寧衛(wèi)衛(wèi)

（山西晉煤集團(tuán)安信檢測(cè)有限公司， 山西 晉城 048006）

1 現(xiàn)場(chǎng)概況

坪上煤業(yè)洗煤廠是沁秀公司下屬年入洗能力300萬t的大型現(xiàn)代化洗煤廠，目前共加工六個(gè)品種商品煤：洗中塊、洗小塊、洗末煤、5 200 kcal末煤、5 800 kcal末煤、23灰分末煤，需要通過配煤方式來控制5 200 kcal末煤、5 800 kcal末煤、23灰分末煤的灰分。由于井下煤質(zhì)波動(dòng)較大且變化頻繁，末煤產(chǎn)品灰分不好控制。為滿足用戶需求需要進(jìn)行配煤。目前配煤是在產(chǎn)品倉(cāng)下通過人工控制不同品種（高灰末煤、低灰末煤、洗末煤）的給煤機(jī)的給入量來完成配煤，配煤的可靠度和精度都無法得到保證。因此非常有必要對(duì)原人工配煤工藝進(jìn)行自動(dòng)化改造，促進(jìn)礦井高效、綠色生產(chǎn)。

目前洗煤廠分別在5198、5101、5102和5305皮帶上安裝有同位素測(cè)灰儀，分別檢測(cè)二廠篩末、一二廠篩末、一廠洗末產(chǎn)品的灰分值。其中5101皮帶收集洗末煤進(jìn)入一個(gè)洗末倉(cāng)（洗末煤，灰分11%），倉(cāng)下通過給煤機(jī)轉(zhuǎn)載至5305皮帶上，5102皮帶收集一廠和二廠的篩末煤進(jìn)入兩個(gè)倉(cāng)，分別是高灰篩末倉(cāng)（5 200 kcal篩末，灰分26%左右）和低灰篩煤倉(cāng)（原煤篩末，灰分23%左右），倉(cāng)下通過給煤機(jī)轉(zhuǎn)載至5305產(chǎn)品皮帶上。

2 自動(dòng)配煤原理

如圖1所示，原煤從給煤機(jī)運(yùn)至皮帶時(shí)，會(huì)通過皮帶秤將落煤質(zhì)量轉(zhuǎn)化為流量電信號(hào)傳輸至PLC，同時(shí)以在線灰分儀的實(shí)時(shí)檢測(cè)值為反饋，與給定值比較得到偏差，然后以偏差值送入控制系統(tǒng)，通過程序計(jì)算得出配比比例，將比例信號(hào)及煤量調(diào)整信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換輸出至給煤機(jī)，驅(qū)動(dòng)電液推桿動(dòng)作或者變頻器調(diào)整使之達(dá)到煤量調(diào)整的目地，最終完成自動(dòng)配煤[1]。

圖1 配煤工藝原理圖

3 系統(tǒng)改造

3.1 給煤機(jī)電液推桿的改造

對(duì)山上產(chǎn)品倉(cāng)高灰倉(cāng)下5105、5107給煤機(jī)和低灰倉(cāng)下5109、5111給煤機(jī)電液推桿進(jìn)行改造，增加行程傳感器測(cè)量推桿當(dāng)前位置，將推桿就地手動(dòng)改造為遠(yuǎn)程手動(dòng)控制方式，完成自動(dòng)配煤系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)電液插板的改造。

首先在山上3號(hào)點(diǎn)配電室對(duì)精煤上倉(cāng)控制系統(tǒng)PLC站進(jìn)行改造，增加模擬量輸入模塊IC694ALG221以及IC695ALG223用于接收電液推桿行程返回值以及灰分儀灰分信號(hào)和煤層厚度信號(hào)。其中灰分儀厚度信號(hào)返回地址為AI250，采用的是4～20 mA的信號(hào)，灰分儀灰分信號(hào)返回地址為AI261，采用的是 4～20 mA的信號(hào)；5105、5107、5109、5111電液推桿行程返回值分別對(duì)應(yīng)AI257—AI260，采用的是4～20 mA的信號(hào)。電液推桿控制每臺(tái)給煤機(jī)均有伸長(zhǎng)和縮短兩個(gè)命令，一共對(duì)用8個(gè)動(dòng)作，地址為Q115-Q122，如下頁圖2所示。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電液推桿配電柜進(jìn)行改造實(shí)現(xiàn)電液推桿遠(yuǎn)程控制，同時(shí)通過程序?qū)崿F(xiàn)關(guān)停給煤機(jī)后自動(dòng)關(guān)閉閘板。在現(xiàn)場(chǎng)伸長(zhǎng)和縮短按鈕上并聯(lián)中間繼電器觸點(diǎn)，中間繼電器線圈接入PLC數(shù)字量輸出模塊即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，圖3為現(xiàn)場(chǎng)配電柜以及PLC模塊接線圖。

