孫愛(ài)軍

(西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030053)

0 引 言

隨著我國(guó)煤礦機(jī)械化采煤程度的不斷提升，入洗原煤的顆粒徑≤5 mm級(jí)細(xì)粒煤逐漸增多，給后續(xù)的選煤廠壓濾脫水和煤泥回收作業(yè)增加了一定的困難。煤泥壓濾脫水是選煤廠洗選工藝的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)洗水閉路循環(huán)的關(guān)鍵。煤泥壓濾脫水質(zhì)量的好壞直接影響后續(xù)的分選作業(yè)。官地選煤廠原有的壓濾機(jī)工作效率低、繼電器控制邏輯過(guò)于簡(jiǎn)單、維修復(fù)雜，阻礙煤泥壓濾的工效提升。壓濾機(jī)作為煤泥壓濾工藝環(huán)節(jié)的重要組成部分，其自動(dòng)化程度直接決定了工作效率；同時(shí)，煤泥壓濾脫水質(zhì)量差，會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水的濃度與粘度變高，嚴(yán)重影響后續(xù)重介質(zhì)洗選和浮選作業(yè)的效果；壓濾的煤泥中水分較高還降低精煤的質(zhì)量和熱值，影響選煤廠各生產(chǎn)配套環(huán)節(jié)作用的發(fā)揮。為了提升生產(chǎn)效率、提高壓濾質(zhì)量、降低壓濾成本，響應(yīng)國(guó)家清潔能源的更高要求，官地選煤廠對(duì)原有的煤泥壓濾控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造是非常具有現(xiàn)實(shí)意義的。

1 煤泥壓濾控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題

官地選煤廠年入洗能力達(dá)310萬(wàn)噸，采用無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器——浮選聯(lián)合工藝流程。選用的KM350/2000型快開(kāi)式隔膜的壓濾機(jī)自動(dòng)化程度低，需要人工操作設(shè)備，效率低、質(zhì)量差。煤泥含水量作為壓濾過(guò)程中重要的參數(shù)，需要工作人員來(lái)人工確定，很難保證系統(tǒng)的精確度以及效率。其次，入料量也由人工調(diào)控，由于工人技術(shù)水平的差異，常常出現(xiàn)壓濾不充分或者過(guò)度壓濾問(wèn)題。再次，關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)存在安全隱患，由于監(jiān)控不到位，煤泥濃度發(fā)生較大的變化時(shí)，極可能導(dǎo)致出現(xiàn)管路堵塞，發(fā)生故障。

2 總體方案設(shè)計(jì)

根據(jù)選煤廠壓濾過(guò)程的工作原理，使用PLC控制自動(dòng)節(jié)點(diǎn)代替人工操作，并且實(shí)現(xiàn)壓濾機(jī)的上位機(jī)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制，保證了壓濾系統(tǒng)的及時(shí)故障發(fā)現(xiàn)，故障分析，故障排除。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)同現(xiàn)場(chǎng)端PLC進(jìn)行通信，對(duì)PLC的控制數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，便于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析以及歷史記錄分析。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)煤泥壓濾流程的分析，設(shè)計(jì)了以PLC和組態(tài)為主的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其總體方案如圖1所示。由圖1可知，煤泥壓濾自動(dòng)控制系統(tǒng)包括西門(mén)子PLC、人機(jī)交互觸摸屏、入料泵、變頻器、相關(guān)傳感器等單元。

圖1 控制系統(tǒng)總體方案

官地選煤廠對(duì)煤泥壓濾系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造后，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)手動(dòng)與自動(dòng)的自由切換。煤泥壓濾過(guò)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)由組態(tài)系統(tǒng)顯示，例如：壓力數(shù)據(jù)、狀態(tài)參數(shù)等，并且技術(shù)員可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，運(yùn)行狀態(tài)直觀可見(jiàn)。通過(guò)西門(mén)子總線傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高速傳輸與低時(shí)延，并且為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了可能[1]。

3 壓濾自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 PLC控制器的設(shè)計(jì)選型

PLC可編程邏輯控制器作為壓濾自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心，采用西門(mén)子S7-1500系列，支持Profibus-DP協(xié)議與變頻器進(jìn)行通信，并且可以與人機(jī)交互設(shè)備通過(guò)以太網(wǎng)通信。PLC控制原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖2可知，PLC控制設(shè)備安裝在PLC控制柜中，其中控制柜包括電源模塊、CPU模塊、以太網(wǎng)通信模塊、I/O模塊、繼電器、人機(jī)交互觸摸屏等，而現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備是指壓濾機(jī)及其配套設(shè)施、壓風(fēng)機(jī)等。

