基于PLC 浮選密度控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試

鞏 曦

（西山煤電集團東曲選煤廠， 山西 古交 030200）

引言

當前，隨著煤炭節(jié)約和環(huán)保的要求越來越嚴峻，對原煤進行再加工，保證其滿足環(huán)保要求的同時提升煤炭的利用率。目前，針對煤炭選煤操作的主要方式為重介質(zhì)選煤，而重介質(zhì)選煤的依據(jù)為懸浮液的密度。因此，實現(xiàn)對重介質(zhì)選煤懸浮液密度的精準控制對最終洗選所得產(chǎn)品的質(zhì)量尤為關(guān)鍵。在實際生產(chǎn)中，針對懸浮液密度的控制在部分選煤廠還由人工完成，其控制精度較低，引入的主觀誤差較大[1]。故，本文基于PLC 控制器完成對選煤廠懸浮液密度的高效、精準控制。

1 懸浮液控制系統(tǒng)的總體設(shè)計

1.1 浮選密度控制系統(tǒng)的必要性分析

某選煤廠采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器為核心設(shè)備實現(xiàn)對原煤的洗選，其原煤洗選能力為150 萬t/a，對應(yīng)的重介質(zhì)洗選工藝流程如圖1 所示。

圖1 選煤廠重介質(zhì)洗選工藝流程

如圖1 所示，經(jīng)三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選處理后產(chǎn)品中夾帶著大量的懸浮液，而后經(jīng)脫介篩和分流箱進行再次處理后得到煤泥介質(zhì)、稀介質(zhì)以及合格介質(zhì)等。總的來說，懸浮液密度為影響重介質(zhì)旋流器分選效果的關(guān)鍵因素。因此，基于高效、精準的浮選密度控制系統(tǒng)實現(xiàn)對懸浮液的精準控制是非常有必要的。

1.2 懸浮液密度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計

某選煤廠目前已初步實現(xiàn)對選煤工藝流程的集中控制，集中控制的核心為PLC 控制器?；诙鄠€PLC 控制系統(tǒng)和以太網(wǎng)通信技術(shù)實現(xiàn)選煤廠的式中控制，根據(jù)其生產(chǎn)需求設(shè)置有重介分選站、浮選站、壓濾站以及裝車站等[2]。本節(jié)著重對重介分選系統(tǒng)中的懸浮液密度控制系統(tǒng)進行研究。鑒于某選煤廠懸浮液密度控制分系統(tǒng)與選煤廠集中控制系統(tǒng)相對獨立，且設(shè)備老化，本文節(jié)中從對原懸浮液密度控制系統(tǒng)的改造完成對浮選密度控制系統(tǒng)的設(shè)計。

依據(jù)懸浮液密度控制的原理，設(shè)計浮選密度控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 浮選密度控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖

如圖2 所示，基于同位素密度計、磁性物含量計等儀器對懸浮液的密度進行在線測量并顯示于上位機系統(tǒng)。將所采集到的模擬信號通過AI 模塊傳輸至PLC 控制系統(tǒng)，通過對比懸浮液密度實測值與給定值后經(jīng)DO 模塊對泵前加水閥、桶內(nèi)補水閥以及分流機構(gòu)等進行控制，從而達到對懸浮液密度控制的效果。

2 浮選密度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 PLC 控制器的選型

針對選煤廠浮選密度控制系統(tǒng)的核心為PLC控制器，結(jié)合本選煤廠集中控制系統(tǒng)所選型PLC 控制器的各模塊，為保證浮選密度控制能夠與其他控制分系統(tǒng)正常通信且具有良好的兼容性。最終確定選用S7-200 系列PLC 控制器，其對應(yīng)的模塊各類模塊及其型號如下：電源模塊為140CPS11420、遠程通訊模塊為140CRA93100、數(shù)字量輸出模塊為140DAO85300、數(shù)字量輸入模塊為140DAI75300、模擬量輸入模塊為140ACI4000。其中，模擬量輸入模塊主要是對現(xiàn)場同位素密度計、磁性物含量計等設(shè)備所采集數(shù)據(jù)進行傳輸；數(shù)字量輸出模塊是根據(jù)所采集的現(xiàn)場實時參數(shù)與給定值得出控制值，將該控制值傳輸至加水閥、補水閥以及分流機構(gòu)等執(zhí)行機構(gòu)；數(shù)字量輸入模塊用于傳輸重介質(zhì)旋流器的開關(guān)量；遠程通訊模塊用于與其他控制分系統(tǒng)和主站之間的通信，以實現(xiàn)選煤廠的集中控制[3]。

