PLC在跳汰機風閥控制中的應用

董衛峰

(太原煤炭氣化有限責任公司，山西 太原 030024）

1 原理概述

跳汰選礦是指：物料在垂直升降的變速水流中，按密度進行分層和分選的過程。目前廣泛使用的空氣脈動跳汰機的工作原理是壓縮空氣經風閥控制，交替地壓入和排出篩板下面的密閉空氣室；給入壓縮空氣時，跳汰機中的水位被強制抬升；當室內的壓縮空氣排出時，則在重力作用下物料和水位下降；由于密度差異，物料在跳汰室的上下脈動水流中進行松散、分層，最終實現物料的分選操作[1]。

圖1 電磁風閥工作系統結構

電磁風閥裝置是跳汰機的主令控制裝置，可對跳汰周期（進氣、排氣的時間間隔）進行調整，從而精確控制脈動周期和吸綴過程，獲得良好的床層松散度和精度較高的分選效果。電磁風閥裝置主要由氣路系統、數控裝置、進排氣電磁風閥等組成，見圖1。氣路系統包括高壓風管和低壓風管，高壓空氣用于進排氣電磁閥的驅動，低壓空氣則是工作介質，用于推動水流和物料上下脈動。數控裝置是風閥的風水控制系統。進排氣風閥的通、斷使高壓空氣（0.4～0.6 MPa）按給定程序向進、排氣蓋板閥氣缸交替進、排氣，帶動進、排氣蓋板開啟或關閉，實現低壓空氣（0.035～0.05 MPa）周期性地進入跳汏室，形成脈動水流，鼓動洗水完成跳汰過程。PLC(Programmable Logic Controller)可編程序控制器是以微處理器為核心的通用工業控制裝置，具有體積小、可靠性高、功能強、編程簡單、使用維護方便等優點，得到廣泛應用。本文采用PLC實現跳汰機風閥控制的原理，見圖1。

2 系統結構

圖2為控制系統的結構框圖。撥碼開關選用OMRON公司的A7BS型，其輸出為8421四位二進制編碼，24 V直流供電。撥碼開關共6組（5個跳汰室各一組，跳汰頻率的一組），跳汰室的5組中每組由4對組成，每對中又分為個位和十位，用來調節各跳汰室的進氣開始、進氣結束、排氣開始、排氣結束的時長（在整個跳汰周期中的百分比時刻）。跳汰頻率的一組撥碼開關也由個位和十位組成，用于調節跳汰機的跳汰頻率。

選通送數電路為二進制解碼電路，由74LS138譯碼器、74LS240驅動器、2003反相器組成，其作用是將PLC提供的編碼信號解碼為11路選通信號，每路選通信號選通兩組撥碼開關，依次讀入相應風閥控制參數。選通送數由送數按鈕控制，當調節好各跳汰參數和跳汰頻率后，按下送數按鈕，PLC依次選通各組撥碼開關，將跳汰參數采集、并更新程序控制過程。系統輸出包括輸出電路、電磁風閥、顯示裝置。輸出電路板采用固態繼電器輸出，它有極快的開關速度，并有內部的光電隔離，實現了強弱電的隔離。顯示裝置采用紅、綠發光二極管，能動態顯示電磁閥的通斷情況[2]。

圖2 系統結構

控制使用三菱公司的FX2N-48MT可編程序控制器，開關量輸入24點，開關量輸出24點，輸出類型為晶體管輸出，可滿足高頻率輸出信號的要求。本系統共有17個開關量輸入，12個開關量輸出。其中16個為各跳汰室撥碼盤的BCD碼輸入，可同時接受一次選通的兩組撥碼開關的16位BCD碼；尚有1個為送數按鈕的輸入。輸出端的前10個控制五個跳汰室的進排氣閥，每兩個分別控制一個跳汰室的進氣和排氣閥（當輸出端為1時，控制閥打開；為0時，關閉）；后4個為選通信號輸出端，輸出四位二進制編碼信號，用于選通6組21對撥碼開關。上位機通過RS232通訊適配器與PLC，并由組態軟件實現跳汰過程動畫顯示。整個系統由人工設定撥碼開關的跳汏參數，PLC控制選通送數電路和輸入電路采集設定參數，由程序實現跳汰的邏輯控制。

3 軟件設計

軟件系統由初始化程序、選通送數子程序、主程序組成[3]，見圖3。1）初始化程序用于對各跳汰控制計數器和定時器賦初值。2）選通送數子程序在送數按鈕按下后調用一次，由PLC輸出選通信號，依次讀取各風閥參數和跳汰頻率，然后計算跳汰周期及控制風閥的計數器和定時器的值，并賦值給主程序中的計數器和定時器。選通送數子程序還有輸入跳汰參數的自動判別功能；當輸入參數不符合跳汰過程的前后邏輯時間時（如排氣閥門的打開時刻早于進氣閥門的關閉時刻，此時會造成風閥內部的氣路短路），自動保留正在使用的跳汰參數，并提醒操作者重新輸入合適參數。3）主程序采用定時中斷子程序控制各電磁閥的動作，見圖4。中斷子程序根據設定的跳汰頻率f，算出跳汰周期t，將其分成100份，其百分之一作為定時中斷時間間隔。在達到相應的電磁風閥所要求的打開（或關閉）時刻（即進氣開始、進氣結束、排氣開始、排氣結束的時刻）時，PLC輸出相應控制信號。4）為了防止跳汰風量的不足，程序尚可實現跳汰I段（包括I、II跳汰室）、II段（包括III、IV、V跳汰室）的跳汰反相（I段進氣時，II段排氣；I段排氣時，II段進氣），可保證跳汰機在風量不足情況下的不間斷工作。程序對所有跳汰參數設有掉電保護措施，當重新上電時，自動恢復掉電前所設置的參數。

圖3 系統程序框圖

圖4 主程序框圖

4 結束語

跳汰機電磁風閥采用可編程序控制器控制后，跳汰過程可靠性高、操作簡單、維護工作量小，克服了以往單片機控制系統存在的可靠性和穩定性低等缺點，為洗煤廠的可靠運行起到重要保障作用。

[1] 李洪慶.跳汰機風閥自動控制[J].選煤技術,1999(5):33-36.

[2] 李軍利,黃艷芳,熊詩波.跳汰機電磁風閥的PLC控制[J].煤礦機械,2001(2):48-52.

[3] 侯玉剛,于春風.基于PLC跳汰機控制系統的研制[J].中國煤炭,2007(8):56-60.