圖2 3號(hào)配電室控制柜改造

圖3 電液推桿改造原理圖及接線圖

采用S_ITI函數(shù)塊的方式編寫轉(zhuǎn)換子程序，實(shí)現(xiàn)電液推桿位置測(cè)量及轉(zhuǎn)換，其中FT（偏置）參數(shù)解決安裝不是零點(diǎn)的問題；采用TGD標(biāo)簽組的方式實(shí)現(xiàn)上位機(jī)顯示。推桿伸長(zhǎng)和縮短控制是通過按下畫面中按鈕實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)按下的時(shí)間長(zhǎng)短來進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)整，礦方提出采用直接輸入數(shù)值即可進(jìn)行推桿控制。于是設(shè)置推桿動(dòng)作參數(shù)為50 mm/s，編寫程序完成了該功能。其程序?qū)崿F(xiàn)流程與上位機(jī)畫面如圖4所示。

圖4 電液推桿遠(yuǎn)程控制及行程顯示示意圖

3.2 給煤機(jī)推桿行程、頻率、煤層厚度與煤量關(guān)系的測(cè)量

測(cè)量高灰倉(cāng)下及低灰倉(cāng)下電液推桿行程-煤量關(guān)系，測(cè)量洗末倉(cāng)下5172和5173給煤機(jī)變頻器頻率-煤量關(guān)系，根據(jù)皮帶運(yùn)行速度為2.5 m/s，采用測(cè)量單位長(zhǎng)度（1.25 m或者0.5 m）內(nèi)皮帶的煤量進(jìn)行估算。對(duì)5305皮帶灰分儀進(jìn)行改造，增加信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換器，將灰分信號(hào)及煤層厚度信號(hào)引入自動(dòng)配煤系統(tǒng)PLC中，測(cè)量煤層厚度-煤量關(guān)系作為煤量反饋依據(jù)[2]，如圖5所示。

圖5 山上5305皮帶上灰分儀煤層厚度信號(hào)輸出

敷設(shè)灰分儀到3號(hào)配電室PLC控制柜4芯電纜500 m，將煤層厚度信號(hào)通過電壓-電流信號(hào)隔離變換器從灰分儀0～20 mA的信號(hào)引出至PLC AI250輸入點(diǎn)，將灰分信號(hào)從灰分儀4～20 mA的信號(hào)引出至AI261點(diǎn)，在程序中進(jìn)行變換最終得到灰分信號(hào)和厚度信號(hào)。通過灰分儀上位機(jī)軟件設(shè)置，取煤層厚度10 s內(nèi)的平均值作為輸出。然后測(cè)量煤層厚度-煤量關(guān)系曲線，作為總煤量調(diào)整的依據(jù)。

4 自動(dòng)配煤流程算法

4.1 系統(tǒng)流程

收集5101皮帶上灰分儀數(shù)據(jù)作為洗末煤的輸入灰分，搜集5102皮帶上灰分儀數(shù)據(jù)作為高灰或低灰煤的輸入灰分，以5305皮帶上灰分儀的灰分?jǐn)?shù)據(jù)和煤層厚度數(shù)據(jù)作為灰分及煤量的檢測(cè)及反饋環(huán)節(jié)，通過調(diào)整山上產(chǎn)品倉(cāng)中洗末倉(cāng)下的變頻給煤機(jī)頻率及篩末倉(cāng)下給煤機(jī)插板開度作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)[3]，為山下產(chǎn)品倉(cāng)提供合格的末煤產(chǎn)品，即高灰篩末和低灰篩末（原煤篩末）產(chǎn)品。以選煤廠山上三號(hào)配電室現(xiàn)有GE Rx3i PLC為控制平臺(tái)，在現(xiàn)有平臺(tái)上開發(fā)配煤軟件及畫面，完成山上系統(tǒng)的自動(dòng)配煤。

