畢經(jīng)超 ， 張 銳 ， 朱 亮 ， 劉 向

（1.山東華魯恒升化工股份有限公司 山東 德州 253024；2.河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院，江蘇 南京 211100；3.中國(guó)華能集團(tuán)瀾滄江水電開(kāi)發(fā)有限公司，云南 昆明650214）

近年來(lái)，重介質(zhì)旋流器選煤技術(shù)[1]在我國(guó)選煤工藝中得到廣泛應(yīng)用，其中重介系統(tǒng)工藝參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)直接影響著選煤的質(zhì)量，傳統(tǒng)方法在實(shí)際運(yùn)行中暴露出諸多問(wèn)題：穩(wěn)定性差、控制精度低和實(shí)時(shí)性不好等。隨著自動(dòng)化控制理論水平、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)與通信技術(shù)不斷提高，人們對(duì)重介工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)提出了更高的要求，因此實(shí)現(xiàn)重介工藝參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)提高選煤產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的工作條件，避免事故的發(fā)生等方面具有十分重要的意義。

文中結(jié)合選煤廠的項(xiàng)目，分析了選煤工藝流程的特點(diǎn)，利用ARM7豐富的外圍模塊、強(qiáng)大的管理功能和同時(shí)支持多個(gè)CAN總線(xiàn)的操作等優(yōu)良的性能[2]，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了重介工藝參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

基于ARM7的重介工藝參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示，由測(cè)控單元、顯示模塊、通信單元等組成，其中測(cè)控單元以LPC2119為核心，將現(xiàn)場(chǎng)采集的旋流器入選壓力、分流器執(zhí)行器開(kāi)度信號(hào)、電動(dòng)加水閥門(mén)開(kāi)度、電動(dòng)補(bǔ)水閥門(mén)開(kāi)度、合格介質(zhì)密度、磁性物含量、合格介質(zhì)桶液位、原煤入洗量等參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算處理，采用PID控制算法，使合格介質(zhì)密度控制穩(wěn)定，并且精度高；人員可通過(guò)液晶屏用按鍵設(shè)定各參數(shù)值，在液晶模塊上能顯示各種故障信息，以便工作人員能在現(xiàn)場(chǎng)看到故障信息及時(shí)做出處理。同時(shí)通過(guò)CAN通信模塊將現(xiàn)場(chǎng)采集的信息傳給選煤廠集控室，可在集控室的大屏幕上實(shí)時(shí)顯示各種信息，人員也可在集控室對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

2 硬件電路的設(shè)計(jì)

2.1 重介參數(shù)采集模塊

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案Fig.1 Entire design scheme of system

重介參數(shù)采集系統(tǒng)[3]主要完成介質(zhì)密度、磁性物含量、壓力、液位、閥門(mén)開(kāi)度等參數(shù)的在線(xiàn)測(cè)量。密度檢測(cè)選用HSGK系列的專(zhuān)門(mén)用于重介洗煤的密度計(jì)，可以直接檢測(cè)原煤合格介質(zhì)密度、煤泥合格介質(zhì)桶密度。測(cè)量?jī)x表將密度轉(zhuǎn)換為4～20 mA信號(hào)輸出，選用1%精度的電阻轉(zhuǎn)換成電壓，然后傳給LPC2119。

液位測(cè)量模塊，選用超聲波液位計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)采集的合格介質(zhì)桶和煤泥介質(zhì)桶的液位。此電路接口簡(jiǎn)單，使用方便，液位范圍滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。

2.2 顯示模塊

為實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)界面，采用液晶顯示屏LCD JM12864－10進(jìn)行相應(yīng)顯示。為配合LCD顯示需要，使用按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中參數(shù)顯示以及修改等操作。LCD JM12864－10內(nèi)嵌控制器T6963C，用戶(hù)只需熟悉T6963C控制器的數(shù)據(jù)、指令格式、顯示存儲(chǔ)器的劃分以及接口引腳功能定義，即可實(shí)現(xiàn)LCD的顯示功能。其液晶顯示電路如圖2所示。

圖2 液晶顯示電路Fig.2 LCD circuit

由于液晶工作于5 V電源，與LPC2119之間連接需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，采用74ALVC16245來(lái)實(shí)現(xiàn)5 V到3.3 V轉(zhuǎn)換。T2電位器用于調(diào)節(jié)液晶的亮度。

