跳汰机控制系统的改造实践

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  中图分类号:TQ083+.4 文献标识码:TQ 文章编号:1009―914X(2013)34―0055―01
  神华准格尔能源有限责任公司选煤厂是一座年设计处理能力为1200万吨的大型选煤厂,通过分级筛先将原煤分为小于13mm的末煤和大于13mm的块煤两部分,末煤直接进入产品仓,块煤通过皮带送入从德国洪堡尔特维达克公司进口的巴达克跳汰机,利用垂直升降的脉动水流按物料密度不同分选出精煤、中煤、矸石三种产品。矸石外排,精煤、中煤与已进仓的末煤按用户热值要求配煤装车。
  原来的跳汰机控制系统是1992年选型1995年安装调试的,现在产品已经淘汰,配件无法采购,已经远远不能适应生产需求,所以2011年我厂对原有的四台跳汰机控制系统全部进行了技术改造。
  一、跳汰机的结构及工作原理
  我厂使用的筛侧空气室块煤跳汰机是由机体、筛板、风阀、排料装置、控制系统等组成。机体由纵向隔板分为6段独立的空气室和跳汰室,每一段两室的下部相通,空气室上部密闭,设有特制风阀将压缩空气交替的给入空气室中,同时按一定规律将压缩空气排出室外,推动跳汰室水面上下运动形成脉动水流,使物料在跳汰室中进行松散和分层,并随水流从后向前运动,密度最大的矸石通过第一段排料装置排出,较重的中煤随水流继续运动到第二段排料装置排出,最轻的精煤随水流继续向前运动排出机体,从而达到分选目的。
  二 原有跳汰机控制系统的组成及缺点
  原有设备的控制系统是由:电气开关柜、机前控制系统、机前仪器仪表三部分组成,并且全部靠模拟集成电路来实现信号的传输,功能简单结构烦琐复杂。其包括:
  1、电气开关柜
  电气开关柜内安装有对跳汰机进行各项控制和调节装置,电气开关柜的构成:
  --自动控制器
  --电子脉冲发送器时间控制
  --发光二极管功能显示面板
  --键控操作面板
  --工作空气调节器
  --出料调节器
  --液压泵电动机启动
  自动控制器是控制柜的主要装置,所有的指令和监控装置都在此处启动运行,依照程序进行处理和执行控制功能。自动控制器由两块插板构成,相互之间按规定排列,与一个母线接续器连接,母线接续器总是占用这两块插板的插入位置。自动控制器供给电源使用非稳压24V直流电压电源。
  上面的插板内部包括中央控制单元和输入卡。
  下面的插板包括对跳汰机进行控制的时间卡和输出卡。跳汰机控制程序存储在程序存储器卡上。
  中央控制单元组成如下:
  --节拍发生器卡
  --程序存储器卡
  --处理器卡
  --稳压电路卡
  稳压电路卡由24V供电电压,得到内部所需要的10V和5V 直流电压。
  处理器卡及其处理程序存储器:包括标志存储器的输出语句借助桥键在程序设计上预先给定标志存储器。
  程序存储器卡设有可清理可编程序代码的紫外线。插入的卡片已经编有跳汰机的控制程序。
  节拍发生器卡连续地给程序存储器发生询问信号。借助橋键在程序设计块上预先给定程序存储器卡的插入位置及容量。
  电子脉冲发送器时间控制
  脉冲发送器时间控制的任务是,定时地控制气动脉冲发送器的电磁阀,脉冲发送器时间控制通过人工调定可以预先给定每分钟的冲程次数和进气和排气脉冲发送器的开启时间。脉冲发送器时间控制的电子设备组成如下:
  --电源:5V和24V直流,5V直流电压是内部的控制电压.24V直流电压是脉冲发送器外部电磁阀工作电压。
  --时基插入卡:利用石英晶体振荡器获得一个恒定的时间脉冲作为时基。该脉冲经过分频器送给二位十进制的二位计数开关,根据开关调定的档位得到转速计数器的基极脉冲。
  --转速计数器插入卡:转速计数器是一个BCD-环行计数器,容量为1000步。三位十进制输出信号送入时间卡,按下述公式计算每分钟的冲程数:
  60/(0.5+0.XX)=Y冲程/分 XX = 时基计数器挡位
