加压过滤机中微机电控系统在选煤厂中的实践应用研究

2023-08-20富渊

中国设备工程 2023年14期

富渊

（中煤大同能源有限责任公司选煤厂，山西大同 037000）

加压过滤机是一种煤炭洗选行业常用的煤泥去水设备。国外西德最早在20世纪60年代开始研究加压过滤机，1985年年底，西德成功制造了世界上第一台工业用加压过滤机。我国从20世纪70年代中期开始研究加压过滤机，煤炭科学院唐山分院最早开始研究，最早制造的山东省莱芜煤矿机械厂，成为世界上第三家加压过滤机生产厂家，后来逐步规模化生产，以满足国内选煤厂生产需要。加压过滤机主机部件部设在压力容器内，里面潮湿、水汽大、条件恶劣；机构频繁动作，闭锁众多。因此，电控系统要保证运行良好可靠，要适应整机环境，程序动作要迅捷，系统参数要稳定，控制过程要精准细致。中煤大同能源塔山选煤厂加压过滤机工业控制机选用研华IPC-610L工控机，可编程序控制器选用美国AB公司的PLC SLC5组合，此IPC工业控制机的用户界面简单明了，采用的PLC可编程序控制器有非常高的稳定性和强大的逻辑运算功能，能够满足加压过滤机工作特点的需要。既经济又可靠，是理想的选配。

1 中煤大同塔山选煤厂概述

中煤大同塔山选煤厂位于南郊区塔山矿井主井工业场地内，山西省大同市西南12km南郊区口泉乡上窝寨村，北靠鸦西二级公路，东0.5km为韩杨铁路专用线。中煤大同塔山选煤厂是一座设计能力为240万t/a的矿井型动力煤选煤厂。2008年8月建成投产。采用动筛跳汰机和两产品重介有压旋流器生产工艺，主要设备有动筛跳汰机、给煤机、皮带运输机、刮板输送机、振动筛、离心机、加压过滤机、旋流器、泵类设备等，采用计算机集中控制，大屏幕电视监控，产品为精煤、中煤、高岭岩、矸石四个品种，生产工艺灵活、简单，各工艺环节及质保均采用计算机自动检测和控制，产品质量可随着客户的需求进行调整。选煤厂于2015年4月进行了改扩建，工程于2015年12月31日投入试运行，目前，系统生产能力稳定在1200～1500t/h，产品主要通过汽车和火车外运。业务涉及煤炭洗选、装车发运、设备维修、配件加工、供热供水等。

2 工艺系统

原煤由301号带式输送机运入主厂房，经破碎后由胶带机运至主厂房，13mm以上块煤进入动筛跳汰机和浅槽进行预排矸，13~0.75mm级原煤采用重介旋流器分选。0.75mm以下煤泥由TBS分选机和加压过滤机及板式压滤机回收。产品为精煤、中煤、矸石三种产品。精煤经汽车火车运输销往大同市周边电厂及沿海港口，中煤、末矸石作为中煤塔山电厂原料用煤，大块矸石外排倒掉。

3 控制系统

3.1 控制范围

选煤厂控制系统始于主平硐井口房至原煤缓冲仓带式输送机、经原煤缓冲仓、原煤储煤场、主厂房，终于产品煤仓、矸石仓及汽车装车点和火车装车点。生产系统分为几个控制系统，原煤入原煤缓冲仓或原煤储煤场系统；原煤储煤场入原煤缓冲仓系统；动筛跳汰系统；两产品重介旋流器分选系统；浅槽分选系统；加压过滤机系统；浓缩系统，产品煤装车系统。

3.2 硬件控制系统

在选煤厂设有集中控制室，作为全厂地面生产系统调度生产的中心。里面主要设备有控制操作台，工业控制计算机，矩阵显示器，电视系统监视器、调度电话系统等。控制主机选用施耐德Quantum系列PLC和IFIX4.0组态软件对选煤厂生产进行控制和监视。系统采用控制以太网、MB+网或RIO网络，采用主站和分站分开形式。主厂房低压配电室设置主站；原煤系统、装车系统、浓缩车间配电室及加压过滤机和动筛跳汰机控制室设分站，各站之间通过控制以太网、MB+网或RIO网络通信连接，并实时进行数据交换。所有设备采用集中、就地两种控制方式。集中控制方式，设备启车采用逆煤流方向启车，停车采用顺煤流方向停车。上下游相连的设备采用电气联锁，当其中的某台设备发生故障停止运行时，上游的设备停止启动或运行。当系统在集中控制方式时，各设备不能进行就地开车操作，但集控室和现场都能操作停车。所有参控设备在就的状态时，均可在就地实现单台启、停。