2.3 通信模塊

LPC2119內(nèi)部帶有CAN控制器[4]，不必外加CAN控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)CAN總線(xiàn)的底層協(xié)議，只連接CAN總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器即可實(shí)現(xiàn)CAN接口。CAN總線(xiàn)通信接口電路圖如圖3所示。

圖3 CAN通信接口電路Fig.3 CAN communication interface circuit

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件部分主要詳細(xì)介紹重介工藝參數(shù)的控制方案的實(shí)現(xiàn)及控制流程圖[3]。

3.1 合格介質(zhì)密度控制

通過(guò)密度計(jì)測(cè)量合格介質(zhì)的密度，將測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過(guò)比較結(jié)果，主控單元計(jì)算加水閥的動(dòng)作時(shí)間，進(jìn)而控制加水閥的動(dòng)作；在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，人員可改變給定值，系統(tǒng)能自動(dòng)的調(diào)節(jié)。合格介質(zhì)密度控制流程圖如圖4所示。

3.2 合格介質(zhì)粘度控制

隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，合格介質(zhì)懸浮液中的煤泥含量會(huì)逐漸增加，當(dāng)煤泥含量超過(guò)規(guī)定的范圍，將影響選煤效果、增加介質(zhì)損耗、增大生產(chǎn)的控制難度，因此需要將弧形篩下合格介質(zhì)自動(dòng)多分流一部分去煤泥介質(zhì)桶，經(jīng)煤泥旋流器分選后進(jìn)磁選機(jī)脫泥，以降低介質(zhì)的粘度。本系統(tǒng)主要通過(guò)控制煤泥介質(zhì)桶液位來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤泥量的控制，合格介質(zhì)粘度控制流程圖如圖5所示。

圖4 密度控制流程圖Fig.4 Flow chart of density control

圖5 黏度控制流程圖Fig.5 Flow chart of viscosity control

3.3 合格介質(zhì)桶液位控制

合格介質(zhì)桶的液位對(duì)保證洗選的產(chǎn)品質(zhì)量很重要，在給料一定的條件下，若合格介質(zhì)桶液位波動(dòng)大，將會(huì)影響合格介質(zhì)密度調(diào)整的穩(wěn)定性，從而影響分選效果[6]。當(dāng)液位偏低時(shí)，介質(zhì)密度、旋流器入口壓力不易穩(wěn)定；當(dāng)液位偏高時(shí)，停車(chē)時(shí)介質(zhì)桶會(huì)出現(xiàn)冒頂?shù)奈ｋU(xiǎn)。合格介質(zhì)桶液位控制流程圖如圖6所示。

圖6 液位控制流程圖Fig.6 Flow chart of level control

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用ARM7嵌入式處理器LPC2119實(shí)現(xiàn)重介工藝參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不僅簡(jiǎn)化了硬件電路的設(shè)計(jì)，而且提高了系統(tǒng)的性能。同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)CAN通信方式，有效的解決了傳統(tǒng)的主從通信方式通信速率低、傳輸大量數(shù)據(jù)時(shí)出錯(cuò)率高、不能享用多主機(jī)技術(shù)帶來(lái)的各種優(yōu)越性能等方面的不足。

5 結(jié) 論

需要注意的問(wèn)題：由于系統(tǒng)運(yùn)行在選煤廠的主廠房，其環(huán)境比較惡劣，CAN總線(xiàn)上必然存在著各種干擾信號(hào)，為使能有效、及時(shí)的與系統(tǒng)其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，并將得到的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)送到上位機(jī)以便進(jìn)行后續(xù)分析診斷等工作。在硬件上，系統(tǒng)選用6N137高速光耦芯片，可以有效地破壞干擾源的進(jìn)入，同時(shí)也解決了電平兼容的問(wèn)題，其通信速率可高達(dá)10 Mbit/s，完全能滿(mǎn)足CAN總線(xiàn)通信的需要。并選用82C250收發(fā)器，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，以實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)上各節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。輸出端接120 Ω的電阻，用于遠(yuǎn)距離傳輸阻抗匹配。

筆者創(chuàng)新點(diǎn)：設(shè)計(jì)了一種基于ARM7的重介參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，將ARM7的強(qiáng)大管理能力和CAN通信的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，在軟/硬件設(shè)計(jì)中采用模塊化的結(jié)構(gòu)，具有高度的靈活性和廣泛的應(yīng)用性。

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