呂家坨洗煤廠密控系統改造分析

呂勇

（開灤能源化工股份有限公司煤炭洗選加工中心呂家坨洗煤廠，河北唐山063107）

1 引言

隨著國家經濟改革的深入，企業為適應市場競爭，必須進一步提高產品的質量，降低生產成本，提高全員工作效率。洗煤廠合格介質液密度控制方面自動化水平的高低對保證洗煤產品質量、降低生產成本、提高生產效率有著極其重要的意義。

2 呂家坨洗煤廠密度控制系統簡介

呂家坨洗煤廠配置立輪（1.8、1.4兩個系統）、旋流器分選系統（旋流器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個系統）。目前使用的控制原理如下：

重介立輪、旋流器系統由呂家坨洗煤廠介質庫提供配制的介質（洗煤工配倉，經923泵手動添加，比重較低）進1.8合格介質倉（1.4合格介質倉介質由1.8分流提供）和旋流器三個系統的合格介質倉，加介時，只有1.4系統可使用手動添加執行機構，其余全部為手動瓦路。

呂家坨洗煤廠加水執行機構通過對比密度的實際值和給定值來進行PID調解，如果測量密度大于設定密度值，加水閥打開，開始加水，降低合格介質倉內的懸浮液密度；如果測量值等于設定值加水閥保持開度不變；如果測量值小于設定值，加水閥關閉。如果倉位高需要調節分流板來提高比重，如果倉位較低則需要手動加介。[1]

分流機構通過調度員在上位機組態界面中人工輸入設定機構開度值，機構根據設定開度動作。

3 呂家坨洗煤廠密控系統的運行狀況總結

呂家坨洗煤廠密度控制系統沒有高密度介質倉，加介管路添加高密度介質極易堵塞，只能加低密度介質，人工添加時間滯后，降低密度調節速度，加介機構由于易損壞已經改成手動瓦路，未能實現自動添加介質調整比重。

旋流器Ⅰ加水執行機構動作頻率高，閥門易損壞，呂家坨洗煤廠技術人員調節程序后發現動作頻率降低對洗煤生產有影響，機構硬件與程序有矛盾。其他加水執行機構運行正常。

由于倉位顯示已損壞不能使用，無法保證司機對各介質倉位的監視；磁性物含量測定裝置未接入密控系統，懸浮液中含有較多的細粒煤泥時，無法及時檢測并排除，影響旋流器分選效果。以上因素導致分流機構不能自動運行，開度調節靠調度室控制開度，密度調節速度慢。

目前重介密度控制系統為歐姆龍CS1G系列PLC，存在元件老化、過時，備件補充困難的問題。

針對以上情況呂家坨洗煤廠制定了以下改造方案。

4 改造方案

①重新設計介質庫加介倉的配料方式，把原有介質庫兩個介質倉用途分工，1#倉用來配倉為2#倉提供高密度介質，2#倉設計為高密度介質倉，加循環泵在介質庫打小循環，同時配備上料泵在合格介質倉需要時為合格介質倉加介。并為每個系統（立輪1.4、1.8兩系統以及旋流器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個系統）重新加裝加介執行機構，使高密度介質能夠按要求進入各系統合格介質倉（要求組態界面可以調節加介機構開度）。

②把加水執行機構位置改到上料泵入料管上（目前加水執行機構安裝在各介質倉上方），方便快速調節密度值。各倉配置倉位計，參與密度調節的自動控制。

③為每個系統（立輪1.4、1.8兩系統以及旋流器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個系統）重新加裝磁性物含量監測裝置，以方便洗煤工監測合格介質中的細粒煤泥量，當磁性物含量測定達不到要求時，能及時提醒洗煤工及時調節分流機構開度。

④對立輪1.4系統以及旋流器Ⅲ系統，分別加裝一套壓差式密度計與現場原有阿姆德爾密度計并聯使用，并在組態界面中同步加入壓差式密度計和密度信號選擇按鈕，以便在洗煤過程中通過密度選擇按鈕的狀態來選擇使用兩種密度計中的一種密度信號。（此項裝置安裝目的是為實驗淘汰放射性密度計）