  --阀门启闭时间卡:时间卡供给进气或排气脉冲发送器,另外还有时间卡用于出料量单点控制的测量时刻。该信号经过光电耦合器卡送入自动控制器。所有的时间卡功能都是相同的。每块时间插板有两个标定制和实际制比较器,由二位十进制预选开关组块和一个比较电路构成。
  显示面板
  显示面板用以显现跳汰机控制设备运行和监控状态。显示器用清晰的文字标示。用光电二极管显示运行和故障状态。
  操作面板
  操作面板装配有对跳汰机控制的按键对接通实行控制,必须将两个按键的操作,在关断时只要迅速一按各传动设备的按键即可。
  另外,操作面板还有指示灯测试按键和报警器,进行有声启动报警和故障信号的传送。计数器和空气调节器同样也在操作面板上。
  工作空气的调节系统
  工作空气的调节系统是由安装在跳汰机一开关柜之间的压力变换器,通过软管线路与跳汰机空气分配器集气包相连接构成。调节器按照预先给定的标定值控制一台伺服电动机。这台伺服电动机通过连杆与节流阀相连,调定的位置以电阻模拟量输入调节器,并在调节器给以显示。节流阀安装在空气分配管和排气管之间的一条管路中,起着旁通管路的作用,根据调节器预先给定的标定值控制经过旁通管路的工作空气的排放量,标准的空气压力数值要在工作运行期间进行调定,并随时可根据条件的变化进行变动。
  另外将供料传送带的带秤模拟信号附加在调节器上,使调节器根据供料情况对节流阀进行调节,同时也对空气压力进行模拟调节。
  出料调节系统
  共有两套出料控制系统   A位移传感器-探测装置:位移传感器-探测装置与调节器和串联的液压系统共同决定有关出料的调节特性,并同时负责产品的质量。
  B单点-探测装置:单点-探测装置与串联的液压系统共同决定有关出料的控制特性,并同时负责产品的质量。
  电动机启动
  出料装置液压泵电动机由跳汰机开关柜进行启动.液压泵电动机功率为1.5KW,电动机设保护开关,采用熔断保险丝。
  2、机前控制系统
  机前控制系统包括操作面板和显示面板,结构类似于开关柜的面板。操作面板利用装配的电动按键来操纵跳汰机的控制系统,对跳汰机进行控制。显示面板用以显现跳汰机控制系统全部工作和监控状态.
  3、机前仪器仪表
  机前仪器仪表划分为工作仪表,测量仪表和监控仪表。另外,上面提到的液压系统电动机,以及空气调节系统的伺服电动机也属于机前仪器仪表。
  总之,上述控制系统全部采用模拟集成电路控制,结构复杂、功能简单、操作烦琐、故障点多、排查故障时间长。产品灰份不能实时显示,只能等化验结果出来后才能调整。浮标探杆角度不正时控制不够精确,而且容易磨损。另外,配件国内不普及,需从国外进口,采购周期长,价格昂贵,影响生产。已经不适合现代企业的发展。并且随着数字化的到来很多配件已经无法买到。在不改变跳汰机本身结构的基础上对跳汰机的控制部分的改造势必行,控制柜采用PLC做主机,采用触摸屏人机接口进行可视化操作。可对跳汰机的风阀、排料系统进行控制,也可增加稳风、给料灰分回控排料等功能的控制。系统还可监视跳汰机系统周边设备(煤仓料位、给料机、高低压风、循环水、精煤脱水筛、斗提机、精煤皮带等)的工作情况,闭锁控制跳汰机的工作。能够纳入全厂的集控网络和管理局域网,对跳汰机进行远程操作监控;共享计检数据(包括快浮、快灰、在线快灰),指导跳汰司机进行生产操作。
  三 改造后控制系统的功能和优点
  数控风阀控制
  1、控制6个空气室的12只电磁阀,执行各种设定的跳汰动作。
  2、具备最新的二次进风功能,可用于难选煤、末煤和混原煤的更好分选。
  3、中煤段和矸石段的跳汰动作可以同反相切换。后者对工作用风具有平衡作用。
  4、在控制闭锁状态,当给料机等周边设备故障停机时,能够自动放风,使跳汰机处于暂停状态,可避免设备压煤和鼓风机频繁启动。
  5、具备3套可调的相互独立的跳汰程序。
  6、输出跳汰工作接点信号,可用于集中控制。
  自动排料控制和精煤灰控
  1、液压闸板方式排料,超声波直线位移传感器检测浮标、闸板位置信号。
  2、排料控制设自动/手动方式转换,自动状态下接收浮标位移信号,液压闸板开度信号和精煤快灰信号,分别调节矸石段和中煤段的闸板开度,步进方式闭环PID控制矸石及中煤的排料量。手动状态可现场或操作屏上开关排料闸板。
