選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王建美

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司技術(shù)中心， 山西 太原 030053）

引言

選煤廠煤泥壓濾系統(tǒng)依靠煤料料漿重力、入料壓力以及空氣壓縮機(jī)壓力的共同作用，使得煤料料漿在過濾介質(zhì)兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，實(shí)現(xiàn)固液分離，濾除煤泥，過濾液水循環(huán)利用。選煤廠煤泥壓濾系統(tǒng)的作用對(duì)象可為原煤、精煤、尾煤等，使得過濾后的煤料含水率低，應(yīng)用價(jià)值高[1-2]。煤泥水壓濾控制系統(tǒng)雖然工藝簡單，但涉及的設(shè)備多，設(shè)備之間的控制邏輯復(fù)雜，協(xié)同控制實(shí)時(shí)性高，互鎖關(guān)系強(qiáng)，因此，研究選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)具有重要的意義。目前，選煤廠煤泥壓濾控制系統(tǒng)存在的主要問題有[3-4]：智能化程度不高，過濾料漿濃度、壓榨時(shí)間等都需人工查看并依靠人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作，工作效率低，質(zhì)量差；系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性差、安全性不高，入料泵運(yùn)行頻率、料漿濃度等的不當(dāng)操作都有可能堵塞管路并對(duì)設(shè)備造成機(jī)械沖擊，破壞設(shè)備安全可靠運(yùn)行。如該系統(tǒng)中通信系統(tǒng)不完善，無法全面、實(shí)時(shí)監(jiān)控煤泥壓濾控制系統(tǒng)運(yùn)行，因此，綜合應(yīng)用CAN 總線通信技術(shù)、控制器技術(shù)以及傳感器技術(shù)，設(shè)計(jì)了選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)，制定了煤泥壓濾控制系統(tǒng)的無人化、少人化設(shè)計(jì)方案。

1 煤泥壓濾過程分析

選煤廠煤泥壓濾控制系統(tǒng)的典型任務(wù)包括壓緊、進(jìn)料、壓榨、吹風(fēng)、卸荷、松開、取拉板。壓緊任務(wù)是指控制系統(tǒng)通過控制油缸活塞桿、放氣閥、壓緊電磁閥、泵站溢流閥、泵站電機(jī)等使得濾板間的壓力達(dá)到設(shè)定壓力，實(shí)現(xiàn)壓緊過程。進(jìn)料任務(wù)是指壓濾設(shè)備維持壓緊狀態(tài)后，控制系統(tǒng)控制進(jìn)料泵、進(jìn)料閥、旁通閥、放氣閥的啟停、開合完成料漿進(jìn)料。壓榨任務(wù)是指控制系統(tǒng)通過控制壓榨泵、壓榨閥、放氣閥等經(jīng)推板進(jìn)氣口輸入壓縮空氣壓榨濾餅，延時(shí)后轉(zhuǎn)入自然吹風(fēng)狀態(tài)。吹風(fēng)任務(wù)即將進(jìn)料管中殘留的泥漿使用高壓氣吹入煤泥水槽，控制系統(tǒng)需控制吹風(fēng)泵、放氣閥、進(jìn)料閥以及旁通閥，且需控制放氣閥與進(jìn)料閥的互鎖關(guān)系[5-6]。卸荷任務(wù)即將濾板內(nèi)腔的高壓狀態(tài)集中釋放，使得濾板穩(wěn)定松開，控制系統(tǒng)需控制卸荷閥、排空閥并啟動(dòng)刮板輸送機(jī)準(zhǔn)備卸荷。松開任務(wù)即使得壓緊板返回原位，控制系統(tǒng)需控制壓緊電磁閥、放氣閥、溢流閥等，卸荷任務(wù)完成后才能進(jìn)行松開任務(wù)。取拉板任務(wù)即控制軌道小車進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)將濾板拉開，使得壓縮后的煤料依靠自身重力轉(zhuǎn)送至刮板輸送機(jī)。

