重介质洗煤自动控制系统设计研究

司海波

（山西高平源野煤业有限公司机电管理部，山西 晋城 048000）

引言

重介质洗煤技术具有精度高、适应力强、粒度分选范围广以及可低密度分选等特点，是一种比较易于自动化控制的高效科学的洗煤方法。影响重介质洗煤效果优劣的指标较多，包括重介质悬浮液流量、密度、煤泥质量、磁性物含量、悬浮液入料压力以及合格介质桶液位等。众多的重介质洗煤参数以及工艺设备参数控制的滞后性，使得该洗煤方法仅靠人工完成操作较为困难。针对这一现象，本文拟以PLC 可编程控制器以及工业以太网为基础进行重介质洗煤集中控制系统设计，以期对重介质选煤自动化发展有所帮助。

1 重介质洗煤工艺分析

重介质洗煤运用的主要原理为阿基米德原理，密度大于悬浮液密度的颗粒在下层，比悬浮液密度小的在上层。运动中的颗粒会受到重力、浮力以及运动阻力三种力。刚开始加速的颗粒最终会与悬浮液以末速度做相对运动。颗粒大的，相对速度就大，分选的速度就会越快，分选效率较其他就更高。故重介质洗煤方法是以密度大小进行分选，其主要影响因素为重介质悬浮液特性[1-5]。

本文以某洗煤厂为例进行重介质洗煤工艺介绍，其基本流程示意图如图1 所示。该洗煤厂运用的是三产品重介质旋流器工艺。首先，应对原煤进行重介质悬浮液预湿，使其在重力的作用下进入重介质旋流器。介质泵将与煤泥水充分搅拌混匀的重介质悬浮液沿切线打入一段重介质旋流器，一段重介质旋流器在内部将二者搅拌并产生双旋流层后，可将精煤分选出来。剩余的重产物将通过排料余压进入二段重介质旋流器，经过高密度分选后可分选出矸石与中煤。将分选处的矸石、中煤、精煤和剩余的重介质悬浮液分别进行弧形筛与脱介筛脱介处理。脱介筛的处理会产生稀介质和次生煤泥，稀介质可进入稀介桶利用磁选机回收，次生煤泥可通过分流箱将一部分重介质悬浮液回收，并将剩余的煤泥进行处理。

图1 重介质洗煤工艺基本流程示意图

2 重介质洗煤自动控制设计

2.1 总体设计

现阶段，洗煤厂的自动控制系统已发展为集合自动控制、参数检测以及生产管理为一体的综合控制系统，配置要求只需依据洗煤厂处理能力大小进行略微调整即可。洗煤厂的自动控制系统大多包括PLC 控制层以及工控机监控层两层。PLC 控制层的主要功能为对设备的运行状态和参数监控，具体包括信息测控设备、PLC 本地站和远程站。工控机监控层的主要功能为将PLC 控制层所采集的信息传输给操作员，并将操作员的命令反馈给第一层。同时，当设备有故障发生时，也会将故障信息打印出来。对某洗煤厂进行综合分析后发现，该洗煤厂较为适合PLC 设备、以太网以及自动化控制设备的方案进行自动化设计，其具体结构示意图如下页图2 所示。重介质选煤自动控制系统包括PLC 可编程控制器、上位机、就地操作箱以及其他相关设备。

图2 重介质选煤自动控制系统结构示意图

2.2 PLC 控制系统设计选型

现阶段，系统控制共有继电器控制和PLC 控制两种形式。继电器的方法主要是通过继电器与导线的连接而实现的，PLC 控制是运用编程的方法而实现控制的。相比之下，PLC 控制方法的改变只需进行程序修改即可实现，而继电器控制需改变硬件连接，较为复杂。同时，PLC 控制还具有可靠性高、抗干扰强、寿命长、稳定性高等特点，故PLC 控制方法更为方便可靠，适用于该系统设计。

PLC 可编程控制器主要包括储存器、I/O、中央处理CPU、电源等部件，其具体结构示意图如图3 所示。CPU 分为三部分，分别为运算器、控制电路以及寄存器。控制电路的作用为对指令进行读取、解释以及执行；运算器主要是对数字与逻辑进行相应计算，寄存器是运算中间结果储存的位置。存储器的作用为存储系统和用户程序以及相关数据等。I/O 接口主要是数据输入输出的接口，是CPU 与外界信号交换的枢纽，以驱动执行元件。系统运行主要以采集电源信号、故障信号、运行信号以及控制选择信号的数字信号以及采集液位高度、密度等数据的模拟信号为基础，通过CPU 对重介质悬浮液与介质桶状态进行判断控制。

图3 PLC 控制系统结构示意图

市面上的PLC 可编程控制器主要分为整体式与模块式两种。整体式不具备扩展功能，只能运用于点数较少的项目，故不适合于该系统。综合分析，选取西门子公司的SIMATIC S7-1500 PLC。

2.3 工业以太网设计

通常情况下，工业控制网络系统主要包括设备层、控制层以及信息层三部分。信息层主要通过以太网进行相关管理，设备层与控制层还可运用现场总线进行控制。但由于总线标准各不相同，运用现场总线控制的方法较易形成信息孤岛，不利于企业管理。工业以太网以TCP/IP 为标准，采用协议开放的方法，可实现远程诊断与访问功能，具有传输快、距离远等特点，较为适合该系统设计[6-11]。

通过对该洗煤厂进行实际分析，由于信号传输所需距离较大，故本设计选用光纤的方式进行信号通信。以太网交换机放置在工业现场，以延长信号传输距离，提高抗干扰能力，方便系统调试，其具体结构示意图如图4 所示。

图4 通信网络结构示意图

2.4 其他部件设计

由于PLC 选取的为西门子公司的SIMATIC S7-1500 PLC，故CPU型号为1513-1PN；S7-1500 PLC 有系统电源与负载电源两种电源，故选用PM 70W、120/230VAC 电源；测控系统主要需配备分流箱、密度计、液位计、压力计以及黏度计测量工具。

3 系统测试

将上述设计方案应用于实际洗煤厂控制系统并进行相关实验后发现，该自动化控制系统运行平稳可靠，实现了自动化控制，较传统的PID 控制方式，其性能精度更高，控制更为灵活，符合重介质选煤自动控制系统的相关设计要求。

4 结论

重介质洗煤技术是洗煤技术中的主流技术，但由于该技术洗煤参数多、工艺设备参数控制滞后，靠人工完成操作控制较为困难。针对这一现象，本文拟以PLC 可编程控制器以及工业以太网为基础进行重介质洗煤集中控制系统设计，经分析研究得出了以下结论：

1）PLC 可编程控制器+工业以太网的方法较为适合重介质洗煤自动化控制系统设计，对重介质洗煤自动化发展有所帮助。

2）运用PLC 可编程控制器+工业以太网的方法进行设计后，系统运行平稳可靠，性能精度更高，控制更为灵活，符合重介质选煤自动控制系统的相关设计要求。