1、數(shù)控洗煤系統(tǒng)（數(shù)控部分）plc是怎樣編程和控制電磁閥和排矸電機(jī)3.1 風(fēng)、水、給煤、排料、周期等跳汰機(jī)主要參數(shù)控制系統(tǒng)跳汰機(jī)各工藝參數(shù)之間相關(guān)性強(qiáng)，調(diào)整時(shí)需互相協(xié)調(diào)。跳汰過程由兩個(gè)基本過程組成，即物料按密度分層和最終產(chǎn)品的分離過程，兩個(gè)過程既相互獨(dú)立又相互影響，物料按密度分層是全過程的關(guān)鍵。這是因?yàn)?，只有在精確分層的基礎(chǔ)上，才可能分離出更多的合格產(chǎn)品；而且作為排料依據(jù)的床層檢測(cè)元件浮標(biāo)所處層位的可靠性和準(zhǔn)確性均依賴于分層效果。分層過程是煤和矸石、中煤相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，煤相對(duì)向上、向前運(yùn)動(dòng)就產(chǎn)生了分層，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力大，相對(duì)位移困難，分層也困難，反之亦然。因此，相對(duì)運(yùn)動(dòng)阻力的大小直接反映了分層難易

2、程度。跳汰機(jī)主要參數(shù)控制系統(tǒng)，通過調(diào)整風(fēng)、水、給煤、排料、周期等參數(shù)，將相對(duì)運(yùn)動(dòng)阻力控制在一定范圍內(nèi)，使其不要過大，也不要過小，以保證物料順利地按密度分層，同時(shí)，在一定程度上也保證了浮標(biāo)檢測(cè)的準(zhǔn)確性和自動(dòng)排料系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，最終保證了建立在自動(dòng)排料基礎(chǔ)上的煤質(zhì)劃分系統(tǒng)的可靠性。3.2 跳汰機(jī)及其周邊關(guān)聯(lián)設(shè)備的自動(dòng)啟停系統(tǒng)該系統(tǒng)能在接到啟車指令后，進(jìn)行必要的打點(diǎn)聯(lián)絡(luò)，在得到回應(yīng)后逆煤流啟車，接到停車指令后順煤流停車。在緩沖倉料位計(jì)和總水流量計(jì)等儀器的配合下還可實(shí)現(xiàn)欠煤、欠水、設(shè)備故障報(bào)警，同時(shí)使跳汰機(jī)處于休眠或半休眠等待狀態(tài)，保持床層，待報(bào)警解除后自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。3.3 跳汰機(jī)處理量?jī)?yōu)化控制系

3、統(tǒng)該系統(tǒng)給料控制，除人為給定外還可有下面兩種選擇：在不要求大處理量的場(chǎng)合，根據(jù)來煤量自動(dòng)調(diào)整入洗量以減少等待和設(shè)備的啟停次數(shù)，做到長(zhǎng)期均衡入洗，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。根據(jù)自感知的入料性質(zhì)（矸石和中煤排量和粒度組成） ，自動(dòng)調(diào)整給料量使其達(dá)到較為理想的分選效果的同時(shí)，盡可能加大處理量。3.4 入料煤質(zhì)變化自感知系統(tǒng)該跳汰機(jī)采用了漏斗倉式穩(wěn)靜滾輪排料方式，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)排料，排料體積量與排料輪轉(zhuǎn)速成正比；同時(shí)采用了給料量與變頻調(diào)速器頻率對(duì)應(yīng)較好的給料機(jī)。因此，在分選過程中對(duì)當(dāng)前的給煤和中煤、矸石量的相對(duì)情況，系統(tǒng)是可感知的，系統(tǒng)可根據(jù)矸石和中煤的相對(duì)排放量，粗略地劃分出分選的難易程度（易選、中等可選、難選等九

