引言

壓濾機作為提高精煤產(chǎn)率以及保證濃縮池尾煤泥處理重要設(shè)備，壓濾機自動化控制水平的高低影響著商品煤銷售質(zhì)量、精煤回收率、尾煤泥處理和操作工的人數(shù)。壓濾機作為單機設(shè)備在自動運行方面已經(jīng)比較成熟，但在多臺壓濾機自動運行、有效檢測判斷壓濾機入料完成以及較多關(guān)聯(lián)設(shè)備的自動運行等方面，是當(dāng)前選煤廠自動控制的發(fā)展方向。傳統(tǒng)壓濾機及關(guān)聯(lián)設(shè)備采取儀表監(jiān)控、經(jīng)驗判斷、集控開啟的控制方式進行操作，對于作業(yè)人員的素質(zhì)及數(shù)量均有較高要求，亟需通過自動化設(shè)計來改善操作流程。

1 、壓濾機聯(lián)機控制的提出

壓濾機的單機能夠?qū)崿F(xiàn)壓緊、過濾、壓榨、反吹、松開的自動控制，但其中的入料環(huán)節(jié)需要人工進行干預(yù)，同時為保證壓濾機煤泥產(chǎn)品的水分達(dá)標(biāo)，一般采取人工經(jīng)驗判斷，即查看濾液水嘴滴水不成線的狀態(tài)，來判斷壓濾機入料結(jié)束，人工干預(yù)后進入壓濾機卸料程序。在壓濾機工作的環(huán)節(jié)還需人工查看料池液位的情況、壓濾機下級運輸設(shè)備因壓濾機入料而進入的水分卸空的問題，下級運輸設(shè)備開停的問題，精煤泥與精煤主運皮帶均質(zhì)卸料的問題。隨著各選煤廠控員提效的主觀要求以及自控水平的不斷提高，能夠利用技術(shù)手段實現(xiàn)多臺壓濾機在程序參控下，進行自動入料、自動卸料、均勻使用、自動控制運行，作業(yè)方式由操作轉(zhuǎn)變?yōu)檠矙z是發(fā)展的方向。

2壓濾機聯(lián)機控制因素解決

2.1 聯(lián)機控制流程要求

蔣莊煤礦選煤廠浮選系統(tǒng)壓濾關(guān)聯(lián)設(shè)備共有 4臺精煤高效壓濾機，4 臺壓濾機入料泵，壓濾機精礦料池，每臺壓濾機對應(yīng)一臺刮板運輸機，所有煤泥集中到總刮板輸送機運輸至精煤主運皮帶。正常生產(chǎn)情況下，總運輸刮板機常開，其余設(shè)備均為輪流啟動。增設(shè)微細(xì)流量傳感器 （計） 與刮板機、泵、料位計做聯(lián)動程序，實現(xiàn)壓濾機聯(lián)機循環(huán)啟動。在正常生產(chǎn)情況下，通過自控程序，結(jié)合入料池 （筒） 料位情況，實現(xiàn)渣漿泵自動入料，壓濾機入滿料時 （通過微細(xì)流量 + 延時設(shè)定） 實現(xiàn)自動停泵，如果流量計不準(zhǔn)或者來料不穩(wěn)，可以人為干預(yù)進行入料結(jié)束判斷并且不會影響自動運行程序。壓濾機下級運輸設(shè)備正轉(zhuǎn)與壓濾機卸料程序進行閉鎖。執(zhí)行卸料程序時，刮板機首先進行反轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)時間可設(shè)定） 卸水，后自動正轉(zhuǎn)等待壓濾機執(zhí)行卸料程序。卸料時在程序控制下實現(xiàn)各壓濾機依次卸料，同時保證精煤泥在精煤主運皮帶均勻參混，4 臺刮板機不同時卸料。卸料完成后，壓濾機按照相應(yīng)順序依次實現(xiàn)入料。通過雷達(dá)料位計監(jiān)測料池液位并將料位參控，設(shè)定料池料位的上下限位值，當(dāng)料池料位低于下限位時，低液位保護啟動，停止各臺壓濾機入料進程。當(dāng)隨著料池料位逐漸增高，會依次開啟壓濾機，當(dāng)料池液位到達(dá)上限位時，壓濾機可以同時入料，隨著入料時間的延長，壓濾池液位會不斷降低并最終維持在一個穩(wěn)定的平衡值。系統(tǒng)可設(shè)置參控聯(lián)機壓濾機的臺次，以應(yīng)對生產(chǎn)系統(tǒng)失常和各類生產(chǎn)事故的處理。系統(tǒng)自動統(tǒng)計當(dāng)天每臺壓濾機的循環(huán)起始時間和循環(huán)次數(shù)，在正常生產(chǎn)情況下，通過程序設(shè)定均布各臺壓濾機的入料次數(shù)，并在系統(tǒng)內(nèi)提供按天、按班的歷史查詢功能。

