基于PLC的选煤厂跳汰机智能控制系统设计应用.pdf

:./.基于 的选煤厂跳汰机智能控制系统设计应用王鹏军(晋能控股装备制造集团山西 晋城)摘 要:为解决传统跳汰机控制系统因采用人工估测及手动控制方式而导致的分选效率低下、选煤工艺控制能力差等问题该文以选煤厂跳汰机作为研究对象设计了一套基于 控制的跳汰机智能控制系统 系统以跳汰机床层分层状态检测及风阀自适应控制两大功能为核心重点对跳汰机床层松散度检测及进出风阀自动调节功能进行了分析与设计并通过系统运行测试验证了跳汰机的检测及控制效果 此设计可在不同煤质情况下自动调整跳汰机风阀并得到最佳分层控制效果对于提高跳汰机运行效率及可靠性具有实际意义关键词:跳汰机松散度检测自适应控制中图分类号:.文献标识码:文章编号:()():.:引 言煤炭分选主要目的是通过选煤厂的选洗过程将开采的原煤煤矸石、中煤、精煤等不同产品以满足不同客户的需求 目前煤炭分选的主要方法包括重介质选煤、重力选煤、浮游选煤等其中重力选煤是国内应用最为广泛的选煤方法其主要原理是通过跳汰机将原煤按照不同密度差异进行分离从而得到不同产品 由此可见跳汰机的工作效率及自动化程度直接影响到跳汰选煤的质量及效率 跳汰机是一种依靠脉动水流作用将原煤按照不同密度进行分层分选的大型选煤设备具有分选精度高、入料粒度范围较宽等优点 而传统跳汰机控制采用机械装置调节其洗选效率及分选精度均不够理想目前国内已普遍采用电气控制方式对跳汰机排料进行控制如今多数跳汰机电控系统自动化水平较低床层分层检测仍依靠人工经验判断而人工经验判断无法对床层厚度、水位脉动高度等参数进行有效测量因此床层松散度无法实现有效控制同时在风阀控制过程中由于系统不具备可靠通信网络床层松散度无法实时反馈至风阀控制环节导致无法实现风阀自适应调节 针对上述问题提出了一种基于 控制的跳汰机智能控制系统设计方案以工业以太网 组合通信建立系统通信网络采用超声波传感器对床层松散度参数进行采集并将其作为反馈信号传输给 控制器实现跳汰风阀自动控制 同时采用模糊控制算法对 控制器进行优化实现跳汰机排料及精煤灰分的自动控制 此智能控制系统的研究对于提高跳汰机分选精度及洗选效率具有实际应用价值 跳汰机智能控制系统总体方案设计图 所示为筛侧空气室跳汰机主要由机体、筛板、风阀及排料装置等部分组成跳汰机工作原理是将原煤连续输送至跳汰室筛板上形成较厚的物料层然后通过压缩空气向筛板注入上升水流并形成垂直脉动从而实现密度不同物料的分层 在跳汰选煤过程中控制系统主要功能是完机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)煤矿机电收稿日期:作者简介:王鹏军()男山西陵川人工程师主要从事煤矿机械设备管理方面的科研工作成给煤量、风阀及排料等关键环节的自动控制具体功能如下()风阀自动控制风阀是控制压缩空气进出跳汰室形成脉动水流的关键设备直接决定了床层松散度及分层效果 系统可通过床层松散度反馈信号按比例调节风阀周期频率参数实现风阀动作的自动调节()床层分层状态自动检测系统采用超声波传感器代替传统人工探杆测量方式对床层松散度参数进行实时检测为风阀控制回路提供反馈信号实现风量自动控制保证床层松散度适中()远程可视化监控系统可通过上位机可视化监控平台实时显示床层厚度、矸石灰分等参数并下达各类控制指令现场各类运行参数通过传感器及 实现采集与上传图 筛侧空气室跳汰机结构图 通过上述对控制系统的功能分析可知系统采用 作为主控器实现各类参数及控制指令的上传下达并采用以太网及 总线对系统通信网络进行架构实现数据可靠传输系统整体结构如图 所示图 跳汰机智能控制系统总体结构图 由图 可知系统按照模块化结构可分为上位机监控平台、控制模块、数据采集模块、变频调速模块及风水量控制阀门四部分 上位机搭载系统模糊 控制算法用于实现自动排料等控制功能数据采集模块中的各类传感器通过 总线通信方式与 主控器进行采集数据传输其中灰分仪用于测定洗选后矸石与精煤的灰分值闸板限位传感器用于采集闸板左右开合角度 接收到灰分测量值与闸板开合角度采集参数后通过与上位机灰分设定值进行对比得出差值据此调节闸板开合角度从而控制中煤与精煤的掺杂比例进一步提高产品灰分指标超声波传感器在床层矸石段及中煤段各设置两个分别检测矸石段及中煤段水位高度及床层高度等数据实现对床层松散度的检测变频调速模块共有三个变频器分别用于调节给煤电机、排矸石电机、排中煤电机的转速通过 控制实现三个电机的变频调速功能跳汰系统总水量及总风量通过总水阀、两个一阶进出气阀及两个二阶进出气阀进行调节通过 对各阀门进行控制实现对物料层厚度的辅助调节 主控器于上位机监控平台通过工业以太网进行通信实现现场设备数据与上位机控制指令的上传下达 床层分层状态检测与风阀控制方案设计.