4、級(jí)模糊分類）。同時(shí)實(shí)踐表明，床層橫向推力檢測(cè)裝置的信號(hào)一定程度地反映了入料整體平均粒度的大小，所以系統(tǒng)也可根據(jù)粒度組成的大概情況將其進(jìn)行模糊分類。跳汰機(jī)風(fēng)閥自動(dòng)控制1 前 言目前跳汰機(jī)數(shù)控風(fēng)閥控制，均采用手動(dòng)調(diào)節(jié)的開環(huán)控制方式，跳汰機(jī)作為選煤廠的關(guān)鍵設(shè)備，其風(fēng)閥控制的自動(dòng)化問題長(zhǎng)期以來未能解決。跳汰司機(jī)在生產(chǎn)操作過程中，需要根據(jù)入料性質(zhì)、給料量、工作風(fēng)壓、床層狀態(tài)等外部條件的變化，不斷調(diào)整風(fēng)閥參數(shù)，操作繁瑣，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證。同時(shí)，由于風(fēng)閥系統(tǒng)的執(zhí)行元件動(dòng)作頻繁， 故障率相對(duì)較高， 現(xiàn)有控制方法無法判斷故障和發(fā)出有效的報(bào)警信號(hào)，致使設(shè)備帶故障運(yùn)行，更嚴(yán)重地影響分選指標(biāo)。本文在分析跳汰機(jī)工作原

5、理的基礎(chǔ)上，提出利用空氣室水位信號(hào)進(jìn)行風(fēng)閥參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)的方法，從而實(shí)現(xiàn)跳汰機(jī)風(fēng)閥控制自動(dòng)化。使跳汰床層始終保持適宜的振幅，保證較高的洗選效率和處理量，不但克服了由于風(fēng)壓波動(dòng)、給煤量改變等因素造成的不良跳汰現(xiàn)象，同時(shí)，當(dāng)風(fēng)閥系統(tǒng)的執(zhí)行氣缸、電磁閥及其接線發(fā)生故障時(shí)，能夠及時(shí)報(bào)警, 通知維修人員進(jìn)行處理，從而將邁出實(shí)現(xiàn)跳汰機(jī)崗位無人值守的重要一步。2 跳汰過程施行風(fēng)閥自動(dòng)調(diào)整的外部條件為：控制用風(fēng)壓力為0.4 05mpa ；工作用風(fēng)壓力為0.030.04mpa（篩下空氣室）；跳汰機(jī)水量和篩上水位正常；各室的進(jìn)氣閥和排氣閥最大開度（行程）已調(diào)整合理。為了避免床層“翻花”，設(shè)備開機(jī)時(shí)的跳汰周期從排氣期

6、開始，之后是壓縮期、進(jìn)氣期和膨脹期，如圖1所示。以上的風(fēng)閥跳汰參數(shù)，是以電控設(shè)備發(fā)出的電平信號(hào)為時(shí)間基準(zhǔn)的。其對(duì)應(yīng)的機(jī)械動(dòng)作過程和工藝分選過程均滯后于電平信號(hào)。為敘述方便起見，以進(jìn)氣期開始分析其動(dòng)作過程。圖 1 跳汰波形曲線進(jìn)氣期：進(jìn)氣閥電平打開，排氣閥電平關(guān)閉。在進(jìn)氣過程中，工作風(fēng)進(jìn)入空氣室，室內(nèi)水位下降。水流經(jīng)過導(dǎo)流板后上升，將跳汰機(jī)篩板上的物料床層托起。托起的速度取決于風(fēng)壓和進(jìn)氣閥開度，托起的高度取決于進(jìn)氣期（進(jìn)氣時(shí)間） 。通常，入選物料粒級(jí)越寬，要求托起的速度和高度越大；反之，粒級(jí)越窄，要求托起的速度和高度越小。進(jìn)氣期的作用是保證物料被整體有序地托起，且形成足夠的沉降分層距離，同時(shí)進(jìn)氣

7、過程也具有某些分層作用。膨脹期：進(jìn)氣期結(jié)束后，進(jìn)氣閥電平關(guān)閉，排氣閥電平仍關(guān)閉。在膨脹過程中，空氣室內(nèi)的水位處于低位，振蕩趨穩(wěn)。 篩板的上升水流停止， 物料依其密度在水介質(zhì)中按不同的速度沉降分層。密度越大，沉降速度越快；反之，密度越小，沉降速度越慢。膨脹期（膨脹時(shí)間）是物料最主要的分層過程，應(yīng)保證重物料（該分選段的產(chǎn)品）沉降停止。排氣期：排氣閥電平打開，進(jìn)氣閥電平關(guān)閉。在排氣過程中，空氣室內(nèi)氣體排至大氣，室內(nèi)水位上升。篩板的水流下降，在膨脹期未充分沉降的上層較輕物料迅速落下，少部分細(xì)顆粒高密度物料透篩排出。排氣速度取決于排氣閥開度，排氣期（排氣時(shí)間）應(yīng)保證空氣室水位恢復(fù)到進(jìn)氣期開始時(shí)的位置。壓