系統(tǒng)流程如下頁圖6所示，系統(tǒng)有三種不同煤種的煤倉(cāng)，分別為灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%左右的洗末煤，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的高灰篩末煤，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%的低灰篩末煤。每個(gè)煤倉(cāng)下面有四臺(tái)給煤機(jī)，負(fù)責(zé)出煤至皮帶上，其中洗末倉(cāng)下給煤機(jī)采用變頻控制，而高灰和低灰倉(cāng)給煤機(jī)采用電液推桿控制。參與自動(dòng)配煤的給煤機(jī)分別為洗末倉(cāng)下的5172和5173給煤機(jī)，高灰倉(cāng)下的5105和5107給煤機(jī)，低灰倉(cāng)下的5109和5111給煤機(jī)。

圖6 配煤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 系統(tǒng)架構(gòu)及算法

山上自動(dòng)配煤系統(tǒng)主要功能為數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換、啟停皮帶機(jī)及給煤機(jī)、檢測(cè)煤灰分及質(zhì)量、調(diào)節(jié)相應(yīng)給煤機(jī)頻率實(shí)現(xiàn)灰分穩(wěn)定、調(diào)節(jié)相應(yīng)給煤機(jī)電液推桿實(shí)現(xiàn)煤量穩(wěn)定，系統(tǒng)具有故障報(bào)警功能，同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)進(jìn)行顯示。主要有地址映射、皮帶機(jī)啟停、給煤機(jī)啟停、電液推桿控制、自動(dòng)控制算法、自動(dòng)配煤算法等模塊組成，如圖7所示。

4.2.1 地址映射模塊算法

地址映射主要完成皮帶機(jī)和給煤機(jī)開關(guān)量輸入輸出映射，灰分儀灰分?jǐn)?shù)據(jù)和厚度數(shù)據(jù)輸入映射，厚度數(shù)據(jù)到煤量轉(zhuǎn)換，目的是進(jìn)行外部數(shù)據(jù)的輸入輸出轉(zhuǎn)換，為后續(xù)控制程序?qū)崿F(xiàn)做基礎(chǔ)，具體算法如圖8所示。

4.2.2 皮帶機(jī)起停模塊算法

皮帶機(jī)啟停主要完成接收上位機(jī)指令，根據(jù)條件完成皮帶起車并進(jìn)行鳴笛，同時(shí)根據(jù)條件完成皮帶機(jī)停機(jī)，具體算法如圖9所示。

4.2.3 給煤機(jī)啟停模塊設(shè)計(jì)說明

給煤機(jī)啟停主要根據(jù)上位機(jī)指令以及皮帶啟停情況，完成給煤機(jī)的啟動(dòng)和停止，具體算法如圖10所示。

圖7 系統(tǒng)功能塊圖

4.2.4 電液推桿控制

電液推桿控制主要是監(jiān)測(cè)給煤機(jī)電液推桿位置，并根據(jù)上位機(jī)發(fā)出的命令進(jìn)行伸長(zhǎng)和縮短調(diào)整，同時(shí)具有給煤機(jī)停止即可自動(dòng)關(guān)閉推桿的功能。具體算法如下頁圖11所示。

圖8 地址映射模塊流程

圖9 皮帶機(jī)起停車模塊算法流程

圖10 給煤機(jī)啟停模塊算法流程

4.2.5 自動(dòng)控制算法

自動(dòng)控制算法主要完成灰分及煤量平均值的計(jì)算，同時(shí)根據(jù)灰分反饋值進(jìn)行給煤機(jī)頻率的調(diào)整，根據(jù)煤量進(jìn)行電液推桿開度的調(diào)整，其算法流程如下頁圖12所示。

圖11 電液推桿控制模塊算法流程

5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

本系統(tǒng)于2018年11月完成安裝調(diào)試，目前已經(jīng)調(diào)試4套變頻器、3個(gè)無線數(shù)據(jù)采集儀、11臺(tái)攝像儀、2臺(tái)工控上位機(jī)，完成了5198皮帶灰分儀、電液推桿及配電室改造，通過增加RX3i PAC模塊滿足控制系統(tǒng)的需要。目前值班人員通過系統(tǒng)軟件來自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)給煤機(jī)、插板等配煤設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了多種煤樣的精準(zhǔn)配比，配煤精度可以達(dá)到目標(biāo)灰分值的±1%（取一個(gè)小時(shí)的平均值）。

圖12 自動(dòng)控制算法流程

6 結(jié)語

本項(xiàng)目完成了對(duì)現(xiàn)有末煤系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造，通過編制PLC和上位機(jī)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（給煤機(jī)和插板）自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了多種煤樣的精準(zhǔn)配比，配煤精度可以達(dá)到目標(biāo)灰分值的±1%（取一個(gè)小時(shí)的平均值）。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單可靠，有效提升了末煤系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。