APN18S6型壓濾機關鍵結構及自動控制設計

姚云峰

（西山煤電鎮城底礦 ，山西 古交 030203）

0 引 言

現階段，煤炭行業提出了“智慧礦山”生產，數字化煤礦正在積極探索研究，我國一些煤礦與科研院校合作，正在積極摸索，許多科學研究者夜以繼日奮斗，為實現數字化礦山和無人值守井下采煤。互聯網、大數據、定位系統、機械化、智能化等技術的成熟，以后自動化必然應用于礦山生產、建設，這也是“智慧礦山”的發展的大勢所趨[1]。洗選煤廠作為煤炭使用的后續環節，其自動化、智能化是必不可少的。

選煤廠有一個重要洗煤處理，那就是對于煤泥水處理，現階段國家對資源利用提倡高效率，并且對生態環境也提出了高要求，因此選煤廠對煤泥回收再利用既符合國家方針，又對選煤廠周圍環境也起到了積極的保護作用，這對整個選煤廠來說是一種經濟、合理、循環的生產企業。選煤廠中的重要設備壓濾機就是針對煤泥水進行處理，壓濾機的硬件組成影響著壓濾機的使用時間、使用功能、使用效率，進而影響其自動化程度。目前大多數選煤廠壓濾車間有APN18S6型壓濾機，基本都是由工人們手工操作，因自動控制不強，帶來效率低下，工人作業強度高，信息傳遞滯后，不能統一指揮，造成選煤廠經濟效益低下。為了緩解選煤廠對于煤泥水處理的壓力，以APN18S6型壓濾機關鍵部件選擇和自動化控制作為研究對象，實現選煤廠的自動化、無人化生產，解決選煤廠效率低下問題。

1 壓濾機技術參數

某選煤廠壓濾車間原有的APN18S6型壓濾機，主控主要是PLC實現，人工操作，無法實現自動化，與現狀要求生產產量嚴重不配套，無法達到生產要求。例如壓濾機的打開、關閉、上料等環節均需工人手工操作，特別是濾餅和濾布粘在一起時，壓濾機就無法實現卸餅功能，煤泥中含水量較高時，濾餅自重失效，那么只能靠工人敲擊掉落。壓濾機在連續打開和關閉時，只為避免手動擊打濾餅，不僅使用不方便，也會降低對壓濾機的使用年限。另外就是在上料集中程度大且水分多的時候，慮室就會被料頂開，此種情況只能靠人工操作停止，因人工操作速度較慢，自動化不強，會對機器產生一些損傷。

為了減小選煤廠壓濾機的損傷，提高其自動化程度、完成選煤廠產量標準，本論文結合選煤廠現場實際情況對APN18S6型壓濾機關鍵結構組成進行簡單介紹并開發程序軟件，實現壓濾機在生產過程中自動化。某選煤廠壓濾機部分重要技術參數見表1。

表1 APN18S6型壓濾機主要技術、參數表

以表1中的壓濾機為研究對象，該壓濾機是可控程序實現主動控制，要想實現自動控制，那么組成該設備的各個部件至關重要，因此需要對重要的硬件進行篩選，并對自動控制系統進行設計。

2 壓濾機結構

煤泥水處理需要選煤廠壓濾機進行處理，是必不可少的重要生產環節[2]，對煤泥進行回收處理不僅可以顯著提高資源利用率，而且對于選煤廠來說既環保又是經濟型[3]。目前大多數選煤廠壓濾機沒有實現自動控制[4]，基本需要工人手動操作，才能使得壓濾機生產運轉、關停。

APN18S6型壓濾機包含支撐的底座、進排氣壓風系統、提供動力的液壓系統、執行命令的結構以及其控制作用的自動化系統[5]，該壓濾機控制系統結構局部圖見圖1。

圖1 APN18S6型壓濾機結構局部圖

支撐整個系統主要是靠壓濾機頭板和機架固定連接。孔板和盲板形成濾室，煤泥水通過過濾作用，固液分離，在壓濾機進一步的作用下形成濾餅。液壓系統是為打開和關閉，并且是在高壓形式下形成閉合。濾液收集系統主要是收集和疏導濾液。吹風系統通過高壓作用使得空氣進入慮室，進而形成供排風控制系統。說明上料和卸餅是實現自動控制的關鍵節點。

3 多閥路結構及控制軟件

壓濾要實現自動控制，必須要在一定的原理上，結合主要關鍵結構，通過程序代碼編寫，開發一個控制軟件，對其進行自主控制，以提升其自動化、效率化、集成化、先進化、經濟性。

