加壓過濾機中微機電控系統在選煤廠中的實踐應用研究

富淵

（中煤大同能源有限責任公司選煤廠，山西 大同 037000）

加壓過濾機是一種煤炭洗選行業常用的煤泥去水設備。國外西德最早在20世紀60年代開始研究加壓過濾機，1985年年底，西德成功制造了世界上第一臺工業用加壓過濾機。我國從20世紀70年代中期開始研究加壓過濾機，煤炭科學院唐山分院最早開始研究，最早制造的山東省萊蕪煤礦機械廠，成為世界上第三家加壓過濾機生產廠家，后來逐步規模化生產，以滿足國內選煤廠生產需要。加壓過濾機主機部件部設在壓力容器內，里面潮濕、水汽大、條件惡劣；機構頻繁動作，閉鎖眾多。因此，電控系統要保證運行良好可靠，要適應整機環境，程序動作要迅捷，系統參數要穩定，控制過程要精準細致。中煤大同能源塔山選煤廠加壓過濾機工業控制機選用研華IPC-610L工控機，可編程序控制器選用美國AB公司的PLC SLC5組合，此IPC工業控制機的用戶界面簡單明了，采用的PLC可編程序控制器有非常高的穩定性和強大的邏輯運算功能，能夠滿足加壓過濾機工作特點的需要。既經濟又可靠，是理想的選配。

1 中煤大同塔山選煤廠概述

中煤大同塔山選煤廠位于南郊區塔山礦井主井工業場地內，山西省大同市西南12km南郊區口泉鄉上窩寨村，北靠鴉西二級公路，東0.5km為韓楊鐵路專用線。中煤大同塔山選煤廠是一座設計能力為240萬t/a的礦井型動力煤選煤廠。2008年8月建成投產。采用動篩跳汰機和兩產品重介有壓旋流器生產工藝，主要設備有動篩跳汰機、給煤機、皮帶運輸機、刮板輸送機、振動篩、離心機、加壓過濾機、旋流器、泵類設備等，采用計算機集中控制，大屏幕電視監控，產品為精煤、中煤、高嶺巖、矸石四個品種，生產工藝靈活、簡單，各工藝環節及質保均采用計算機自動檢測和控制，產品質量可隨著客戶的需求進行調整。選煤廠于2015年4月進行了改擴建，工程于2015年12月31日投入試運行，目前，系統生產能力穩定在1200～1500t/h，產品主要通過汽車和火車外運。業務涉及煤炭洗選、裝車發運、設備維修、配件加工、供熱供水等。

2 工藝系統

原煤由301號帶式輸送機運入主廠房，經破碎后由膠帶機運至主廠房，13mm以上塊煤進入動篩跳汰機和淺槽進行預排矸，13~0.75mm級原煤采用重介旋流器分選。0.75mm以下煤泥由TBS分選機和加壓過濾機及板式壓濾機回收。產品為精煤、中煤、矸石三種產品。精煤經汽車火車運輸銷往大同市周邊電廠及沿海港口，中煤、末矸石作為中煤塔山電廠原料用煤，大塊矸石外排倒掉。

3 控制系統

3.1 控制范圍

選煤廠控制系統始于主平硐井口房至原煤緩沖倉帶式輸送機、經原煤緩沖倉、原煤儲煤場、主廠房，終于產品煤倉、矸石倉及汽車裝車點和火車裝車點。生產系統分為幾個控制系統，原煤入原煤緩沖倉或原煤儲煤場系統；原煤儲煤場入原煤緩沖倉系統；動篩跳汰系統；兩產品重介旋流器分選系統；淺槽分選系統；加壓過濾機系統；濃縮系統，產品煤裝車系統。

3.2 硬件控制系統

在選煤廠設有集中控制室，作為全廠地面生產系統調度生產的中心。里面主要設備有控制操作臺，工業控制計算機，矩陣顯示器，電視系統監視器、調度電話系統等。控制主機選用施耐德Quantum系列PLC和IFIX4.0組態軟件對選煤廠生產進行控制和監視。系統采用控制以太網、MB+網或RIO網絡，采用主站和分站分開形式。主廠房低壓配電室設置主站；原煤系統、裝車系統、濃縮車間配電室及加壓過濾機和動篩跳汰機控制室設分站，各站之間通過控制以太網、MB+網或RIO網絡通信連接，并實時進行數據交換。所有設備采用集中、就地兩種控制方式。集中控制方式，設備啟車采用逆煤流方向啟車，停車采用順煤流方向停車。上下游相連的設備采用電氣聯鎖，當其中的某臺設備發生故障停止運行時，上游的設備停止啟動或運行。當系統在集中控制方式時，各設備不能進行就地開車操作，但集控室和現場都能操作停車。所有參控設備在就的狀態時，均可在就地實現單臺啟、停。

