無壓三產品重介旋流器二段入料口堵塞報警系統的研究與應用

袁會康 ，朱澤建，張保健

（濟礦集團運河煤礦，山東 濟寧 272100）

0 引 言

在使用無壓三產品重介旋流器的洗煤廠中，常伴隨著旋流器二段入料口被大塊矸石堵塞的情況。一旦發生堵塞，將會造成中煤及矸石無法進入旋流器二段，而是全部通過旋流器一段精煤口流入精煤系統。若集控操作人員發現不及時，將還會出現一系列的次生事故，可能因煤量大造成精煤皮帶過負荷壓死；也可能因煤量大造成精煤離心機過負荷憋死或三角帶磨斷等。因此，針對上述情況展開分析研究，以研討旋流器二段堵塞時，杜絕次生事故影響，最大化的減少中煤及矸石進入精煤倉的量。

1 存在的問題

當無壓三產品重介旋流器發生旋流器二段入料口（圖1）堵塞情況時，改造前都是靠集控人員去發現中矸脫介篩物料的減少或精煤量突然增大、旋流器壓力增大等來識別。因此就可能因為集控人員疏忽，發現不及時，致使發現旋流器堵塞時已經出現了嚴重的不利后果，如大量原煤進入精煤，造成精煤質量不合格；或原煤進入精煤，出現煤量過大，造成精煤離心機過負荷憋死；再者出現精煤皮帶過負荷，出現壓死精煤皮帶等不利后果。

圖1 旋流器二段入料口堵塞點

2 解決途徑

采用智能檢測方法，智能判斷旋流器二段入料口是否堵塞。利用安裝于旋流器一段合介入料管上的壓力傳感器對旋流器工作壓力進行實時檢測；然后配合PLC可編程控制器和上位機界面操作程序（本系統使用的PLC為西門子S7-300 PLC，界面程序為MCGS組態環境），通過程序編輯就可以自動識別旋流器二段入料口堵塞時的壓力波動；當工作壓力曲線觸及設定報警壓力曲線時，就會在集控室的上位機操作界面彈出報警信息，同時結合語音系統發出語音報警，提醒工作人員，并且還會自動停止給煤，以最快的速度、最少的影響范圍結束事故影響，如圖2所示。

圖2 報警系統設備示意圖

3 方案研究分析

3.1 壓力研究分析

生產時旋流器的工作壓力包含正常工作壓力和旋流器二段入料口堵塞時的堵塞壓力。兩者大小都受當時生產的合介泵電機運行頻率f、合介懸浮液密度ρ的影響，因此本次的主要研究對象就是合介泵電機運行頻率f、合介懸浮液密度ρ與旋流器壓力的關系。

3.1.1 壓力采集

3.1.2 頻率f、密度ρ與壓力P之間的關系研究分析

根據液體流量公式：

式中：Q為流量；μ為流量系數，與閥門或管子的形狀材質等有關；A為管子內徑截面面積；P為管子內安裝壓力傳感器處的壓力；ρ為流體的密度（合介懸浮液密度）。

由公式（1）可得知，管子內的流量Q與壓力P、密度ρ的關系，但我們需要研究的壓力P與頻率f、密度ρ之間的關系，所以由公式①得到以下公式：

由式（2）得知，管道內流體壓力P與管道內流體流量 Q2、密度 ρ成正比，而 2（μA）2中的 A為固定值，所以2（μA）2可以作為一個常數，因此在研究頻率f、密度ρ與壓力P之間的關系時，2（μA）2就可以在不再進行考慮，將可以得到以下等式：

式中：Q為流量；V為管道內流體流速；A為管子內徑截面面積。

由公式（4）得知，流量Q與管道內流體的流速V正比；

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又因為流速V與泵葉輪的轉速n成正比，且轉速：

式中：n為泵葉輪轉速；F為點擊運行頻率；P為電機磁極對數。

因此，由以上公式（3）、（4）、（5）及泵葉輪轉速與流速之間的正比關系，可以得到以下等式：

因此，由式（70可得知，壓力P與電機運行頻率f2、流體密度ρ成正比。

3.2 壓力曲線標定

壓力曲線分為旋流器工作時是實時壓力曲線和旋流器二段入料口堵塞時的報警壓力曲線。

3.2.1 實時曲線

旋流器工作壓力實時曲線，是隨合介懸浮液密度和合介泵電機運行頻率變動所變動的。本處采用一個量程0-1.0MPa的壓力變送器，將壓力信號轉換為4-20mA的模擬信號傳輸至西門子S7-300 PLC的模擬量輸入模塊，然后通過MCGS組態環境與PLC之間進行組態及程序編輯，利用MCGS組態換境的“實時曲線”功能，再加以參數設置，就能在MCGS運行環境的界面上實時顯示旋流器工作壓力曲線。