8、縮期：排氣期結(jié)束后，排氣閥電平關(guān)閉，進(jìn)氣閥電平仍關(guān)閉。在壓縮過程中，空氣室內(nèi)的水位處于高位，振蕩趨穩(wěn)。篩板下降水流停止，物料床層穩(wěn)定。此延時(shí)時(shí)間應(yīng)大于排氣閥的關(guān)閉動(dòng)作過程，以避免排氣閥和進(jìn)氣閥在動(dòng)作過渡期（均處于半開狀態(tài)）將工作風(fēng)“短路”掉。跳汰周期是進(jìn)氣期、膨脹期、排氣期和壓縮期之和。在同一個(gè)產(chǎn)品段內(nèi)，各分選室間的進(jìn)氣期、排氣期分別同步動(dòng)作，以免打亂床層。不同的產(chǎn)品段（如矸石段、中煤段）間可以同相或反相動(dòng)作，一臺(tái)跳汰機(jī)的各分選室工作在共同的跳汰周期，該跳汰周期的值等于各分選室要求跳汰周期的最大值。每一個(gè)跳汰周期，空氣室水位經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)變化，空氣室的水位波動(dòng)狀態(tài)將隨著不同的跳汰參數(shù)而改變，不合

9、理的跳汰參數(shù)將導(dǎo)致不良的跳汰床層，如圖2 所示。保持穩(wěn)定和適當(dāng)?shù)乃徽穹翘瓩C(jī)篩上物料良好分層的必要條件，跳汰機(jī)的各個(gè)空氣室具有不同的水位振幅要求。在矸石段，物料床層較厚，需要較大的振幅；在中煤段，物料床層較薄，需要較小的振幅。圖 2 床層現(xiàn)象分析3 故障原因造成常見故障現(xiàn)象的原因是：該空氣室的進(jìn)氣量和排氣量不平衡。當(dāng)進(jìn)氣量大于排氣量時(shí)，氣體就會(huì)從空氣室下沿溢出， 上升至篩板并穿過物料層在水面形成大量氣泡，沖亂已經(jīng)形成的床層， 這就是“翻花”現(xiàn)象；反之，當(dāng)進(jìn)氣量小于排氣量時(shí)，空氣室水位振蕩范圍不斷上移，直至空氣室頂端，水位振幅減小，最終使篩板上物料失去分選動(dòng)力，形成“偏振”現(xiàn)象。跳汰機(jī)在運(yùn)

10、行過程中，由于工作風(fēng)壓、床層厚度以及跳汰參數(shù)（尤其是風(fēng)閥參數(shù)）的異常變化，就會(huì)形成上述現(xiàn)象。在特殊情況下，風(fēng)閥控制系統(tǒng)中電路故障、接線脫落、控制風(fēng)壓失常，氣源三聯(lián)體、電磁閥或者執(zhí)行氣缸損壞等，也會(huì)形成上述現(xiàn)象。事實(shí)上，空氣室水位的變化對(duì)風(fēng)閥的進(jìn)、排氣期調(diào)整效果具有一種制衡作用。設(shè)想當(dāng)進(jìn)氣期和排氣期都等于某一值時(shí)，空氣室水位穩(wěn)定在高水位g和低水位 d之間振蕩。增加進(jìn)氣期，水位將穩(wěn)定在偏下的兩點(diǎn)間振蕩，僅當(dāng)進(jìn)氣期增加較多時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生“翻花”現(xiàn)象，如果空氣室有足夠的高度，低水位時(shí)具有的反水壓足以平衡工作風(fēng)壓，則無論如何增加進(jìn)氣期，也不會(huì)有“翻花”產(chǎn)生。增加排氣期，水位將穩(wěn)定在偏上的兩點(diǎn)間振蕩， 僅當(dāng)