2.2壓濾機入料完成的監(jiān)測

正常情況下判斷壓濾機入料完成監(jiān)測主要依靠人工判斷壓濾機濾液水嘴滴水情況判斷，存在較大誤差，經(jīng)常因人工判斷經(jīng)驗不足而導(dǎo)致精煤泥水分超出標(biāo)準(zhǔn)值的情況。自動控制改造中，應(yīng)用微細(xì)流量計替代人工判斷。在壓濾機入料管前安裝微細(xì)流量計，通過流量監(jiān)測和延時設(shè)計，完成壓濾機入料自動監(jiān)測，提高監(jiān)測精度。當(dāng)入料流量低于設(shè)定流量值并持續(xù) X 秒后，判定壓濾機入料完成，壓濾機入料泵自動停止，壓濾機進入壓榨吹風(fēng)過程。X 秒的設(shè)定主要是為了每班入料濃度的不同導(dǎo)致壓濾時間不同而方便調(diào)整，當(dāng)入料濃度低時，X 可設(shè)長，當(dāng)入料濃度高時，X可設(shè)短，實際想達(dá)到的效果是低于設(shè)定流量值即認(rèn)為已壓好，可以自動卸料。

2.3液位監(jiān)測與入料泵和壓濾機聯(lián)機啟動關(guān)聯(lián)控制

設(shè)定 4 臺壓濾機設(shè)備編號為 455～457 和 485。當(dāng)液位低于設(shè)定最低液位值時，壓濾機入料泵不啟動，當(dāng)液位高于最低液位設(shè)定值后，泵可以自動啟動入料。當(dāng)液位高于最低液位設(shè)定值后，智能系統(tǒng)判定壓濾機狀態(tài) （入料中、壓榨中、吹風(fēng)中、卸料中、等待卸料中，等待入料中、入料停止中），按設(shè)定好的優(yōu)先級進行入料。優(yōu)先級按照 455/456/457/485四臺順序判定。舉例 1，液位高于最低值 455 開始入料，液位仍升高于某一中間值 a 時 456 入料，液位繼續(xù)升高高于中間值 b 時，457 啟動，液位高于最高值時485 啟動。舉例 2，455/456 壓濾機狀態(tài)不可入料，457/485 狀態(tài)等待入料，此時液位繼續(xù)升高達(dá)到中間值 b 時，優(yōu)先判斷 457 入料，當(dāng)液位仍繼續(xù)升高達(dá)到最高值時，485 入料。當(dāng)壓濾池液位降低時，根據(jù)設(shè)定的液位值（最低值、中間值 a、中間值 b、最高值） 和優(yōu)先級進行停泵作業(yè)。舉例，455 正在卸料，456/457入料，485 因液位達(dá)到最高值開始入料，當(dāng)液位低于中間值 a 時，485 停止入料。即優(yōu)先停止最后壓濾機的入料，并將這種狀態(tài)標(biāo)記為入料停止中，系統(tǒng)內(nèi)保留記錄入料時間。當(dāng)液位升高需要啟動泵入料時，優(yōu)先啟動 485 泵。當(dāng)多臺壓濾機都在入料停止中狀態(tài)時，液位升高，優(yōu)先啟動入料時間長的那臺壓濾機。

2.4壓濾機與下級運輸設(shè)備控制環(huán)節(jié)

當(dāng)壓濾機吹風(fēng)結(jié)束，給信號刮板機進行反轉(zhuǎn)拉水，反轉(zhuǎn)完等待 Y 秒后刮板機進入正轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)一段時間后泄水電液翻板關(guān)閉，壓濾機開始卸料。卸料完成，壓濾機壓緊后，給信號泄水電液翻板打開。反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)之間的 Y 秒時間設(shè)定是為了避免正反轉(zhuǎn)太靠近導(dǎo)致切銷子，此時間可固定為 10 s。卸料過程為控制單位時間內(nèi)精煤皮帶中的煤泥量，在控制設(shè)計中要保證只能單臺壓濾機在卸料中，不能多臺同時卸料。壓濾機入好料，自動壓榨吹風(fēng)完，自動反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)拉水完，進入等待卸料中狀態(tài)，待上一壓濾機卸完料后，即可進入卸料狀態(tài)。因更換濾布或者其他突發(fā)情況，可將某一臺壓濾機從聯(lián)機啟動中消除，采用手動控制。如果因更換濾布或者其他原因打破壓濾機狀態(tài)，為恢復(fù)壓濾機自動控制狀態(tài)，可人為給定當(dāng)時的壓濾機狀態(tài)，然后將其連入聯(lián)機啟動自動程序。

