基于PLC的精準配煤系統研究與應用

鮑勇豪

（山西省陽泉市高新區山西華鑫電氣有限公司，山西 陽泉 045000）

引言

選煤廠是煤炭加工的源頭，選煤廠配煤任務非常繁重。但是目前各選煤廠人工目測配煤和人工確定配煤比例的方式精度較低，勞動強度大，配煤比例不容易控制，通過一套精確的配煤系統來保障配煤量準確性，則不僅保證了配煤煤質參數的穩定性，更能節省大量的優質煤源，同時減少了煤質罰款，保證了用戶需求，使企業效益最大化。

1 系統工作原理

為保證配煤質量，方案采用計算機控制技術、煤質在線監測技術、變頻技術和先進過程控制理論，實現對配煤過程的優化控制，來提高配煤產品質量。配煤系統采用電子秤和無源灰分儀進行數據采集，計算機根據建立的配煤模型進行配比計算后控制PLC進行電機、皮帶順序的啟停與運行速度控制，實現生產中的程煤倉上實時精準配煤，如圖1所示。

圖1 系統工作原理圖

2 系統模型

由于混煤煤質特性與各單煤之問并非簡單的加權關系，而是呈現復雜的非線性關系。如果只單純考慮它們之間的線性關系，不能反映出它們之問的真實關系，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學公式表達：

式中：A1為1號原料煤的產品灰分；Q1為1號原料煤的產品流量；A2為2號原料煤的產品灰分；Q2為2號原料煤的產品流量；A3為配后煤的目標灰分；Q3為配后煤的目標流量，Q3=Q1+Q2。

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

3 控制策略

配煤灰分的調節主要是靠對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現自動配煤智能化控制的關鍵，根據煤質指標具有線性相加的特點，煤流量變化必然會引起配后煤灰分的變化，通過對煤流量的調節，使配后煤灰分保持在允許范圍內，最終實現對目標灰分的控制，控制方案如下：

3.1 配置參數

通過上位機管理系統選擇路線，目標運量、灰分值、煤倉料位上下限等參數，將設定好的參數同步與下位PLC；如果無人操作上位機，可在PLC上進行參數配置，并將結果同步到上位機，具體參數見下頁圖2。

圖2 控制參數

3.2 各設備集中啟停

安裝逆煤流啟動和順煤流停止的方式運行，上下級設備具有閉鎖功能，只有在下級設備可靠啟動后，PLC才能輸出上級設備的啟動命令，實時采集運輸過程中的跑偏、打滑、堆煤、設備異常等故障，PLC將按閉鎖關系停止設備或發出故障報警，將故障信息同步到上位機管理系統。

3.3 主循環程序

設備正常啟動后，給煤機首先按初始配置輸出，PLC根據皮帶實時的運量和灰分值在線調節給煤機變頻器的頻率，使其給煤量逐步達到目標灰分的最佳點，同時PLC每隔10 s讀取灰分儀的測量值，實時調節變頻器，使灰分始終保持在最佳點。當皮帶累計運量達到要求時，給煤機停止給煤，并將皮帶上的煤拉空。

4 應用效果

華陽一礦選煤廠通過對現有設備進行自動精準配煤改造，改造后系統允許操作人員在控制室對現場運行相關的灰分、流量、累計量等數據進行實時監測與監控。通過近一年的運行，混合煤的平均灰分穩定率由改造前的25%～65%，穩定到目前的42%左右，項目不僅減輕了煤礦工人的勞動強度，改善工作環境，更是保證了配煤煤質參數的穩定性，提高了煤炭生產質量。