姚云峰

（西山煤電鎮(zhèn)城底礦 ，山西 古交 030203）

0 引 言

現(xiàn)階段，煤炭行業(yè)提出了“智慧礦山”生產，數字化煤礦正在積極探索研究，我國一些煤礦與科研院校合作，正在積極摸索，許多科學研究者夜以繼日奮斗，為實現(xiàn)數字化礦山和無人值守井下采煤?；ヂ?lián)網、大數據、定位系統(tǒng)、機械化、智能化等技術的成熟，以后自動化必然應用于礦山生產、建設，這也是“智慧礦山”的發(fā)展的大勢所趨[1]。洗選煤廠作為煤炭使用的后續(xù)環(huán)節(jié)，其自動化、智能化是必不可少的。

選煤廠有一個重要洗煤處理，那就是對于煤泥水處理，現(xiàn)階段國家對資源利用提倡高效率，并且對生態(tài)環(huán)境也提出了高要求，因此選煤廠對煤泥回收再利用既符合國家方針，又對選煤廠周圍環(huán)境也起到了積極的保護作用，這對整個選煤廠來說是一種經濟、合理、循環(huán)的生產企業(yè)。選煤廠中的重要設備壓濾機就是針對煤泥水進行處理，壓濾機的硬件組成影響著壓濾機的使用時間、使用功能、使用效率，進而影響其自動化程度。目前大多數選煤廠壓濾車間有APN18S6型壓濾機，基本都是由工人們手工操作，因自動控制不強，帶來效率低下，工人作業(yè)強度高，信息傳遞滯后，不能統(tǒng)一指揮，造成選煤廠經濟效益低下。為了緩解選煤廠對于煤泥水處理的壓力，以APN18S6型壓濾機關鍵部件選擇和自動化控制作為研究對象，實現(xiàn)選煤廠的自動化、無人化生產，解決選煤廠效率低下問題。

1 壓濾機技術參數

某選煤廠壓濾車間原有的APN18S6型壓濾機，主控主要是PLC實現(xiàn)，人工操作，無法實現(xiàn)自動化，與現(xiàn)狀要求生產產量嚴重不配套，無法達到生產要求。例如壓濾機的打開、關閉、上料等環(huán)節(jié)均需工人手工操作，特別是濾餅和濾布粘在一起時，壓濾機就無法實現(xiàn)卸餅功能，煤泥中含水量較高時，濾餅自重失效，那么只能靠工人敲擊掉落。壓濾機在連續(xù)打開和關閉時，只為避免手動擊打濾餅，不僅使用不方便，也會降低對壓濾機的使用年限。另外就是在上料集中程度大且水分多的時候，慮室就會被料頂開，此種情況只能靠人工操作停止，因人工操作速度較慢，自動化不強，會對機器產生一些損傷。

為了減小選煤廠壓濾機的損傷，提高其自動化程度、完成選煤廠產量標準，本論文結合選煤廠現(xiàn)場實際情況對APN18S6型壓濾機關鍵結構組成進行簡單介紹并開發(fā)程序軟件，實現(xiàn)壓濾機在生產過程中自動化。某選煤廠壓濾機部分重要技術參數見表1。

表1 APN18S6型壓濾機主要技術、參數表

以表1中的壓濾機為研究對象，該壓濾機是可控程序實現(xiàn)主動控制，要想實現(xiàn)自動控制，那么組成該設備的各個部件至關重要，因此需要對重要的硬件進行篩選，并對自動控制系統(tǒng)進行設計。

2 壓濾機結構

煤泥水處理需要選煤廠壓濾機進行處理，是必不可少的重要生產環(huán)節(jié)[2]，對煤泥進行回收處理不僅可以顯著提高資源利用率，而且對于選煤廠來說既環(huán)保又是經濟型[3]。目前大多數選煤廠壓濾機沒有實現(xiàn)自動控制[4]，基本需要工人手動操作，才能使得壓濾機生產運轉、關停。

APN18S6型壓濾機包含支撐的底座、進排氣壓風系統(tǒng)、提供動力的液壓系統(tǒng)、執(zhí)行命令的結構以及其控制作用的自動化系統(tǒng)[5]，該壓濾機控制系統(tǒng)結構局部圖見圖1。

圖1 APN18S6型壓濾機結構局部圖

支撐整個系統(tǒng)主要是靠壓濾機頭板和機架固定連接。孔板和盲板形成濾室，煤泥水通過過濾作用，固液分離，在壓濾機進一步的作用下形成濾餅。液壓系統(tǒng)是為打開和關閉，并且是在高壓形式下形成閉合。濾液收集系統(tǒng)主要是收集和疏導濾液。吹風系統(tǒng)通過高壓作用使得空氣進入慮室，進而形成供排風控制系統(tǒng)。說明上料和卸餅是實現(xiàn)自動控制的關鍵節(jié)點。

3 多閥路結構及控制軟件

壓濾要實現(xiàn)自動控制，必須要在一定的原理上，結合主要關鍵結構，通過程序代碼編寫，開發(fā)一個控制軟件，對其進行自主控制，以提升其自動化、效率化、集成化、先進化、經濟性。

