洗煤厂防冻液自动喷洒控制系统的设计与实现

神东洗选中心布尔台选煤厂 内蒙古 鄂尔多斯 017209

1 引言

对于煤炭，大家并不陌生，它为促进我国的经济发展带来了非常大的作用。煤炭一般被埋藏在地下数百米到数千米处。在挖煤的过程中，为了清除煤矿中的无机杂质，降低煤的灰分和硫分，提高煤的质量，通常要进行洗煤。煤经过水洗之后，会吸收大量的水分。如果外界的环境温度较低，煤在水洗之后很容易冻在一起。我国的煤炭重要埋藏在西北地区，那里自然环境温度相对偏低，在严寒的冬天，室外温度都在零下30度左右，若煤出现结冰现象，会导致卸煤比较困难，从而影响到煤炭的物流运输和生产效率。并且，也会带来卸煤时的不安全因素。因此，将清洗之后的煤装到列车中时，要及时对清洗之后的煤炭以及列车的车厢周围喷洒防冻液，防止在低温环境下煤炭之间以及煤炭和列车的车厢冻结在一起。以前都是通过人工的手段将防冻液喷洒到煤上，不仅需要耗费较大的人力，并且，喷洒由于不均匀，防冻的效果也很有限。此外，防冻液有一定的腐蚀性，长时间的接触，会给人们的身体带来一定的伤害。基于此背景，我们设计了防冻液自动喷洒的系统。

2 系统简要介绍

该系统的组成部分为喷洒系统和防冻液加压站。喷洒系统直接安装在装车溜槽上，通过在溜槽上安装的喷嘴进行喷射。根据喷射孔的大小可以调整喷洒的均匀程度。就像是家庭生活中洗澡用的喷头，在系统中施加一定的压力，将储存在列车上的防冻液均匀地喷洒到列车的各个侧面上。一般先对空列车的四周进行喷洒，防止煤与列车的车箱侧面接触而冻在一起。在出料口也安装喷洒装置，上面安装多个细小孔的喷头。当煤落下时，系统就开始启动喷洒动作，防冻液的加压站通过变频调速，可以保证防冻液的管道内压力处于稳定的工作状态，从而保证喷洒的均匀性。

3 系统工作原理

由于分别需要对空车和对煤落下时进行喷洒，其工作原理也不尽相同。我们分别进行介绍。

3.1 空车喷洒的工作原理 该过程是在列车的车皮行进的过程中，通过压力将防冻液快速均匀地喷洒到空车皮的各个侧面上。主要是通过电眼对车皮进行监测。当空车皮行进到喷洒区域时，电眼监测到相关信号，并将信息传递给PLC，由PLC发出喷洒的命令。车皮均匀地行进，保证前后左右以及底侧都能均匀地喷到防冻液。当车皮行驶到连接处，电眼监测到相关位置时，将信息传递给PLC，PLC再发出停止喷洒的命令。整个喷洒过程需要对车皮的行进位置准确地把握，以及牵引机能够提供稳定的运行。两者要建立完美的配合才能保证喷洒过程的准确性。

3.2 装煤时喷洒的工作原理 当煤被装运到列车车厢时，为了喷洒的均匀性，要在煤下落的过程中将防冻液喷洒快速而均匀地喷洒到煤上，这样才能保证煤和防冻液能够均匀地掺和在一起。其动作原理为：当装煤进行开仓动作时，开仓的信号传递给PLC，PLC会开启仓门的电磁阀，发出喷洒防冻液的指令。当仓门关闭时，信号也传递给PLC，PLC便会下达指令对电磁阀进行关闭。防冻液的喷洒动作就会停止。由于仓门的开关动作均由机械装置来控制，整个动作需要一定的反应时间，因此，要根据动作的反应时间来设定电磁阀进行喷射或者关闭装置的指令。防止因时间掌握不够准确而提前或者延后启动或者关闭了喷射装置，从而带来喷洒不均匀的问题。

4 系统硬件配置

为了给系统提供比较准确的喷射动作，需要给系统提供良好的硬件配置。需要从以下几方面来考虑：

第一，选择合适的控制器

为了配合实际的控制情况，需要选用可编程控制器，它不仅有体积小、能耗低、可靠性强等优点，在系统中安装和调试都非常方便。本系统选用了西安华光公司生产的可编程控制器。该可编程控制器的PLC内部有输出继电器、保持继电器等功能，可以实现系统的自锁、互锁等控制功能。尤其是前章节中讲到的开仓和关闭仓门的动作延迟，因为也具有延时控制功能，可以很好地控制喷洒时间的准确性。

第二，选择合适的电眼监测装置和系统

电眼广泛用于违章监测和罪犯的抓拍，比如道路中行驶的车辆，当有违规停车等违法行为出现时，电眼就会记录下这一过程，并将图像信息传递给控制中心。在洗煤防冻液的喷洒系统中，为了很好地监测到火车车皮的位置，要选用合适的电眼监测装置。比如，为了精确地对火车车皮位置进行定位，光敏元件的选择很重要，在洗煤现场，一般都是室外操作，温度比较低，空气的湿度以及煤的灰层都比较严重，这些因素都要考虑到，并且光眼要安装在容易检测到火车车皮的位置，能够保证将车位行进的信号准确地传递给PLC，从而保证了PLC指令发出的准确性，对于系统的稳定性起到一定的保障作用。

5 系统软件设计

PLC程序使用的是适合上述提到的西安华光PLC的软件。主要包含以下几点：

5.1 对喷洒装置的控制程序设计 ①空车皮的喷洒：根据传感器检测到的信号，对喷洒阀进行开闭控制。在喷洒过程中，需要检测到车位的行进信号和牵引机运行信号同时满足条件才会进行喷洒动作；②装车时的喷洒：根据仓门的开仓和关闭信号来控制喷洒阀的开闭，实际喷洒系统中，由于仓门的速度非常快，并且左右两个仓门的开关速度很难达到一致的水平，会造成喷洒的不均匀。为此，可以通过对装车的喷洒程序进行一些改善，使得左右两仓门的信号能同一时间传递给PLC。

5.2 对防冻液加压站控制程序的设计 该程序的设计主要包括初始化的程序、对数据的处理程序、PID的控制算法程序。受篇幅限制，本章节不做详细说明。

6 结语

本系统通过硬件配置和软件上的设计，有效地解决了以往采用人工喷洒带来的各种问题，同时也改善了工人的工作环境，提高了劳动效率，对于企业的成本降低有着很大的促进作用。