先打到等待狀態(tài)，再進(jìn)行手動操作；手動操作結(jié)束可直接切換到自動，自動程序可記住原來的狀態(tài)而繼續(xù)往下一項程序進(jìn)行；當(dāng)入料、排料、上下級設(shè)備、壓力、輸送物料等出現(xiàn)問題時，加壓過濾機(jī)系統(tǒng)將自動切換到等待狀態(tài)，人員處理好后故障后，按下繼續(xù)按鈕可恢復(fù)正常自動運行。

5 結(jié)語

中煤塔山選煤廠加壓過濾機(jī)控制系統(tǒng)運行可靠、操作簡單、方便操作、事故率低，簡單直觀的人機(jī)界面操作有效地簡化了操作程序，大大減少了檢修人員、操作人員的工作內(nèi)容，提高了操作人員的工作效率。