基于PLC 浮選密度控制系統的設計與調試

鞏 曦

（西山煤電集團東曲選煤廠， 山西 古交 030200）

引言

當前，隨著煤炭節約和環保的要求越來越嚴峻，對原煤進行再加工，保證其滿足環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選煤，而重介質選煤的依據為懸浮液的密度。因此，實現對重介質選煤懸浮液密度的精準控制對最終洗選所得產品的質量尤為關鍵。在實際生產中，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 懸浮液控制系統的總體設計

1.1 浮選密度控制系統的必要性分析

某選煤廠采用三產品重介質旋流器為核心設備實現對原煤的洗選，其原煤洗選能力為150 萬t/a，對應的重介質洗選工藝流程如圖1 所示。

圖1 選煤廠重介質洗選工藝流程

如圖1 所示，經三產品重介質旋流器分選處理后產品中夾帶著大量的懸浮液，而后經脫介篩和分流箱進行再次處理后得到煤泥介質、稀介質以及合格介質等。總的來說，懸浮液密度為影響重介質旋流器分選效果的關鍵因素。因此，基于高效、精準的浮選密度控制系統實現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的總體設計

某選煤廠目前已初步實現對選煤工藝流程的集中控制，集中控制的核心為PLC 控制器。基于多個PLC 控制系統和以太網通信技術實現選煤廠的式中控制，根據其生產需求設置有重介分選站、浮選站、壓濾站以及裝車站等[2]。本節著重對重介分選系統中的懸浮液密度控制系統進行研究。鑒于某選煤廠懸浮液密度控制分系統與選煤廠集中控制系統相對獨立，且設備老化，本文節中從對原懸浮液密度控制系統的改造完成對浮選密度控制系統的設計。

依據懸浮液密度控制的原理，設計浮選密度控制系統的總體結構如圖2 所示。

圖2 浮選密度控制系統總體結構示意圖

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。將所采集到的模擬信號通過AI 模塊傳輸至PLC 控制系統，通過對比懸浮液密度實測值與給定值后經DO 模塊對泵前加水閥、桶內補水閥以及分流機構等進行控制，從而達到對懸浮液密度控制的效果。

2 浮選密度控制系統的硬件設計

2.1 PLC 控制器的選型

針對選煤廠浮選密度控制系統的核心為PLC控制器，結合本選煤廠集中控制系統所選型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、數字量輸出模塊為140DAO85300、數字量輸入模塊為140DAI75300、模擬量輸入模塊為140ACI4000。其中，模擬量輸入模塊主要是對現場同位素密度計、磁性物含量計等設備所采集數據進行傳輸；數字量輸出模塊是根據所采集的現場實時參數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等執行機構；數字量輸入模塊用于傳輸重介質旋流器的開關量；遠程通訊模塊用于與其他控制分系統和主站之間的通信，以實現選煤廠的集中控制[3]。

2.2 傳感器的選型

浮選密度控制系統控制依據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。課題組在調研市場及綜合對比的基礎上，浮選密度控制系統涉及到的傳感器選型如表1 所示。

表1 傳感器選型及關鍵參數

2.3 執行機構的選型

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

3 浮選密度控制系統的軟件設計

為保證浮選密度控制系統的實時性和精確性，本系統采用模糊控制算法和PID 控制算法相結合的模糊PID 控制方式。具體控制思路如下：當懸浮液密度大于設定值時，啟動加水閥并實時監測懸浮液的密度值，當與設定密度一致時加水閥關閉；當懸浮液密度小于設定值時，控制分流機構向合介桶補加磁性物質，與此同時實時監控懸浮液的密度值，當與設置密度一致時停止添加磁性物質，其對應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，根據重介質選煤集中控制系統需實時對重介質懸浮液的液位、煤泥含量等參數進行遠程監控，并對實際運行中出現的故障發出報警并作出相應的動作。為保證所設計懸浮液密度控制系統運行的可靠性和穩定性，在運行前期需對系統中合介泵、磁選機、固定篩、脫介篩、調節閥以及相關的分流機構等11 個設備進行調試，即對每個設備就地回路和遠程回路進行調試，并對調試中遇到的問題及時解決[5]。結合選煤廠集中控制的需求，針對重介質懸浮液密度控制設計如圖4 所示的控制界面。

圖4 重介質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可對重介質懸浮液的液位、密度進行實時監測，并根據監測結果控制補水閥的開度大小、分流箱的開度大小實現對懸浮液密度及液位的調整，以保證懸浮液密度為最佳確保最終的分選效果。

4 結語

重介質選煤為當前選煤廠最常見的洗選方式，其核心設備為重介質旋流器。重介質懸浮液的密度為影響分選效果的關鍵參數，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的設計，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。