11、排氣期增加較多時(shí)， 才會(huì)產(chǎn)生“偏振”現(xiàn)象，如果空氣室為篩側(cè)式的，高水位時(shí)空氣室內(nèi)氣壓等于大氣壓，則無論如何增加排氣期，也不會(huì)有“偏振”產(chǎn)生。由上述分析可以看出，當(dāng)空氣室頂端和底端均具有一定高度時(shí)，進(jìn)、排氣期可以任意調(diào)整而不會(huì)出現(xiàn)問題。但是，這樣做就將極大增加機(jī)體重量，并且返回到篩側(cè)式跳汰機(jī)時(shí)代，其代價(jià)是不可接受的?？梢赃m當(dāng)設(shè)計(jì)空氣室的高度，利用其制衡作用，再輔以空氣室水位電控，完全能夠保證跳汰床層始終處于正常起振狀態(tài)。4 控制原理要達(dá)到理想的控制目標(biāo)，需要在每個(gè)空氣室安裝一臺(tái)水位傳感器，同時(shí)在每個(gè)分選室的篩板上安裝一臺(tái)床層料位傳感器，風(fēng)閥自動(dòng)控制裝置將根據(jù)對(duì)物料振幅的要求，以及空氣室水位不超越

12、上、下限的要求，自動(dòng)調(diào)整各室的進(jìn)氣期、膨脹期、排氣期和共同的跳汰周期。對(duì)傳感器的基本要求是精度高、跟蹤速度快、防塵防水、可靠性好、壽命長(zhǎng)，而且，安裝固定這些傳感器的機(jī)械部分也同樣要求適應(yīng)傳感器的性能。由于床層料位傳感器和其安裝機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜和昂貴，目前配備起來仍有困難。 為了避繁就簡(jiǎn)，考慮只安裝水位傳感器的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，基本可滿足現(xiàn)有選煤廠在資金緊張情況下設(shè)備改造的需要，保證控制系統(tǒng)的可靠性（圖3） 。具體控制過程如下：安裝在空氣室側(cè)邊的水位傳感器，不斷檢測(cè)空氣室水位的變化，并在每一個(gè)跳汰周期結(jié)束時(shí)，控制器采集并存儲(chǔ)一個(gè)最高水位信號(hào)值g和一個(gè)最低水位信號(hào)值 d，當(dāng) g與 d的差（水位振幅）大于水

13、位振幅設(shè)定值與死區(qū)的和時(shí)，自動(dòng)步進(jìn)減小進(jìn)氣期h和排氣期l 的值，以使檢測(cè)的水位振幅逐步減小，直至接近設(shè)定的水位振幅。相反，當(dāng)g與 d的差小于水位振幅設(shè)定值與死區(qū)的差時(shí)，自動(dòng)步進(jìn)增大進(jìn)氣期h和排氣期 l 的值，以使檢測(cè)的水位振幅逐步增大，直至接近設(shè)定的水位振幅。圖 3 水位傳感器安裝示意圖除了控制空氣室水位的振幅之外，水位還必須在空氣室的上、下限之內(nèi)波動(dòng)。否則，跳汰機(jī)床層將會(huì)出現(xiàn)“翻花”或“偏振”現(xiàn)象， “翻花”將攪亂已形成的床層，而“偏振”將難以形成良好的床層。這就要求當(dāng) g大于設(shè)定上限時(shí)，自動(dòng)步進(jìn)增加進(jìn)氣期h的值，同時(shí)，減小排氣期l 的值，以使水位振幅保持不變，而振蕩中心線下移。反之，當(dāng)d小