2 方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖見下頁圖1 所示。煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場傳感器數(shù)據(jù)的采集與處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)入料泵、變頻器、壓濾機(jī)、壓風(fēng)機(jī)以及各種電磁閥的狀態(tài)監(jiān)測與智能控制，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控平臺(tái)的CAN 總線通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤泥壓濾控制系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。現(xiàn)場檢測單元主要由壓力傳感器、流量傳感器、濃度傳感器等組成，用于實(shí)時(shí)測量煤泥壓濾系統(tǒng)的油溫、液位、管內(nèi)流量、管內(nèi)壓力等數(shù)據(jù)，將電壓或者電流信號(hào)傳送至智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能控制。煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)壓濾系統(tǒng)的自動(dòng)閉環(huán)運(yùn)行，對(duì)壓濾、壓風(fēng)設(shè)備的啟停、加載、卸載等過程進(jìn)行無人化管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)、安全、閉鎖運(yùn)行；實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)、檢修四種工作模式安全、可靠運(yùn)行；實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的集中采集和顯示；實(shí)現(xiàn)壓濾、壓風(fēng)、入料、壓榨等過程參數(shù)的自定義設(shè)置和自動(dòng)設(shè)置；實(shí)現(xiàn)壓濾、檢測、輸送環(huán)節(jié)的連鎖、互鎖關(guān)系；實(shí)現(xiàn)入料、壓榨環(huán)節(jié)的恒壓控制。

圖1 選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)硬件部分涉及的核心部件主要包括控制系統(tǒng)、變頻器、監(jiān)控平臺(tái)、傳感器以及壓濾機(jī)、壓風(fēng)機(jī)、泵站電機(jī)等。根據(jù)煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)工藝流程對(duì)通信模式、數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)、模擬量輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，選用西門子CPU315-2PN/DP 為 控 制 系 統(tǒng)[7]，擴(kuò) 展SM321、SM322、SM331 以及PS307-10A 模塊共同組成煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)，輸入、輸出地址分配表見表1 所示。根據(jù)煤泥壓濾控制系統(tǒng)電機(jī)運(yùn)行實(shí)際電流、控制方式、負(fù)載特性，并對(duì)變頻控制的壓縮機(jī)、入料泵的額定功率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，選用西門子MICROMASTER 440 變頻器，額定輸出功率為90 kW，額定輸出電流為178 A，滿足煤泥壓濾變頻控制要求[8-9]。煤泥壓濾控制系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)選用昆侖通態(tài)的TCP1063K 上位機(jī)，該上位機(jī)為高性能、低功耗10.2 英寸TFT 液晶顯示工控機(jī)，支持CAN 總線通通信，可與西門子控制器直接通訊連接，可自動(dòng)讀寫傳感器、變頻器等設(shè)備數(shù)據(jù)[10]。

表1 選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)硬件I/O 地址分配

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)根據(jù)煤泥壓濾過程分為系統(tǒng)初始化模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集與處理模塊、壓緊過程處理模塊、進(jìn)料過程處理模塊、壓榨過程處理模塊、吹風(fēng)過程處理模塊、卸荷過程處理模塊、松開過程處理模塊、取拉板過程處理模塊以及故障報(bào)警處理模塊等，基于博途軟件平臺(tái)，采用ST 語言編程實(shí)現(xiàn)。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

將設(shè)計(jì)的選煤廠煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)在某選煤廠進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，從2020 年6 月—12 月，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中的核心數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如表2 以及表3為使用該方案以及原方案的循環(huán)水濃度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表。由表2 以及表3 可知，采樣本方案后，實(shí)測濃度、理論煤泥含量、煤烘干重量以及理論煤泥量與煤烘干量之間的差值都有明顯降低，提升了煤泥壓濾處理的質(zhì)量和效率。

表2 優(yōu)化前循環(huán)水濃度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

表3 優(yōu)化后循環(huán)水濃度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

隨著選煤廠智能化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，煤泥壓濾智能控制系統(tǒng)越來越受到重視，實(shí)現(xiàn)了煤泥壓濾系統(tǒng)的少人化、無人化，保證設(shè)備安全、高效作業(yè)；降低了煤泥壓濾系統(tǒng)的作業(yè)成本，實(shí)現(xiàn)了精簡增效；優(yōu)化了控制系統(tǒng)和工序，提高了煤泥壓濾的生產(chǎn)效率。該方案有效解決了原煤泥壓濾系統(tǒng)存在智能化程度低、穩(wěn)定性差、通信接口復(fù)雜的問題，提升了煤泥壓濾系統(tǒng)的智能化水平。