基于PLC的精準(zhǔn)配煤系統(tǒng)研究與應(yīng)用

鮑勇豪

（山西省陽(yáng)泉市高新區(qū)山西華鑫電氣有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

選煤廠是煤炭加工的源頭，選煤廠配煤任務(wù)非常繁重。但是目前各選煤廠人工目測(cè)配煤和人工確定配煤比例的方式精度較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，配煤比例不容易控制，通過一套精確的配煤系統(tǒng)來保障配煤量準(zhǔn)確性，則不僅保證了配煤煤質(zhì)參數(shù)的穩(wěn)定性，更能節(jié)省大量的優(yōu)質(zhì)煤源，同時(shí)減少了煤質(zhì)罰款，保證了用戶需求，使企業(yè)效益最大化。

1 系統(tǒng)工作原理

為保證配煤質(zhì)量，方案采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、煤質(zhì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)、變頻技術(shù)和先進(jìn)過程控制理論，實(shí)現(xiàn)對(duì)配煤過程的優(yōu)化控制，來提高配煤產(chǎn)品質(zhì)量。配煤系統(tǒng)采用電子秤和無源灰分儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，計(jì)算機(jī)根據(jù)建立的配煤模型進(jìn)行配比計(jì)算后控制PLC進(jìn)行電機(jī)、皮帶順序的啟停與運(yùn)行速度控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中的程煤倉(cāng)上實(shí)時(shí)精準(zhǔn)配煤，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖

2 系統(tǒng)模型

由于混煤煤質(zhì)特性與各單煤之問并非簡(jiǎn)單的加權(quán)關(guān)系，而是呈現(xiàn)復(fù)雜的非線性關(guān)系。如果只單純考慮它們之間的線性關(guān)系，不能反映出它們之問的真實(shí)關(guān)系，從而造成模型有較大的偏差，為此必須考慮它們之間的非線性關(guān)系，其約束條件表示如表1：

表1 約束條件

在配煤過程中，煤的灰分與流量有以下數(shù)學(xué)公式表達(dá)：

式中：A1為1號(hào)原料煤的產(chǎn)品灰分；Q1為1號(hào)原料煤的產(chǎn)品流量；A2為2號(hào)原料煤的產(chǎn)品灰分；Q2為2號(hào)原料煤的產(chǎn)品流量；A3為配后煤的目標(biāo)灰分；Q3為配后煤的目標(biāo)流量，Q3=Q1+Q2。

所以想要得到的目標(biāo)灰分A3=(A1Q1+A2Q2)/（Q1+Q2）必須存在A2≥A3≥A1的條件，配煤才有實(shí)際意義，只要滿足此條件，都可以通過增加和減小Q1、Q2來達(dá)到希望的A3。

3 控制策略

配煤灰分的調(diào)節(jié)主要是靠對(duì)給煤量的控制來完成的，因而確立一種合理的煤流量控制方案是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配煤智能化控制的關(guān)鍵，根據(jù)煤質(zhì)指標(biāo)具有線性相加的特點(diǎn)，煤流量變化必然會(huì)引起配后煤灰分的變化，通過對(duì)煤流量的調(diào)節(jié)，使配后煤灰分保持在允許范圍內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)灰分的控制，控制方案如下：

3.1 配置參數(shù)

通過上位機(jī)管理系統(tǒng)選擇路線，目標(biāo)運(yùn)量、灰分值、煤倉(cāng)料位上下限等參數(shù)，將設(shè)定好的參數(shù)同步與下位PLC；如果無人操作上位機(jī)，可在PLC上進(jìn)行參數(shù)配置，并將結(jié)果同步到上位機(jī)，具體參數(shù)見下頁(yè)圖2。

圖2 控制參數(shù)

3.2 各設(shè)備集中啟停

安裝逆煤流啟動(dòng)和順煤流停止的方式運(yùn)行，上下級(jí)設(shè)備具有閉鎖功能，只有在下級(jí)設(shè)備可靠啟動(dòng)后，PLC才能輸出上級(jí)設(shè)備的啟動(dòng)命令，實(shí)時(shí)采集運(yùn)輸過程中的跑偏、打滑、堆煤、設(shè)備異常等故障，PLC將按閉鎖關(guān)系停止設(shè)備或發(fā)出故障報(bào)警，將故障信息同步到上位機(jī)管理系統(tǒng)。

3.3 主循環(huán)程序

設(shè)備正常啟動(dòng)后，給煤機(jī)首先按初始配置輸出，PLC根據(jù)皮帶實(shí)時(shí)的運(yùn)量和灰分值在線調(diào)節(jié)給煤機(jī)變頻器的頻率，使其給煤量逐步達(dá)到目標(biāo)灰分的最佳點(diǎn)，同時(shí)PLC每隔10 s讀取灰分儀的測(cè)量值，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)變頻器，使灰分始終保持在最佳點(diǎn)。當(dāng)皮帶累計(jì)運(yùn)量達(dá)到要求時(shí)，給煤機(jī)停止給煤，并將皮帶上的煤拉空。

4 應(yīng)用效果

華陽(yáng)一礦選煤廠通過對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)精準(zhǔn)配煤改造，改造后系統(tǒng)允許操作人員在控制室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行相關(guān)的灰分、流量、累計(jì)量等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控。通過近一年的運(yùn)行，混合煤的平均灰分穩(wěn)定率由改造前的25%～65%，穩(wěn)定到目前的42%左右，項(xiàng)目不僅減輕了煤礦工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，更是保證了配煤煤質(zhì)參數(shù)的穩(wěn)定性，提高了煤炭生產(chǎn)質(zhì)量。