  3、在排料床层控制方式时,系统按照设定比重稳定床层,从而稳定产品煤的质量;当灰份信号闭环控制时,系统接受精煤在线测灰仪的灰份信号,自动调节床层,稳定分选产品的灰份在设定的0.5内。
  清洗程序
  1、在给料机停车状态下可执行床层清晰程序。
  2、系统自动开启排料口并设置风阀参数,清除床层。
  给料控制
  1、系统采用变频器就地或远程控制给料机运行或停车。
  2、系统可选择变频自动或旁路控制给料电机。
  3、系统可就地或在触摸屏界面上设定给料速度,达到与跳汰机处理量的最佳配合。
  4、设给料机掉电主回路自动开关跳闸报警和变频器故障报警。
  自动稳风控制
  1、安装在控制柜内的高精度风压传感器检测跳汰机工作风压和控制风压,经主机PLC取样处理与风压设定值比较,经过程序运算,直接由PLC模块输出信號,驱动放风调节阀,使其保持合理的开度,从而精确稳定低压风的风压,对控制风压设低限报警。
  2、工作风设定值范围:0.02MPa—0.05MPa
  3、介质:空气;温度:约60摄氏度;跳汰机低压风风压控制精度:设定值
  ±0.001MPa。
  计检数据传送
  计检数据传送单元将选煤厂化验室的计检数据通过计算机通讯网络及可编程控制器传送到跳汰机现场的电控装置并在触摸屏上显示,以方便现场司机即使掌握信息,合理调整有关参数。
  在线监控信息管理
  1、能够与选煤厂集控监控系统联网通讯,完成在线数据的实时传输,实现数据共享。
  2、可实现跳汰系统的远程操作和监控。对于完善了通讯配置的选煤厂,各种运行参数都可通过PLC网络传送到集控上位机,并且可以允许上位机参与调整各种参数。能够实现远程操作和监控跳汰系统。
  系统数字化改造控制主机采用可编程控制器,采用框架式结构为工业现场提供稳定可靠的平台。系统构成包括处理器、输入输出模块和相关外部设备。处理器功能强大,使用灵活,并内置各种通讯方式和不同容量的内存。控制系统能实现:
  A风阀系统时序开关量开环控制,无检测环节。风阀的控制可单独对每一个空气室的进排气及膨胀期的时间分值进行在线设定修改,通过跳汰频率的设定,从而可实现各空气室的四期工作设定。风阀控制可实现二次进风功能,即所谓的复合跳汰,用以难选煤、末煤和混原煤的更好分选;为适应不同的低压风源,跳汰机中煤段与矸石段可进行同相或反相跳汰。
  B排料系统闭环PID控制。控制程序以响应系统变化,稳定工作状态为准则,以设定床层厚度为依据,以步进方式连续排料,稳定工作床层,从而稳定产品灰份。控制程序设有自动判定跳汰状态,优化排料的系统适应力,数字滤波抗信号干扰,及积分微分补偿消系统偏差等功能。
  C稳风系统闭环PID控制。系统根据设定低压风压,控制放风口开度,稳风风压值在设定的±0.001MPa内。
  D灰份控制系统是排料系统的一个条件控制支路。系统根据灰份设定调整系统排料排料设定及排料量,从而稳定产品灰份在设定的0.5内。此时系统床层人工设定被锁定,中煤及矸石的排放量有系统进行控制。
  所以改变原系统控制的结构复杂烦琐,功能单一的状态将是设备向数字化时代进程的一个转变;改变原系统的操作难度,检修工作量和改善了工作的环境。增加辅助功能,实现了单机智能化和子系统闭路回控,全自动跳汰机及风水给排料系统的闭环自控。以变频器可控阀门为基本设施,密度测控装置和灰份测控装置的组合。同时可建立三种层次的网络:信息层、控制层、设备层;同时通过技术改进,改善了洗选效果,提高产品质量。为其他类似设备提供了可行的经验。
  四、结论
  随着科学技术的发展,设备控制系统数字化已是必然趋势,原来的控制结构复杂烦琐、功能单一,已经不能适应现代生产的需求。通过尽两年的使用,我厂使用的跳汰机控制系统运行状况良好,煤质稳定,达到了预期目的。
  作者简介
  郭雄伟,工程师,神华准格尔能源有限责任公司选煤厂调度指挥中心副经理。
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