3.2.2 報警曲線

旋流器二段入料口堵塞時的堵塞壓力隨合介泵電機運行頻率f及合介懸浮液密度的不同是不同的，但根據現場生產情況經驗看，其旋流器工作壓力比正常生產時的壓力突然增大0.02MPa（下面寫到的P3值）以上，即可判斷旋流器二段入料口堵塞。具體的報警曲線參數設置如下：

1）正常生產中調節合介泵電機運行頻率及合介懸浮液密度（正常的洗選密度），使旋流器的工作壓力穩定于旋流器額定工作壓力范圍的之內，穩定一定時間后，記下此時的電機運行頻率f1、旋流器工作壓力P1、懸浮液密度 ρ1。

2）生產中記下幾個在上述電機運行頻率下和密度附近發生旋流器二段入料口堵塞時壓力P2值，然后選取一個最低值即可，以P2-P1計算出堵塞時與正常生產時的差值P3，P3也可使用過程中再進行優化。

3）則此時的旋流器二段入料口堵塞時的報警壓力值P，可根據公式⑦計算：

式中：P為計算后生成的報警壓力值；P1、P3、f1、ρ1為為上述標定數據時記下的值，P3可以根據需要適當調整；f、ρ為正常生產中實時電機運行頻率及合介懸浮液密度，在生產中由于電機運行頻率和合介懸浮液密度都是會有所變動，因此此處需輸入電機運行頻率和合介懸浮液對應的數據地址，參數設定界面圖見圖 3）。

圖3 參數設定界面圖（d09、d10是參數數據地址）

圖4 壓力曲線圖

如圖4，細曲線代表實時工作壓力，是壓力傳感器實時數據，在本MCGS系統中的32位浮點數地址是d22；粗曲線代表報警壓力曲線，其P=P3+P1(f/f1)2(ρ/ρ1)=0.02+0.179(f/42)2（ρ/1420）=0.02+0.179(d10/42)2*(d09/1420)，大約在 20∶30∶30 發生旋流器二段堵塞情況，其旋流器工作壓力立即觸及報警壓力曲線，系統就會發出語音報警及閃爍的紅色警示語“壓力超限”，在20:30:48就已停機處理，反應處理速度非常快。

3.3 語音報警、警示語、自動停止給煤

語音預警、閃爍的警示語、自動停止給煤，作為旋流器二段入料口堵塞報警系統的最終輸出執行環節，是對上述壓力傳感器信號輸入、系統計算、曲線比較的閉合。完成上述的報警壓力曲線標定后，則語音報警、閃爍的警示語、自動停止給煤都可以利用上述的報警壓力P值進行腳本程序編輯。

3.3.1 語音報警

利用MCGS的“事件策略”中的“音響輸出”進行程序編輯，當滿足條件時，所選擇的語音報警片段就會從語音功放系統中的音響中響起（如圖5的事件策略屬性設置）

圖5 語音報警事件策略屬性設置

3.3.2 警示語、自動停止給煤

同理，通過MCGS組態環境和PLC的程序編輯，其閃爍的紅色警示語“壓力超限”及自動停止給煤都是在安于旋流器一段合介入料管道上的壓力傳感器檢測壓力超過設定的壓力報警值時，就會作出相應的動作，實現了一套有序的無壓三產品重介旋流器二段入料口堵塞報警系統。

4 結束語

通過研究合介泵電機運行頻率f、合介懸浮液密度ρ與旋流器工作壓力P之間的關系，明確了旋流器工作時的報警壓力曲線，滿足不同合介泵電機運行頻率f及不同合介懸浮液密度ρ下實時智能檢測旋流器工作情況。當旋流器二段入料口發生堵塞時，其旋流器二段入料口堵塞報警系統能及時的停止給煤，并發出語音報警和閃爍的紅色警示語“壓力超限”，及時的提醒集控人員采取措施處理。杜絕了因集控人員麻痹疏忽不能及時發現旋流二段入料口堵塞，而造成的大量原煤進入精煤系統，保證了精煤質量；杜絕了次生事故的發生，如原煤進入精煤系統后量過大，造成精煤皮帶壓死、精煤離心機憋死等情況，有效的促進了洗煤廠的安全生產，減少了經濟損失。自從該系統的投入使用，得到廣大人員的一致好評，使集控系統更加的智能化、自動化。