14、于設(shè)定下限時(shí)，自動(dòng)步進(jìn)減小進(jìn)氣期h的值，同時(shí)增大排氣期 l的值，以使水位振幅保持不變，而振蕩中心線上移。進(jìn)氣期h和排氣期 l 的值不是可以無限增加或減小的，在振幅一定的情況下，影響其值的主要因素有：進(jìn)氣閥和排氣閥的最大開度（行程）、工作風(fēng)壓力、物料床層厚度等。在各因素可以允許的波動(dòng)范圍內(nèi)，h和 l 的值通常為 0.15 050s。膨脹期的長(zhǎng)短取決于跳汰機(jī)篩上重物料的振幅和在水中的干擾沉降速度?？偟膩碚f：密度越大、顆粒越大、形狀圓滑的物料沉降速度越快，如果振幅越小，則需要的膨脹期越短；密度越小、顆粒越小、形狀不規(guī)則的物料沉降速度越慢，如果振幅越大，則需要的膨脹期越長(zhǎng)。由于物料振幅小于水位振幅，而

15、且物料在膨脹期初期由上升狀態(tài)轉(zhuǎn)化為沉降狀態(tài)需要一個(gè)過渡時(shí)間，忽略正負(fù)兩方面的因素，根據(jù)設(shè)定的水位振幅，可以近似計(jì)算各室膨脹期的時(shí)間： p*=(s*。h。kb)/vc=k 。s* 式中：p*某室膨脹期的計(jì)算值（s) 。計(jì)算結(jié)果通常在0.200.60 之間； s*某室水位振幅設(shè)定值（） 。設(shè)定范圍 2070； h水位傳感器標(biāo)定長(zhǎng)度（m ） 。如 0.6 、0.8 等； kb空氣室水平截面與該室篩面之比。通常為0.5 左右； vc該段重物料的平均沉降速度（m/s） 。矸石為 0.3 0.4 ，中煤為 0.2 03； k綜合沉降常數(shù)。當(dāng)h=0.6m, vc=0.3m/s,kb=0.5時(shí)，k=1。從上式

16、可以看出，膨脹期的大小應(yīng)正比于設(shè)定振幅。調(diào)整設(shè)定振幅的大小，膨脹期的時(shí)值就被自動(dòng)地改變。壓縮期的時(shí)值，應(yīng)略大于排氣閥關(guān)閉動(dòng)作的過渡時(shí)間。蓋板式風(fēng)閥、滑動(dòng)式風(fēng)閥和蝶閥式風(fēng)閥的動(dòng)作速度稍有差異 , 通常其壓縮期可在0.1 015s 間選取。風(fēng)閥自動(dòng)控制裝置按照上述計(jì)算方法，對(duì)每一個(gè)空氣室的進(jìn)氣期、膨脹期、排氣期和壓縮期分別計(jì)算，求和得到多個(gè)不同的計(jì)算周期，取其最大值，作為各室共同的候選跳汰周期，與原有跳汰周期進(jìn)行比較，其差值小于死區(qū)范圍時(shí)，保留原有跳汰周期；其差值大于死區(qū)范圍時(shí)，啟用候選跳汰周期。保證跳汰周期既能夠自動(dòng)調(diào)整又避免頻繁變化。壓縮期應(yīng)取相同的值并設(shè)為同步點(diǎn)，跳汰周期內(nèi)多余的時(shí)間歸入膨脹

17、期。應(yīng)當(dāng)注意的是： 盡量合理調(diào)整風(fēng)閥行程， 使跳汰機(jī)的風(fēng)閥整齊動(dòng)作， 以保持各分選室間的床層同步，減少紊流對(duì)床層的破壞作用。一個(gè)產(chǎn)品段內(nèi)相鄰分選室的跳汰振幅應(yīng)當(dāng)接近，相位應(yīng)當(dāng)同步，這樣才能使整機(jī)分選效率有較大的提高。設(shè)計(jì)的程序框圖見圖4。當(dāng)某空氣室高水位超過上限，同時(shí)該室進(jìn)氣期已調(diào)到最大值，排氣期到最小值，即：g 95，h=0.50s，l=0.15s ，此時(shí)進(jìn)行上限報(bào)警。故障直接原因有：進(jìn)氣缸常閉、排氣缸常開、工作風(fēng)壓消失等。圖 4 風(fēng)閥控制程序框圖當(dāng)某空氣室高水位低于下限， 同時(shí)該室進(jìn)氣期已調(diào)到最小值， 排氣期到最大值， 即： g 5% ， h=0.15s，l=0.50s，此時(shí)進(jìn)行下限報(bào)警。故障的直