4 加压过滤机

4.1 加压过滤机结构特征及工作原理

加压过滤系统由机械部分、电气部分、压风部分，入料部分几部分组成，主要设备包括主轴、储料槽、圆盘过滤机、加压仓、滤扇清洗装置、气水分离器、刮板输送机、液压系统、润滑系统、排料闸板、反吹装置等，辅助机械包括低压风机、高压风机、入料用渣浆泵、浓缩池、渣浆泵、管道等部分。

加压过滤机的圆盘过滤机放置在加压仓内，过滤机由滤扇、槽体、搅拌、主轴组成。要处理的浓缩料液由入料泵给料，进入过滤机的槽体中，压风机工作，将空气压缩后充入加压仓内，通过主轴旋转，将浓料液带到滤盘上，通过分配阀形成压差将滤扇上的浓料液水分排出，这样，压缩空气发挥作用，将带到滤扇上的浓缩料液中的水分通过过滤介质排出，而固体颗粒被过滤压制到过滤介质上形成滤饼，随着滤盘的旋转，滤饼被压干水分后，被运转到卸料区时，反吹运行，滤饼被刮刀刮到仓内刮板输送机中，被输送到排料仓中，通过上下闸板的开闭，将固体颗粒物料间歇排出机外，整个处理过程无须人员操作，完全自动进行。

4.2 运行操作

在运行过程中，要保证料液的入料粒度在0～0.5mm，入料浓度200～350g/L，料液浓度太大要开启补水泵加水稀释，排料装置能及时将加压过滤机排出的物料运走。中煤塔山选煤厂加压过滤机采用自动操作方式，手动操作，如需单独操作个别设备，可用手动状态下的就地按钮操作，手动和自动状态通过转换开关切换，转换开关打到就地侧时，现场控制箱上的按钮就可以单独操作要操作的设备。低压风机需单独开启和停止。

4.3 电控系统

中煤塔山选煤厂加压过滤机采用PC-PLC组合控制方式。控制系统包括操作主机（上位机）、动力控制柜、电源柜（660VAC用户）、PLC控制柜、现场控制箱、仪表和执行机构等组成。IPC工业控制机的用户界面简单明了，采用的PLC可编程序控制器有着非常高的稳定性和强大的逻辑运算功能。系统由计算机集中控制，进行数据检测、通讯，集控操作简单方便，参数监测调整，操作显示提示及故障报警。操作台的主要设备有工控机(IPC)、显示器、UPS、键盘、鼠标；动力柜主要安装设备的强电动力控制部分，柜内主要安设了主轴变频器、断路器、熔断器、接触器、热继电器等电气设施。控制柜内安设了可编程序控制器、输入输出模块、直流电源、中间继电器、各执行机构、输出保险等控制设施。电源柜内主要安设了动力变压器(40KVA)、熔断器、旋转式隔离开关、电流互感器等电气设施。

4.3.1 IPC工业控制计算机

中煤塔山选煤厂加压过滤机采用台湾研华工业控制机IPC610L主机，CPU选用INTEL P4 3.0G，采用RSVIEW32软件组态。该工控机具有防尘、防振动、热稳定性好、抗干扰能力强等优点，较单片机在通用性、可靠性、灵活性、易用性方面都有优势。本厂使用的工控机对电源部分进行了重新设计，抗干扰能力显著增强；主板新改进了有源主板和无源主板(主板上只保留总线；CPU、RAM和外设接口都变成独立的插卡)，二者进行了有效结合；机架和结构提高了防护等级和系统可靠性；配有了专门的总线，具有更高的可靠性；新增了特殊功能的插卡，用于接续更多的模拟量、开关量；操作系统采用通用平台，可以开发各类用户所需的控制软件。

