基于PLC 浮选密度控制系统的设计与调试

巩 曦

（西山煤电集团东曲选煤厂， 山西 古交 030200）

引言

当前，随着煤炭节约和环保的要求越来越严峻，对原煤进行再加工，保证其满足环保要求的同时提升煤炭的利用率。目前，针对煤炭选煤操作的主要方式为重介质选煤，而重介质选煤的依据为悬浮液的密度。因此，实现对重介质选煤悬浮液密度的精准控制对最终洗选所得产品的质量尤为关键。在实际生产中，针对悬浮液密度的控制在部分选煤厂还由人工完成，其控制精度较低，引入的主观误差较大[1]。故，本文基于PLC 控制器完成对选煤厂悬浮液密度的高效、精准控制。

1 悬浮液控制系统的总体设计

1.1 浮选密度控制系统的必要性分析

某选煤厂采用三产品重介质旋流器为核心设备实现对原煤的洗选，其原煤洗选能力为150 万t/a，对应的重介质洗选工艺流程如图1 所示。

图1 选煤厂重介质洗选工艺流程

如图1 所示，经三产品重介质旋流器分选处理后产品中夹带着大量的悬浮液，而后经脱介筛和分流箱进行再次处理后得到煤泥介质、稀介质以及合格介质等。总的来说，悬浮液密度为影响重介质旋流器分选效果的关键因素。因此，基于高效、精准的浮选密度控制系统实现对悬浮液的精准控制是非常有必要的。

1.2 悬浮液密度控制系统的总体设计

某选煤厂目前已初步实现对选煤工艺流程的集中控制，集中控制的核心为PLC 控制器。基于多个PLC 控制系统和以太网通信技术实现选煤厂的式中控制，根据其生产需求设置有重介分选站、浮选站、压滤站以及装车站等[2]。本节着重对重介分选系统中的悬浮液密度控制系统进行研究。鉴于某选煤厂悬浮液密度控制分系统与选煤厂集中控制系统相对独立，且设备老化，本文节中从对原悬浮液密度控制系统的改造完成对浮选密度控制系统的设计。

依据悬浮液密度控制的原理，设计浮选密度控制系统的总体结构如图2 所示。

图2 浮选密度控制系统总体结构示意图

如图2 所示，基于同位素密度计、磁性物含量计等仪器对悬浮液的密度进行在线测量并显示于上位机系统。将所采集到的模拟信号通过AI 模块传输至PLC 控制系统，通过对比悬浮液密度实测值与给定值后经DO 模块对泵前加水阀、桶内补水阀以及分流机构等进行控制，从而达到对悬浮液密度控制的效果。

2 浮选密度控制系统的硬件设计

2.1 PLC 控制器的选型

针对选煤厂浮选密度控制系统的核心为PLC控制器，结合本选煤厂集中控制系统所选型PLC 控制器的各模块，为保证浮选密度控制能够与其他控制分系统正常通信且具有良好的兼容性。最终确定选用S7-200 系列PLC 控制器，其对应的模块各类模块及其型号如下：电源模块为140CPS11420、远程通讯模块为140CRA93100、数字量输出模块为140DAO85300、数字量输入模块为140DAI75300、模拟量输入模块为140ACI4000。其中，模拟量输入模块主要是对现场同位素密度计、磁性物含量计等设备所采集数据进行传输；数字量输出模块是根据所采集的现场实时参数与给定值得出控制值，将该控制值传输至加水阀、补水阀以及分流机构等执行机构；数字量输入模块用于传输重介质旋流器的开关量；远程通讯模块用于与其他控制分系统和主站之间的通信，以实现选煤厂的集中控制[3]。

2.2 传感器的选型

浮选密度控制系统控制依据为对悬浮液密度的在线检测，如图1 中配置了密度检测仪、磁性物含量检测仪等。课题组在调研市场及综合对比的基础上，浮选密度控制系统涉及到的传感器选型如表1 所示。

表1 传感器选型及关键参数

2.3 执行机构的选型

本浮选密度控制系统涉及到的执行机构包括加水阀、补水阀和分流机构。各执行部件对应的执行机构如下：加水阀和补水阀采用DKJ-D31 型电子式行程电执行机构进行控制，该机构的行程时间为25 s，输出扭矩值为259 Nm；分流机构采用DKZ-5500M电动型直线机构进行控制，该机构的行程时间为45 s，行程距离为60 mm，输出推力值可达6 400 N[4]。

3 浮选密度控制系统的软件设计

为保证浮选密度控制系统的实时性和精确性，本系统采用模糊控制算法和PID 控制算法相结合的模糊PID 控制方式。具体控制思路如下：当悬浮液密度大于设定值时，启动加水阀并实时监测悬浮液的密度值，当与设定密度一致时加水阀关闭；当悬浮液密度小于设定值时，控制分流机构向合介桶补加磁性物质，与此同时实时监控悬浮液的密度值，当与设置密度一致时停止添加磁性物质，其对应的悬浮液密度控制流程如图3 所示。

图3 悬浮液密度控制程序流程图

除此之外，根据重介质选煤集中控制系统需实时对重介质悬浮液的液位、煤泥含量等参数进行远程监控，并对实际运行中出现的故障发出报警并作出相应的动作。为保证所设计悬浮液密度控制系统运行的可靠性和稳定性，在运行前期需对系统中合介泵、磁选机、固定筛、脱介筛、调节阀以及相关的分流机构等11 个设备进行调试，即对每个设备就地回路和远程回路进行调试，并对调试中遇到的问题及时解决[5]。结合选煤厂集中控制的需求，针对重介质悬浮液密度控制设计如图4 所示的控制界面。

图4 重介质选煤悬浮液密度控制界面

如图4 所示，基于悬浮液密度控制系统可对重介质悬浮液的液位、密度进行实时监测，并根据监测结果控制补水阀的开度大小、分流箱的开度大小实现对悬浮液密度及液位的调整，以保证悬浮液密度为最佳确保最终的分选效果。

4 结语

重介质选煤为当前选煤厂最常见的洗选方式，其核心设备为重介质旋流器。重介质悬浮液的密度为影响分选效果的关键参数，因此在实际操作中需保证重介悬浮液的密度为最佳。本文以某选煤厂为例，以PLC 控制器为控制核心完成了浮选密度控制系统的设计，对于提升选煤厂的分选效果、降低选煤厂运行成本、提高选煤厂效益具有积极作用。