圖2 PLC控制系統(tǒng)原理圖

3.2 壓力傳感器選型

壓力是煤泥壓濾過(guò)程重要的采集數(shù)據(jù)。壓力的參數(shù)關(guān)系著壓力過(guò)程的質(zhì)量，其主要包括入料壓力、壓榨壓力、進(jìn)風(fēng)壓力。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)壓力數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)分析，采用美國(guó)西特公司的209系列電容式壓力傳感器，型號(hào)為2091200PG2M27P10。

3.3 觸摸屏選型

采用西門(mén)子可視化人機(jī)交互系統(tǒng)中面向簡(jiǎn)單任務(wù)的KTP400系列HMI。通過(guò)人機(jī)交互觸摸屏的支持，可以對(duì)壓濾系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且可以對(duì)操作員級(jí)的簡(jiǎn)單參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)可控[2]。

3.4 變頻器選型

壓濾系統(tǒng)中，變頻器配合傳感器、PLC工作，對(duì)入料泵、風(fēng)壓機(jī)進(jìn)行變頻恒壓控制，確保系統(tǒng)高效運(yùn)行。采用西門(mén)子G130變頻器，訂貨號(hào)為6SL3310-1GE33-1AA0，額定功率為160 kW，滿足壓濾過(guò)程的要求[3]。

3.5 以太網(wǎng)通信構(gòu)建

通過(guò)WINCC組態(tài)軟件搭建SCADA系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。以以太網(wǎng)為通信介質(zhì)，進(jìn)行PLC與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，并且完成對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。通過(guò)多線程高速傳輸，保證設(shè)備的遠(yuǎn)程顯示與控制[4]。

4 壓濾自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1 主程序設(shè)計(jì)

煤泥壓濾控制系統(tǒng)的主程序流程如圖3所示。PLC采用依次順序掃描的方式對(duì)程序塊進(jìn)行讀取，OB100作為初始化模塊，系統(tǒng)上電即運(yùn)行OB100，進(jìn)行初始化設(shè)置。OB1作為主程序，依次調(diào)用模塊進(jìn)行壓濾過(guò)程設(shè)備控制[5]。

圖3 系統(tǒng)主流程圖

4.2 子程序設(shè)計(jì)

子程序主要完成模式選擇、自動(dòng)控制、以及PID控制。模式選擇子程序用于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)模式切

換。自動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)根據(jù)設(shè)計(jì)需求，PLC進(jìn)行自動(dòng)聯(lián)動(dòng)控制。PID模塊用于輸出電機(jī)調(diào)速信號(hào)，對(duì)入料泵、壓風(fēng)機(jī)搭配變頻器進(jìn)行高效的控制[6]。

4.3 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

基于WinCC組態(tài)軟件的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤泥壓濾過(guò)程的監(jiān)控，為監(jiān)控人員提供了良好的可視化界面。通過(guò)WinCC組態(tài)軟件可以實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)壓濾過(guò)程中各設(shè)備的運(yùn)行情況，并且通過(guò)畫(huà)面的切換顯示實(shí)現(xiàn)PLC多個(gè)參數(shù)的設(shè)置。

5 改造效果分析

(1) 改造后循環(huán)水濃度監(jiān)測(cè)。煤泥壓濾自動(dòng)控制系統(tǒng)改造后，對(duì)循環(huán)水濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所列。

表1 改造后循環(huán)水濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果

(2) 改造后煤泥狀況。鑒于濃縮池的緩沖功效，有效降低循環(huán)水的濃度和循環(huán)量，使煤泥可以快速沉淀，提高了煤泥回收率，同時(shí)改進(jìn)后的煤泥濾餅中的含水量控制在10%左右。

6 結(jié) 語(yǔ)

官地選煤廠針對(duì)壓濾過(guò)程存在的實(shí)際問(wèn)題，采用先進(jìn)的PLC工業(yè)監(jiān)控控制系統(tǒng)，完成了對(duì)壓濾過(guò)程整體方案、軟件、硬件、上位機(jī)的設(shè)計(jì)工作。通過(guò)實(shí)踐數(shù)據(jù)，采用PLC監(jiān)控系統(tǒng)的煤泥壓濾過(guò)程，濾餅含水量降低近10%，縮短了工藝循環(huán)時(shí)間，提高了煤泥壓濾的工作效率和自動(dòng)化控制水平，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益明顯。