基于超声波传感器的床层松散度检测床层松散度是指密度不同的物料层在脉动水流中的分离程度 在跳汰选煤过程中跳汰室内由压缩空气形成的脉动水流在上升过程中密度较低的物料将悬浮并集中于上层床层在水流作用下松散度增加在水流下降过程中密度较高的物料将沉降至底层床层逐渐紧密重复该过程使物料分层逐渐明显形成矸石、中煤、精煤由上到下的分层顺序为进一步分选排料奠定基础 由此可见床层松散度决定了物料的分层效果床层过度松散将无法形成清晰分层床层过度紧密则会破坏已形成分层床层影响分选精度因此需将床层松散度控制在合适程度实现这一目标的前提就是对松散度进行有效精确的测量跳汰室床层松散度由四个物理量决定分别为床层高度、床层脉动高度、水位高度及水位脉动高度文中控制对象为二段四室跳汰机为进一步提高测量数据可靠性分别在床层矸石段及中煤段布置两套检测单元 传统检测方法采用旋转编码对床层高度进行检测缺乏对水位及水位脉动高度的有效检测设备故障率高且测量准确度较差 文中采用超声波传感器配合比重浮标的测量方案代替传统旋转编码器对矸石段及中煤段床层高度进行测量同时对各床层水位高度及脉动高度进行测量超声波测量单元结构如图 所示煤矿机电 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用图 超声波测量单元结构原理图.风阀自适应控制功能设计跳汰机风阀是控制风室进气及排气的主要设备是实现跳汰分层的关键 它通过交替的进气排气进行为跳汰室内脉动水流提供动力 跳汰机的每个风室均配备两套风阀装置分别为一对一阶进气、出气阀及一对二阶进气、出气阀通过进出气阀的交替运动控制压缩空气换向流动从而形成上下脉动水流对物料进行跳汰如图 所示图 风阀跳汰周期示意图 由图 可知一个完整的跳汰周期包括进气期、膨胀期、排气期及静止期四个阶段其中进气期进气阀开通、出气阀关闭排气期进气阀关闭、出气阀开通通过对风阀参数的调整即可改变跳汰周期各阶段占比及相位差根据煤质变化情况通过风阀改变跳汰频率从而对床层松散度进行调节得到最优分层效果 文中以超声波传感器所采集到的床层高度及水位高度等参数作为反馈信号通过 控制器对四个进出气阀进行远程控制操作人员通过上位机设置好跳汰频率后可直接对跳汰周期各阶段百分比进行设置系统通过上位机软件计算出各阶段时间并对电磁风阀动作进行自动控制实现根据床层松散度对风阀开合进行自适应调节 系统测试及应用效果为验证文中提出的跳汰机智能控制系统在床层松散度测量及风门自动控制方面的可行性及应用效果结合生产实际对系统进行测试投运 测试发现该系统稳定性较高控制效果良好具体表现如下()实现了床层松散度参数的精确测量 系统可通过超声波传感装置分别对床层高度、浮标跳动最大振幅、水位高度、水流脉动高度等表征床层松散度的参数进行实时测量并通过上位机监控平台对数据进行实时显示 以浮标跳动最大振幅值为例上位机对其进行实时采集测量结果如表 所列表 浮标跳动高度最大值测量数据原始值/测量值/误差/.由表 可知除个别数据外大部分浮标跳动高度测量值与实际值数据吻合度较高平均相对误差绝对值为.可满足系统对床层高度参数的检测精度要求()实现了风阀自适应控制 上位机可对跳汰周期中的进气、膨胀、排气、静止四个阶段的百分比参数进行设定系统按照百分比自动计算出相应时间后通过 控制各进出风阀开闭运行过程中各风阀开启关闭时间精确可按照预设跳汰周期执行动作 结 语文章针对传统跳汰机控制系统无法实现对床层松散度精确检测及风门自动控制等问题设计了一套基于 控制的跳汰机控制系统系统采用超声波传感器对床层松散度参数进行精确测量并将其作为反馈量进行风阀百分比参数设定实现风阀自适应控制 经实际测试发现系统运行效果良好测量参数精度较高风阀控制精度较高具有一定实际意义参考文献:杜文杰.跳汰机床层松散度监控与风阀智能模糊控制系统设计.山东煤炭科技():.黄金霖王 晨张 莉等.跳汰床层松散度的优化控制.矿山机械():.李丽娟潘 磊张湜.基于 聚类算法的跳汰机床层松散度软测量建模.化工学报():.杨洁明魏晋宏熊诗波.基于 射线密度探测的跳汰机床层松散度回归方法.仪器仪表学报():.赵玉清申东.基于床层松散度检测的跳汰机风阀模糊控制.邢台职业技术学院学报():.王 文.跳汰机冲程冲次组合值、水动力因素与床层松散度变化规律的探讨.唐山工程技术学院学报():.机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)煤矿机电