3.1 簡單的數學原理

壓濾機在處理煤泥水時所用到的多孔介質滲流方程為：

式中：Si為動量；D為阻力矩陣；C為慣性系數；μ為阻力系數；ρ為密度；ν為固液混合速度。

3.2 多閥路結構

一般的壓濾機自動控制箱上結構上會設計保持型、非保持型、開關、急停[6]等功能的按鈕。為成功切換，就需要保持型按鈕來實現。關閉按鈕是用來控制油箱中油位的。液壓缸內液體到達預定極限位置時，停止立即執行命令。目前該壓濾機使用的一種多閥路閥門，壓濾機多路閥結構簡圖如圖2所示。

圖2 APN18S6型壓濾機閥路結構

3.3 控制軟件

通過編寫程序代碼，開發出一種自動控制壓濾機的控制軟件，Micro850型PLC控制軟件Connected Components Workbench，簡稱CCW軟件，并結合現代觸摸屏手機、平板電腦思維，采用觸摸屏操作，即MCGS組態環境觸摸屏。壓濾機在生產時有開啟、上料、加壓過濾、吹氣置換、卸餅、關閉等工作過程，程序代碼正是基于這些過程進行編寫，并考慮壓濾機工作環境、要求、標準等對控制部分做了重點開發，也就是說在壓濾機自動控過程中增加了循環卸餅和二次關閉等步奏。

開發的CCW軟件程序界面如圖3所示。

圖3 程序控制軟件界面

在發出指令后，壓濾機就自動開始每一個運行過程：輸送煤泥之前，軟件系統的程序代碼就會開始進行自動檢測，看是否滿足生產運行條件。當得到滿足使用要求后，此時就會進行壓濾機的每個生產環節。如此周而復始，如想停止運轉，只需操作軟件中的暫停或者結束即可。

4 自動控制系統

4.1 自動上料過濾

在自動控制系統中，入料泵得到開始上料指令后，入料口就開始輸送煤泥，自動控制系統同液位傳感器判斷是否上料過程是否完畢。其中，在入料泵給各個濾室上料時，液壓系統中的液壓泵就會暫時停止執行任務。根據現階段壓濾機出現在二次填充加壓過濾過程中濾室有時會被頂開問題，編制程序設計，通過設計判斷條件，若慮室出現離層狀態，壓濾機上料機構立即執行停止動作，同時執行關閉慮室動作，待關閉完成后又會通過自動控制系統發出指令，再次執行上料、加壓、過濾，一旦循環次數較多，警報響起，停止運轉。壓濾機在加壓后進行過濾，此時進/排氣閥門就又自動控制器開啟，吹氣系統就會自動關閉。而且在上料充填當中，為減少慮室中的水分問題，上部頂閥門自行行駛打開和關閉。

4.2 自動卸餅

煤泥在處理過程中，會經歷充填，充填完成后就會被加壓、過濾，相應吹氣系統運轉，在這些環節實現后，壓濾機開始對濾餅卸餅。卸餅環節有5步需要進行，卸餅之前先開啟壓濾機，在這開啟過程中卸餅的第一步過程就完成了。在卸餅的第一步當中閥體打開，主液壓缸組回液，與此同時閥體A-2開啟，液體進入輔助液壓缸組，濾室就被成功實現了卸餅。同理，實現第二步、第三步、第四步、第五步。卸餅時液壓缸五步動作過程如圖4所示。

圖4 液壓缸五步過程圖

4.3 自控系統組態界面

某選煤廠的5臺壓濾機自動控制發出指令的采用觸摸屏組態界面，該組態界面包括主控面、不同模式選擇和相應參數設置，MCGS組態編輯軟件是用來實現組態畫面的。我們可以在主控面時時觀察壓濾機每一個設備運轉是否完好，有問題的設備會顯示在主控面上。一旦有設備出現故障，操作人員通過報警信息，通知維修工人對該設備進行維修。在模式選擇界面，可以選擇不同的模式，促使壓濾機按照要求進行運轉。而在參數設置界面主要是為適應不同情況，修改參數實現壓濾機的不同功能來達到操作者想要的目的。部分組態界面如圖5所示。

圖5 自控組態界面

壓濾機通過自動控制，不僅節約了時間，而且減小了工人勞動強度。最為重要的是避免機器空轉和過載，保護了壓濾機的長久使用。

5 結 論

通過對PAN18S6型壓濾機關鍵結構進行了簡單說明，編制程序代碼開發控制系統軟件，該型號壓濾機實現了自動控制。論文研究主要成果總結如下：

1）通過對壓濾機技術參數和結構說明，壓濾要實現的自動控制，上料和卸餅兩個環節是改善的重點。

2）多閥路結構是壓濾機實現自動控制的硬件設施，程序軟件是壓濾機實現自動控制的手段。

3）自動控制系統能夠實現自動控制上料和卸餅過程，并有保護壓濾機過載或空轉的作用。

通過對PAN18S6型壓濾機關鍵結構布設和自動控制設計，提升了壓濾機的工作效率，提高了經濟效益，也為數字化礦山提供了新思維。