4 加壓過濾機

4.1 加壓過濾機結構特征及工作原理

加壓過濾系統由機械部分、電氣部分、壓風部分，入料部分幾部分組成，主要設備包括主軸、儲料槽、圓盤過濾機、加壓倉、濾扇清洗裝置、氣水分離器、刮板輸送機、液壓系統、潤滑系統、排料閘板、反吹裝置等，輔助機械包括低壓風機、高壓風機、入料用渣漿泵、濃縮池、渣漿泵、管道等部分。

加壓過濾機的圓盤過濾機放置在加壓倉內，過濾機由濾扇、槽體、攪拌、主軸組成。要處理的濃縮料液由入料泵給料，進入過濾機的槽體中，壓風機工作，將空氣壓縮后充入加壓倉內，通過主軸旋轉，將濃料液帶到濾盤上，通過分配閥形成壓差將濾扇上的濃料液水分排出，這樣，壓縮空氣發揮作用，將帶到濾扇上的濃縮料液中的水分通過過濾介質排出，而固體顆粒被過濾壓制到過濾介質上形成濾餅，隨著濾盤的旋轉，濾餅被壓干水分后，被運轉到卸料區時，反吹運行，濾餅被刮刀刮到倉內刮板輸送機中，被輸送到排料倉中，通過上下閘板的開閉，將固體顆粒物料間歇排出機外，整個處理過程無須人員操作，完全自動進行。

4.2 運行操作

在運行過程中，要保證料液的入料粒度在0～0.5mm，入料濃度200～350g/L，料液濃度太大要開啟補水泵加水稀釋，排料裝置能及時將加壓過濾機排出的物料運走。中煤塔山選煤廠加壓過濾機采用自動操作方式，手動操作，如需單獨操作個別設備，可用手動狀態下的就地按鈕操作，手動和自動狀態通過轉換開關切換，轉換開關打到就地側時，現場控制箱上的按鈕就可以單獨操作要操作的設備。低壓風機需單獨開啟和停止。

4.3 電控系統

中煤塔山選煤廠加壓過濾機采用PC-PLC組合控制方式。控制系統包括操作主機（上位機）、動力控制柜、電源柜（660VAC用戶）、PLC控制柜、現場控制箱、儀表和執行機構等組成。IPC工業控制機的用戶界面簡單明了，采用的PLC可編程序控制器有著非常高的穩定性和強大的邏輯運算功能。系統由計算機集中控制，進行數據檢測、通訊，集控操作簡單方便，參數監測調整，操作顯示提示及故障報警。操作臺的主要設備有工控機(IPC)、顯示器、UPS、鍵盤、鼠標；動力柜主要安裝設備的強電動力控制部分，柜內主要安設了主軸變頻器、斷路器、熔斷器、接觸器、熱繼電器等電氣設施。控制柜內安設了可編程序控制器、輸入輸出模塊、直流電源、中間繼電器、各執行機構、輸出保險等控制設施。電源柜內主要安設了動力變壓器(40KVA)、熔斷器、旋轉式隔離開關、電流互感器等電氣設施。

4.3.1 IPC工業控制計算機

中煤塔山選煤廠加壓過濾機采用臺灣研華工業控制機IPC610L主機，CPU選用INTEL P4 3.0G，采用RSVIEW32軟件組態。該工控機具有防塵、防振動、熱穩定性好、抗干擾能力強等優點，較單片機在通用性、可靠性、靈活性、易用性方面都有優勢。本廠使用的工控機對電源部分進行了重新設計，抗干擾能力顯著增強；主板新改進了有源主板和無源主板(主板上只保留總線；CPU、RAM和外設接口都變成獨立的插卡)，二者進行了有效結合；機架和結構提高了防護等級和系統可靠性；配有了專門的總線，具有更高的可靠性；新增了特殊功能的插卡，用于接續更多的模擬量、開關量；操作系統采用通用平臺，可以開發各類用戶所需的控制軟件。