3壓濾系統(tǒng)的硬件設(shè)計

該系統(tǒng)現(xiàn)場配備 1 臺采用西門子 1500 系列PLC 作為控制系統(tǒng)核心的控制柜。負(fù)責(zé)現(xiàn)場信號采集及控制處理。操作室配備一個含液晶顯示和觸摸屏的操作臺，用于監(jiān)視現(xiàn)場的運行情況。操作臺作為人機交互的窗口，負(fù)責(zé)顯示現(xiàn)場的運行情況和下發(fā)控制命令。PLC 柜，配備 96 點開關(guān)量輸入、64 點開關(guān)量輸出、16 路模擬輸入、485 通訊模塊以及核心交換機，負(fù)責(zé)現(xiàn)場各種信號的采集、控制命令的執(zhí)行以及自動控制。雷達(dá)料位計，采用德國 vega 料位計，精度高、可靠性強、惡劣環(huán)境適應(yīng)能力強，主要負(fù)責(zé)采集壓濾入料池的液位。電磁流量計，采用杭州聯(lián)測自動化有限公司制造的 LDG- LC 系列智能電磁流量計，具有壓損小、精度高等優(yōu)點，解決了壓濾系統(tǒng)中自動判斷入料結(jié)束難的問題。攝像儀采用海康威視的紅外高清攝像儀，用于采集現(xiàn)場的視頻信息。電機綜保用于讀取現(xiàn)場設(shè)備的電壓電流等信息。速度開關(guān)用于現(xiàn)場皮帶和刮板的速度保護。接近開關(guān)用于現(xiàn)場閘板的限位保護。跑偏保護裝置用于現(xiàn)場皮帶的保護。語音箱用于播報壓濾系統(tǒng)的各種保護以及流程信息。

4壓濾系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)程序分底層 PLC 控制程序和上層觸摸屏監(jiān)控程序。底層 PLC 程序采用西門子博圖 V13 編程平臺開發(fā)，具備模塊化程序結(jié)構(gòu)，能夠在不同的模塊中分別實現(xiàn)不同的任務(wù)，程序修改維護方便，調(diào)試簡單。上層采用屏通觸摸屏的 PM DesignerV1.2 編寫，具有可視化強、操作靈敏等優(yōu)點。系統(tǒng)為了克服模擬量在傳輸過程中產(chǎn)生的干擾，采用了每秒多次取值計算平均值的算法，同時每秒比較一次當(dāng)前平均值與上一平均值的差值，如果差值超過設(shè)定值，認(rèn)為當(dāng)前平均值無效。系統(tǒng)為了解決 4 套壓濾子系統(tǒng)不能同時卸料的問題，采用了計算機領(lǐng)域中堆棧的堆概念 （隊列優(yōu)先，先進先出）。當(dāng)某套壓濾子系統(tǒng)進入卸料階段時，核心控制器 PLC 判斷是否有其他子系統(tǒng)正在卸料。如果沒有，該壓濾子系統(tǒng)正常卸料；如果有，該子系統(tǒng)進入堆中等待。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)采用 FB 塊設(shè)計，易于移植，對于相同控制邏輯不同參數(shù)的被控對象，只要使用不同的 DB 塊，便可以方便的調(diào)用，大大降低了編程者的勞動強度，提高了效率。

5結(jié)論

（1） 壓濾機聯(lián)機自動控制系統(tǒng)可提高精煤回收率，按照原人工操作在正常生產(chǎn)條件下，每班次/8 h，應(yīng)用自控設(shè)計后可多產(chǎn)出精煤泥 15 t，每循環(huán)壓濾機可產(chǎn)出 7.5 t 精煤泥，按照每日 2 班次 280個工作日生產(chǎn)，年度可多產(chǎn)精煤泥 8 400 t。

（2） 壓濾機聯(lián)機自動控制系統(tǒng)能夠保證商品煤質(zhì)量。通過流量計監(jiān)測壓濾機入料優(yōu)于人工判斷，減少質(zhì)量事故的發(fā)生。該系統(tǒng)降低了作業(yè)人員工作量及作業(yè)人員數(shù)量，實現(xiàn)了單班次減少 1 人，工作人員可由操作型轉(zhuǎn)為巡檢型。

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作者:周俊喜教授，齊衛(wèi)東 教授，高文宇教授，陳傳海教授，仇慶敏教授，張 健 教授

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