⑤重新設計制作重介密度自動化控制系統包括：硬件設計安裝，軟件編程。自動控制系統硬件使用西門子S7-300PLC及配套設備，要求洗煤工操作室安裝上位機一套，并要求上位機通過組態軟件設計形象、直觀利于洗煤工操作的組態界面。通過可靠的通訊方式與和PLC（可編程控制器）進行通訊。便于洗煤工對各介質倉液位、磁性物含量、密度、各機構的開度的監視和控制，同時對調度室原有密控界面進行改造，與洗煤工操作室新界面一致，起到監視的作用，并有報警提示功能。同時組態軟件能自動繪制各系統密度曲線，并有保存密度曲線的功能，最少保存一周。為每個系統（立輪1.4、1.8兩系統以及旋流器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個系統）重新選擇加水、加介、分流執行機構和倉位監測裝置，加介、分流執行機構的具體位置需設計方現場確定。其中加介、加水閥和液位計必須選用進口設備；分流機構建議使用箱式擋板結構。

⑥密控軟件設計要求。a控制要求實現通過密度計測量的密度值與密度給定值的比較自動調節機構動作。加水閥通過PID進行控制，如果測量密度大于設定密度值，加水閥打開，開始加水，降低進入泵內的懸浮液密度；如果測量值等于設定值加水閥保持開度不變；如果測量值小于設定值，加水閥關閉，這時需要調節分流閥來進行控制。b分流機構既受密度控制又受介質桶內液位控制。若介質桶內液位高于80%，那么分流機構全開，減少進入到介質桶內的水量，起到控制介質桶液位的目的，待介質桶內液位低于70%時，分流機構開始受密度控制；若介質桶內液位低于35%時，則分流機構全關，防止介質桶內液位過低，等到介質桶內液位高于40%的時候，分流機構再次受密度控制。特殊情況，如果設定值大于測量值0.01g/cm3，則分流機構開40%。c要求密控系統測量精度在0.01-0.005g/cm3。

⑦加介、加水、分流機構除具備以上自動狀態的同時，都設半自動狀態和手動狀態，在半自動狀態下可在上位機組態界面中人工輸入設定機構開度值，機構根據設定開度動作。在手動狀態下，由洗煤工通過現場按鈕箱控制機構開度。

⑧另外加水、加介管路上除配有執行機構控制開度外，還要加裝手動閥門方便機構損壞時的手動控制。

5 主要設備技術要求

①密度控制系統應以獨立PLC控制為核心，PLC可編程序控制器應選用德國西門子（SIEMENS）S7-300PLC及模擬量，數字量輸入、輸出模板，它具有防塵、抗震等功能，輸入輸出通道采用光電隔離，能有效抑制干擾，提高整個系統的可靠運行。

②執行機構及倉位計應有以下要求：

加介、加水閥：使用美國TYCO-F20執行機構或德國AUMA部分回轉執行機構，其中加水閥部分程序編制時，要求保證密度曲線平滑的同時，保證加水閥不能頻繁動作。

分流執行機構：使用箱式擋板結構。

液位計：使用西門子妙聲力液位計，并配遙控器和液位顯示儀表，其中液位顯示儀表接外部報警設備。

③磁性物含量檢測裝置基本要求：測量范圍：0—1000g/L。測量精度：±1%。輸出信號：4—20mA。

④工控機。要求洗煤工操作室安裝上位機一套，并要求上位機通過組態軟件設計形象、直觀利于洗煤工操作的組態界面。通過可靠的通訊方式與和PLC（可編程控制器）進行通訊。便于洗煤工對各介質倉液位、磁性物含量、密度、各機構的開度的監視和控制，同時對調度室原有密控界面進行改造，與洗煤工操作室新界面一致，起到監視的作用，并有報警提示功能。同時組態軟件能自動繪制各系統密度曲線，并有保存密度曲線的功能，最少保存一周。

⑤壓差式密度計基本要求：測量范圍：0～5g/cm3；測量精度：0.001g/cm3；輸出信號：4～20mA。

⑥信號電纜全部采用屏蔽電纜，銅屏蔽層，并留有檢修備用芯。

6 結語

“科學技術是第一生產力”，而自動化技術又是新技術革命的前沿陣地，設計合理，運行可靠地自動化系統將成為企業內部的信息高速公路，是實現企業高速運行不可缺少的手段，同時，也是一個企業發展必不可少的堅實基礎和立足市場的有效保障，因此我們要充分認識自動化系統的重要性，抓好企業的自動化建設。