4.3.2 PLC可編程控制器

中煤塔山選煤廠加壓過濾機采用美國AB公司的PLC SLC5是模塊化小型PLC系統，能滿足中等性能要求的應用。具有邏輯控制功能、定時控制功能、步進控制功能、數據處理功能、計數控制功能、通信聯絡功能、故障診斷功能(能夠對系統構成、硬件狀態、回路控制功能(A/D、D/A、PID)、指令的合法性、監控功能、停電記憶功能等進行自診斷功能）。模塊可進行組合，可以滿足不同要求的系統。PLC SLC5指令運算速度高，可達（0.6～0.1μs），采用了模塊化結構；算術運算采用浮點數運算；操作系統采用簡單的人機界面，無須編程，方便操控。RSVIEW32人機界面從PLC SLC5中取得數據，PLC SLC5實時監測用戶指定的指令，并傳送這些數據。PLC SLC5操作系統不斷地處理數據的傳送；CPU的自診斷功能對有錯誤和特殊系統事件（例如，更換模塊、報警、停電等等）能夠及時記錄；口令保護提升了安全方面，可有效地保護防止PLC被復制和修改。SLC5PLC設有操作方式選擇開關，采用鑰匙控制，當鑰匙拔出時，操作方式無法改變，防止非法刪除或改寫用戶程序和誤操作。PLC SLC5通信組態功能采用編程軟件Step 7的用戶界面來實現，組態簡單容易，只需一定電氣基礎知識的電氣工人可完成編程組態。除了上述功能外，還具有高電磁兼容性和強抗振動、沖擊性，能夠適應惡劣的工業環境。

4.3.3 IPC－PLC體系通訊

編程器、PC機、人機界面系統通過可編程序控制器SLC5的多點接口連接，同時，連接上位機和下位機聯絡控制體系通訊主要是網絡聯絡。本系統構成的關鍵重要點就是通訊網絡。本控制系統中，上位機主板上的PC適配卡配置的RS232通訊接口與下位機通過電纜進行多點接口網絡通訊。程序監控和編程分別利用工控軟件RSVIEW32所帶的MPI驅動，和SETP7編程軟件所帶的MPI驅動，實現上位機和下位機的通訊。

4.3.4 監控畫面

監控畫面由主畫面、子畫面、輔助畫面三種畫面組成。

（1）主畫面。主要包括加壓過濾機操作方式、邏輯控制系統、實時參數顯示、各類參數設定、報警表顯示、歷史運行趨勢等內容。

①操作方式。可分為手動控制、自動控制兩種，壓風操作分為反吹有、無選擇兩種，系統默認為自動，有反吹的情況下可進行啟車、停車、繼續。②控制系統。包括全部控制頁面，實時顯示整個加壓過濾機的工作狀況，可以進行啟車、停車、等待、繼續、消聲等操作，可進行自動控制、手動控制選擇及對應單個執行機構的操作,可打開參數設定畫面及其它子畫面。

（2）子畫面。在點擊控制按鈕時彈出，包括手動操作、自動選擇、加壓倉壓力設定、儲漿槽液位設定、反吹風包壓力設定、PID參數設定、主軸轉速設定等幾個方面內容。

（3）輔助畫面。有啟動畫面、單機操作畫面、提示畫面、宣傳畫面等內容構成。

4.3.5 調試操作

（1）當手動將控制柜上轉換開關打到調試側時，可在現場控制箱操作，在現場近距離操作觀察，缺點是所有操作沒有連鎖關系。

（2）當手動將控制柜上轉換開關打到程控側時，操作畫面上選擇手動方式，可手動操作各設備，這種操作有閉鎖關系，但是設備運行較慢且對現場情況不了解，存在安全隱患。選擇自動方式，各設備自行啟車運行，整個加壓啟車運行過程自動完成，操作人員主要是對運行狀態進行監視。操作者需要監視運行狀況及參數，包括儲漿槽液位、加壓倉壓力、下倉料位、排料周期、報警信息。自動運行過程中也可切換到手動操作，如停止入料泵、停止打料、停止主軸旋轉、停止刮板機運行等。自動過程中進行手動操作時，自動排料程序將停止執行，手動操作時間不可過長，如果時間比較長，要先打到等待狀態，再進行手動操作；手動操作結束可直接切換到自動，自動程序可記住原來的狀態而繼續往下一項程序進行；當入料、排料、上下級設備、壓力、輸送物料等出現問題時，加壓過濾機系統將自動切換到等待狀態，人員處理好后故障后，按下繼續按鈕可恢復正常自動運行。

5 結語

中煤塔山選煤廠加壓過濾機控制系統運行可靠、操作簡單、方便操作、事故率低，簡單直觀的人機界面操作有效地簡化了操作程序，大大減少了檢修人員、操作人員的工作內容，提高了操作人員的工作效率。