2.2 傳感器的選型

浮選密度控制系統(tǒng)控制依據(jù)為對懸浮液密度的在線檢測，如圖1 中配置了密度檢測儀、磁性物含量檢測儀等。課題組在調(diào)研市場及綜合對比的基礎(chǔ)上，浮選密度控制系統(tǒng)涉及到的傳感器選型如表1 所示。

表1 傳感器選型及關(guān)鍵參數(shù)

2.3 執(zhí)行機構(gòu)的選型

本浮選密度控制系統(tǒng)涉及到的執(zhí)行機構(gòu)包括加水閥、補水閥和分流機構(gòu)。各執(zhí)行部件對應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)如下：加水閥和補水閥采用DKJ-D31 型電子式行程電執(zhí)行機構(gòu)進行控制，該機構(gòu)的行程時間為25 s，輸出扭矩值為259 Nm；分流機構(gòu)采用DKZ-5500M電動型直線機構(gòu)進行控制，該機構(gòu)的行程時間為45 s，行程距離為60 mm，輸出推力值可達6 400 N[4]。

3 浮選密度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

為保證浮選密度控制系統(tǒng)的實時性和精確性，本系統(tǒng)采用模糊控制算法和PID 控制算法相結(jié)合的模糊PID 控制方式。具體控制思路如下：當懸浮液密度大于設(shè)定值時，啟動加水閥并實時監(jiān)測懸浮液的密度值，當與設(shè)定密度一致時加水閥關(guān)閉；當懸浮液密度小于設(shè)定值時，控制分流機構(gòu)向合介桶補加磁性物質(zhì)，與此同時實時監(jiān)控懸浮液的密度值，當與設(shè)置密度一致時停止添加磁性物質(zhì)，其對應(yīng)的懸浮液密度控制流程如圖3 所示。

圖3 懸浮液密度控制程序流程圖

除此之外，根據(jù)重介質(zhì)選煤集中控制系統(tǒng)需實時對重介質(zhì)懸浮液的液位、煤泥含量等參數(shù)進行遠程監(jiān)控，并對實際運行中出現(xiàn)的故障發(fā)出報警并作出相應(yīng)的動作。為保證所設(shè)計懸浮液密度控制系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，在運行前期需對系統(tǒng)中合介泵、磁選機、固定篩、脫介篩、調(diào)節(jié)閥以及相關(guān)的分流機構(gòu)等11 個設(shè)備進行調(diào)試，即對每個設(shè)備就地回路和遠程回路進行調(diào)試，并對調(diào)試中遇到的問題及時解決[5]。結(jié)合選煤廠集中控制的需求，針對重介質(zhì)懸浮液密度控制設(shè)計如圖4 所示的控制界面。

圖4 重介質(zhì)選煤懸浮液密度控制界面

如圖4 所示，基于懸浮液密度控制系統(tǒng)可對重介質(zhì)懸浮液的液位、密度進行實時監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果控制補水閥的開度大小、分流箱的開度大小實現(xiàn)對懸浮液密度及液位的調(diào)整，以保證懸浮液密度為最佳確保最終的分選效果。

4 結(jié)語

重介質(zhì)選煤為當前選煤廠最常見的洗選方式，其核心設(shè)備為重介質(zhì)旋流器。重介質(zhì)懸浮液的密度為影響分選效果的關(guān)鍵參數(shù)，因此在實際操作中需保證重介懸浮液的密度為最佳。本文以某選煤廠為例，以PLC 控制器為控制核心完成了浮選密度控制系統(tǒng)的設(shè)計，對于提升選煤廠的分選效果、降低選煤廠運行成本、提高選煤廠效益具有積極作用。