董衛(wèi)峰

(太原煤炭氣化有限責(zé)任公司，山西 太原 030024）

1 原理概述

跳汰選礦是指：物料在垂直升降的變速水流中，按密度進(jìn)行分層和分選的過(guò)程。目前廣泛使用的空氣脈動(dòng)跳汰機(jī)的工作原理是壓縮空氣經(jīng)風(fēng)閥控制，交替地壓入和排出篩板下面的密閉空氣室；給入壓縮空氣時(shí)，跳汰機(jī)中的水位被強(qiáng)制抬升；當(dāng)室內(nèi)的壓縮空氣排出時(shí)，則在重力作用下物料和水位下降；由于密度差異，物料在跳汰室的上下脈動(dòng)水流中進(jìn)行松散、分層，最終實(shí)現(xiàn)物料的分選操作[1]。

圖1 電磁風(fēng)閥工作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電磁風(fēng)閥裝置是跳汰機(jī)的主令控制裝置，可對(duì)跳汰周期（進(jìn)氣、排氣的時(shí)間間隔）進(jìn)行調(diào)整，從而精確控制脈動(dòng)周期和吸綴過(guò)程，獲得良好的床層松散度和精度較高的分選效果。電磁風(fēng)閥裝置主要由氣路系統(tǒng)、數(shù)控裝置、進(jìn)排氣電磁風(fēng)閥等組成，見(jiàn)圖1。氣路系統(tǒng)包括高壓風(fēng)管和低壓風(fēng)管，高壓空氣用于進(jìn)排氣電磁閥的驅(qū)動(dòng)，低壓空氣則是工作介質(zhì)，用于推動(dòng)水流和物料上下脈動(dòng)。數(shù)控裝置是風(fēng)閥的風(fēng)水控制系統(tǒng)。進(jìn)排氣風(fēng)閥的通、斷使高壓空氣（0.4～0.6 MPa）按給定程序向進(jìn)、排氣蓋板閥氣缸交替進(jìn)、排氣，帶動(dòng)進(jìn)、排氣蓋板開(kāi)啟或關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)低壓空氣（0.035～0.05 MPa）周期性地進(jìn)入跳汏室，形成脈動(dòng)水流，鼓動(dòng)洗水完成跳汰過(guò)程。PLC(Programmable Logic Controller)可編程序控制器是以微處理器為核心的通用工業(yè)控制裝置，具有體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。本文采用PLC實(shí)現(xiàn)跳汰機(jī)風(fēng)閥控制的原理，見(jiàn)圖1。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2為控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。撥碼開(kāi)關(guān)選用OMRON公司的A7BS型，其輸出為8421四位二進(jìn)制編碼，24 V直流供電。撥碼開(kāi)關(guān)共6組（5個(gè)跳汰室各一組，跳汰頻率的一組），跳汰室的5組中每組由4對(duì)組成，每對(duì)中又分為個(gè)位和十位，用來(lái)調(diào)節(jié)各跳汰室的進(jìn)氣開(kāi)始、進(jìn)氣結(jié)束、排氣開(kāi)始、排氣結(jié)束的時(shí)長(zhǎng)（在整個(gè)跳汰周期中的百分比時(shí)刻）。跳汰頻率的一組撥碼開(kāi)關(guān)也由個(gè)位和十位組成，用于調(diào)節(jié)跳汰機(jī)的跳汰頻率。