4.3.2 PLC可编程控制器

中煤塔山选煤厂加压过滤机采用美国AB公司的PLC SLC5是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。具有逻辑控制功能、定时控制功能、步进控制功能、数据处理功能、计数控制功能、通信联络功能、故障诊断功能(能够对系统构成、硬件状态、回路控制功能(A/D、D/A、PID)、指令的合法性、监控功能、停电记忆功能等进行自诊断功能）。模块可进行组合，可以满足不同要求的系统。PLC SLC5指令运算速度高，可达（0.6～0.1μs），采用了模块化结构；算术运算采用浮点数运算；操作系统采用简单的人机界面，无须编程，方便操控。RSVIEW32人机界面从PLC SLC5中取得数据，PLC SLC5实时监测用户指定的指令，并传送这些数据。PLC SLC5操作系统不断地处理数据的传送；CPU的自诊断功能对有错误和特殊系统事件（例如，更换模块、报警、停电等等）能够及时记录；口令保护提升了安全方面，可有效地保护防止PLC被复制和修改。SLC5PLC设有操作方式选择开关，采用钥匙控制，当钥匙拔出时，操作方式无法改变，防止非法删除或改写用户程序和误操作。PLC SLC5通信组态功能采用编程软件Step 7的用户界面来实现，组态简单容易，只需一定电气基础知识的电气工人可完成编程组态。除了上述功能外，还具有高电磁兼容性和强抗振动、冲击性，能够适应恶劣的工业环境。

4.3.3 IPC－PLC体系通讯

编程器、PC机、人机界面系统通过可编程序控制器SLC5的多点接口连接，同时，连接上位机和下位机联络控制体系通讯主要是网络联络。本系统构成的关键重要点就是通讯网络。本控制系统中，上位机主板上的PC适配卡配置的RS232通讯接口与下位机通过电缆进行多点接口网络通讯。程序监控和编程分别利用工控软件RSVIEW32所带的MPI驱动，和SETP7编程软件所带的MPI驱动，实现上位机和下位机的通讯。

4.3.4 监控画面

监控画面由主画面、子画面、辅助画面三种画面组成。

（1）主画面。主要包括加压过滤机操作方式、逻辑控制系统、实时参数显示、各类参数设定、报警表显示、历史运行趋势等内容。

①操作方式。可分为手动控制、自动控制两种，压风操作分为反吹有、无选择两种，系统默认为自动，有反吹的情况下可进行启车、停车、继续。②控制系统。包括全部控制页面，实时显示整个加压过滤机的工作状况，可以进行启车、停车、等待、继续、消声等操作，可进行自动控制、手动控制选择及对应单个执行机构的操作,可打开参数设定画面及其它子画面。

（2）子画面。在点击控制按钮时弹出，包括手动操作、自动选择、加压仓压力设定、储浆槽液位设定、反吹风包压力设定、PID参数设定、主轴转速设定等几个方面内容。

（3）辅助画面。有启动画面、单机操作画面、提示画面、宣传画面等内容构成。

4.3.5 调试操作

（1）当手动将控制柜上转换开关打到调试侧时，可在现场控制箱操作，在现场近距离操作观察，缺点是所有操作没有连锁关系。

（2）当手动将控制柜上转换开关打到程控侧时，操作画面上选择手动方式，可手动操作各设备，这种操作有闭锁关系，但是设备运行较慢且对现场情况不了解，存在安全隐患。选择自动方式，各设备自行启车运行，整个加压启车运行过程自动完成，操作人员主要是对运行状态进行监视。操作者需要监视运行状况及参数，包括储浆槽液位、加压仓压力、下仓料位、排料周期、报警信息。自动运行过程中也可切换到手动操作，如停止入料泵、停止打料、停止主轴旋转、停止刮板机运行等。自动过程中进行手动操作时，自动排料程序将停止执行，手动操作时间不可过长，如果时间比较长，要先打到等待状态，再进行手动操作；手动操作结束可直接切换到自动，自动程序可记住原来的状态而继续往下一项程序进行；当入料、排料、上下级设备、压力、输送物料等出现问题时，加压过滤机系统将自动切换到等待状态，人员处理好后故障后，按下继续按钮可恢复正常自动运行。