3.1 簡單的數學原理

壓濾機在處理煤泥水時所用到的多孔介質滲流方程為：

式中：Si為動量；D為阻力矩陣；C為慣性系數；μ為阻力系數；ρ為密度；ν為固液混合速度。

3.2 多閥路結構

一般的壓濾機自動控制箱上結構上會設計保持型、非保持型、開關、急停[6]等功能的按鈕。為成功切換，就需要保持型按鈕來實現(xiàn)。關閉按鈕是用來控制油箱中油位的。液壓缸內液體到達預定極限位置時，停止立即執(zhí)行命令。目前該壓濾機使用的一種多閥路閥門，壓濾機多路閥結構簡圖如圖2所示。

圖2 APN18S6型壓濾機閥路結構

3.3 控制軟件

通過編寫程序代碼，開發(fā)出一種自動控制壓濾機的控制軟件，Micro850型PLC控制軟件Connected Components Workbench，簡稱CCW軟件，并結合現(xiàn)代觸摸屏手機、平板電腦思維，采用觸摸屏操作，即MCGS組態(tài)環(huán)境觸摸屏。壓濾機在生產時有開啟、上料、加壓過濾、吹氣置換、卸餅、關閉等工作過程，程序代碼正是基于這些過程進行編寫，并考慮壓濾機工作環(huán)境、要求、標準等對控制部分做了重點開發(fā)，也就是說在壓濾機自動控過程中增加了循環(huán)卸餅和二次關閉等步奏。

開發(fā)的CCW軟件程序界面如圖3所示。

圖3 程序控制軟件界面

在發(fā)出指令后，壓濾機就自動開始每一個運行過程：輸送煤泥之前，軟件系統(tǒng)的程序代碼就會開始進行自動檢測，看是否滿足生產運行條件。當得到滿足使用要求后，此時就會進行壓濾機的每個生產環(huán)節(jié)。如此周而復始，如想停止運轉，只需操作軟件中的暫?；蛘呓Y束即可。

4 自動控制系統(tǒng)

4.1 自動上料過濾

在自動控制系統(tǒng)中，入料泵得到開始上料指令后，入料口就開始輸送煤泥，自動控制系統(tǒng)同液位傳感器判斷是否上料過程是否完畢。其中，在入料泵給各個濾室上料時，液壓系統(tǒng)中的液壓泵就會暫時停止執(zhí)行任務。根據現(xiàn)階段壓濾機出現(xiàn)在二次填充加壓過濾過程中濾室有時會被頂開問題，編制程序設計，通過設計判斷條件，若慮室出現(xiàn)離層狀態(tài)，壓濾機上料機構立即執(zhí)行停止動作，同時執(zhí)行關閉慮室動作，待關閉完成后又會通過自動控制系統(tǒng)發(fā)出指令，再次執(zhí)行上料、加壓、過濾，一旦循環(huán)次數較多，警報響起，停止運轉。壓濾機在加壓后進行過濾，此時進/排氣閥門就又自動控制器開啟，吹氣系統(tǒng)就會自動關閉。而且在上料充填當中，為減少慮室中的水分問題，上部頂閥門自行行駛打開和關閉。

4.2 自動卸餅

煤泥在處理過程中，會經歷充填，充填完成后就會被加壓、過濾，相應吹氣系統(tǒng)運轉，在這些環(huán)節(jié)實現(xiàn)后，壓濾機開始對濾餅卸餅。卸餅環(huán)節(jié)有5步需要進行，卸餅之前先開啟壓濾機，在這開啟過程中卸餅的第一步過程就完成了。在卸餅的第一步當中閥體打開，主液壓缸組回液，與此同時閥體A-2開啟，液體進入輔助液壓缸組，濾室就被成功實現(xiàn)了卸餅。同理，實現(xiàn)第二步、第三步、第四步、第五步。卸餅時液壓缸五步動作過程如圖4所示。

圖4 液壓缸五步過程圖

4.3 自控系統(tǒng)組態(tài)界面

某選煤廠的5臺壓濾機自動控制發(fā)出指令的采用觸摸屏組態(tài)界面，該組態(tài)界面包括主控面、不同模式選擇和相應參數設置，MCGS組態(tài)編輯軟件是用來實現(xiàn)組態(tài)畫面的。我們可以在主控面時時觀察壓濾機每一個設備運轉是否完好，有問題的設備會顯示在主控面上。一旦有設備出現(xiàn)故障，操作人員通過報警信息，通知維修工人對該設備進行維修。在模式選擇界面，可以選擇不同的模式，促使壓濾機按照要求進行運轉。而在參數設置界面主要是為適應不同情況，修改參數實現(xiàn)壓濾機的不同功能來達到操作者想要的目的。部分組態(tài)界面如圖5所示。

圖5 自控組態(tài)界面

壓濾機通過自動控制，不僅節(jié)約了時間，而且減小了工人勞動強度。最為重要的是避免機器空轉和過載，保護了壓濾機的長久使用。

5 結 論

通過對PAN18S6型壓濾機關鍵結構進行了簡單說明，編制程序代碼開發(fā)控制系統(tǒng)軟件，該型號壓濾機實現(xiàn)了自動控制。論文研究主要成果總結如下：

1）通過對壓濾機技術參數和結構說明，壓濾要實現(xiàn)的自動控制，上料和卸餅兩個環(huán)節(jié)是改善的重點。

2）多閥路結構是壓濾機實現(xiàn)自動控制的硬件設施，程序軟件是壓濾機實現(xiàn)自動控制的手段。

3）自動控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)自動控制上料和卸餅過程，并有保護壓濾機過載或空轉的作用。

通過對PAN18S6型壓濾機關鍵結構布設和自動控制設計，提升了壓濾機的工作效率，提高了經濟效益，也為數字化礦山提供了新思維。