選通送數(shù)電路為二進(jìn)制解碼電路，由74LS138譯碼器、74LS240驅(qū)動(dòng)器、2003反相器組成，其作用是將PLC提供的編碼信號(hào)解碼為11路選通信號(hào)，每路選通信號(hào)選通兩組撥碼開(kāi)關(guān)，依次讀入相應(yīng)風(fēng)閥控制參數(shù)。選通送數(shù)由送數(shù)按鈕控制，當(dāng)調(diào)節(jié)好各跳汰參數(shù)和跳汰頻率后，按下送數(shù)按鈕，PLC依次選通各組撥碼開(kāi)關(guān)，將跳汰參數(shù)采集、并更新程序控制過(guò)程。系統(tǒng)輸出包括輸出電路、電磁風(fēng)閥、顯示裝置。輸出電路板采用固態(tài)繼電器輸出，它有極快的開(kāi)關(guān)速度，并有內(nèi)部的光電隔離，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)弱電的隔離。顯示裝置采用紅、綠發(fā)光二極管，能動(dòng)態(tài)顯示電磁閥的通斷情況[2]。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制使用三菱公司的FX2N-48MT可編程序控制器，開(kāi)關(guān)量輸入24點(diǎn)，開(kāi)關(guān)量輸出24點(diǎn)，輸出類型為晶體管輸出，可滿足高頻率輸出信號(hào)的要求。本系統(tǒng)共有17個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入，12個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出。其中16個(gè)為各跳汰室撥碼盤(pán)的BCD碼輸入，可同時(shí)接受一次選通的兩組撥碼開(kāi)關(guān)的16位BCD碼；尚有1個(gè)為送數(shù)按鈕的輸入。輸出端的前10個(gè)控制五個(gè)跳汰室的進(jìn)排氣閥，每?jī)蓚€(gè)分別控制一個(gè)跳汰室的進(jìn)氣和排氣閥（當(dāng)輸出端為1時(shí)，控制閥打開(kāi)；為0時(shí)，關(guān)閉）；后4個(gè)為選通信號(hào)輸出端，輸出四位二進(jìn)制編碼信號(hào)，用于選通6組21對(duì)撥碼開(kāi)關(guān)。上位機(jī)通過(guò)RS232通訊適配器與PLC，并由組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)跳汰過(guò)程動(dòng)畫(huà)顯示。整個(gè)系統(tǒng)由人工設(shè)定撥碼開(kāi)關(guān)的跳汏參數(shù)，PLC控制選通送數(shù)電路和輸入電路采集設(shè)定參數(shù)，由程序?qū)崿F(xiàn)跳汰的邏輯控制。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)由初始化程序、選通送數(shù)子程序、主程序組成[3]，見(jiàn)圖3。1）初始化程序用于對(duì)各跳汰控制計(jì)數(shù)器和定時(shí)器賦初值。2）選通送數(shù)子程序在送數(shù)按鈕按下后調(diào)用一次，由PLC輸出選通信號(hào)，依次讀取各風(fēng)閥參數(shù)和跳汰頻率，然后計(jì)算跳汰周期及控制風(fēng)閥的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器的值，并賦值給主程序中的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器。選通送數(shù)子程序還有輸入跳汰參數(shù)的自動(dòng)判別功能；當(dāng)輸入?yún)?shù)不符合跳汰過(guò)程的前后邏輯時(shí)間時(shí)（如排氣閥門(mén)的打開(kāi)時(shí)刻早于進(jìn)氣閥門(mén)的關(guān)閉時(shí)刻，此時(shí)會(huì)造成風(fēng)閥內(nèi)部的氣路短路），自動(dòng)保留正在使用的跳汰參數(shù)，并提醒操作者重新輸入合適參數(shù)。3）主程序采用定時(shí)中斷子程序控制各電磁閥的動(dòng)作，見(jiàn)圖4。中斷子程序根據(jù)設(shè)定的跳汰頻率f，算出跳汰周期t，將其分成100份，其百分之一作為定時(shí)中斷時(shí)間間隔。在達(dá)到相應(yīng)的電磁風(fēng)閥所要求的打開(kāi)（或關(guān)閉）時(shí)刻（即進(jìn)氣開(kāi)始、進(jìn)氣結(jié)束、排氣開(kāi)始、排氣結(jié)束的時(shí)刻）時(shí)，PLC輸出相應(yīng)控制信號(hào)。4）為了防止跳汰風(fēng)量的不足，程序尚可實(shí)現(xiàn)跳汰I段（包括I、II跳汰室）、II段（包括III、IV、V跳汰室）的跳汰反相（I段進(jìn)氣時(shí)，II段排氣；I段排氣時(shí)，II段進(jìn)氣），可保證跳汰機(jī)在風(fēng)量不足情況下的不間斷工作。程序?qū)λ刑瓍?shù)設(shè)有掉電保護(hù)措施，當(dāng)重新上電時(shí)，自動(dòng)恢復(fù)掉電前所設(shè)置的參數(shù)。

圖3 系統(tǒng)程序框圖

圖4 主程序框圖

4 結(jié)束語(yǔ)

跳汰機(jī)電磁風(fēng)閥采用可編程序控制器控制后，跳汰過(guò)程可靠性高、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)工作量小，克服了以往單片機(jī)控制系統(tǒng)存在的可靠性和穩(wěn)定性低等缺點(diǎn)，為洗煤廠的可靠運(yùn)行起到重要保障作用。

[1] 李洪慶.跳汰機(jī)風(fēng)閥自動(dòng)控制[J].選煤技術(shù),1999(5):33-36.

[2] 李軍利,黃艷芳,熊詩(shī)波.跳汰機(jī)電磁風(fēng)閥的PLC控制[J].煤礦機(jī)械,2001(2):48-52.

[3] 侯玉剛,于春風(fēng).基于PLC跳汰機(jī)控制系統(tǒng)的研制[J].中國(guó)煤炭,2007(8):56-60.