葫芦素选煤厂浓缩机控制系统技术改造

宋传方

(北京中煤煤炭洗选技术有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

葫芦素选煤厂设计带煤量为2 400 t/h，煤泥水系统采用2台NXZ-40高效浓缩机作为处理煤泥水的设备，在生产过程中出现过浓缩机耙体停转、但集控室运行信号显示正常现象，经检查发现，液压马达无法产生足够的扭矩，导致机械能传输功率减小，无法带动耙体正常运转，但液压泵站油路循环系统仍处于正常工作状态。基于此种情况，选煤厂设计了一套检测耙体停转装置。

1 改造方案及目的

改造的目的是检测浓缩机耙体是否停转。通过采用PLC程序自动检测控制方法，利用梯形图与功能模块相组合的方法编写保护程序，利用耙体运转中的参照点，计时出电感式接近开关经过2个参照点所用时间T，考虑到耙体运转速度会低于此速度，因此将设定时间上调为(100+10)T%，当检测时间大于设定时间时，中继器动作，现场声光报警器发出警报，集控室操作平台接收到报警信息，通知岗位人员到达现场提耙。

通过设计PLC程序自动检测控制，对输入输出节点进行分配，利用软件编程实现对设备运转的检测，并配备相应的外围保护装置，使得安全性、可靠性得到提升，避免因煤泥水沉降，造成压耙，引发安全生产事故。

2 自动检测控制系统硬件组成

为满足PLC程序自动检测控制方法，需准备下列材料：

(1)西门子PLC-200 Smart，型号为6ES72881SR200AA0，RS485通讯线；

(2)笔记本电脑1台，用于软件调试；

(3) 中间继电器4个，声光报警器1个；

(4) 网络高清摄像机，用于对现场设备监控。

2.1 PLC选型及工作原理阐述

2.1.1 PLC选型

为满足检测控制需要1台控制器，考虑到现场实际需要的输入输出点位较少，且现场条件恶劣，由于西门子PLC具有高性能，高集成，可靠性，稳定性，抗干扰能力强，故选用西门子PLC-200 Smart系列里较为经济性的一款型号为6ES72881SR200AA0的PLC。

2.1.2 PLC工作原理阐述

PLC在投入运行时，工作过程一般可分为3个阶段，即输入采样、用户程序执行、输出刷新。

(1)输入采样阶段。PLC将所有输入状态和数据进行扫描，将它们存入输入输出映象区中相应的单元内。输入采样结束后，会对用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，不管输入状态和数据是否会发生变化，输入输出映象区中的相应单元的状态和数据都不会改变。因此，为了将脉冲信号读入，脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期。

(2)用户程序执行阶段。PLC按照由上而下从左至右的顺序依次扫描用户程序。在扫描每一条梯形图时，从梯形图左端的各触点构成的控制线路，依次按照先左后右、先上后下的顺序对各触点构成的控制线路进行逻辑运算，并输出逻辑运算的结果，刷新对应线圈在系统RAM存储区中对应位的状态。在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

(3)输出刷新。当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。

2.2 电脑

由于要完成软件的编程，需要1台装有西门子PLC-200 Smart软件的电脑，用于将PLC和外部检测装置建立有效的连接关系，通过RS485通讯线路将编好的程序下载到PLC中。原则上常用XP系统、Win7系统安装西门子PLC-200 Smart编程软件。

2.3 网络高清摄像头

为了实时监控浓缩机是否发生停转，另加装高清网络摄像头，现场使用海康威视高清网络摄像头，将现场设备的运行画面传输至集控室，集控员通过网络监控大屏幕实时监控浓缩机，一旦发生停转，现场声光报警器会发出警报，集控员可通过监控画面发现浓缩机停转，通知岗位人员现场查看情况，同时可回放任一时刻现场浓缩机运转情况，有助于分析改善浓缩机运行状况。

3 自动检测控制系统软件设计

图1所示为现场浓缩机实际情况，当浓缩机正常运转时用秒表计时得到相邻2个探点经过电感式接近开关所需的时间，考虑到耙体受阻力时运转的速度会减缓，因此在原有测得时间的基础上，将设定时间上调10%，经过测试能很好的满足现场实际情况。设探点本身的距离为x，探空区域距离为y，检测准确率为F，由于浓缩机停转时接近开关停在探空区域会触发报警，停在探点上则不会触发报警，因此存在检测盲区。检测准确率如式(1)，所得结果为90.4%，按图2程序设计基本能满足要求。

图1 浓缩机现场实物

图2 浓缩机检测装置程序

图2设计基本能满足检测浓缩机是否停转，但缺点在于当设备停转时，电感式接近开关正好检测到探点的位置时，程序内部的计时器输入点无法接通，导致输出点一直为零，外部中继器无法接通，声光报警器不会发出警报。为了改善这种弊端，在不改变外部硬件条件的情况下，对程序重新编写，利用上升沿、下降沿、计数器、计时器指令相互结合的方法编写程序，电感式接近开关检测到探点，上升沿接通计数器，计数器的常开触点闭合，计时器开始计时，耙体正常运转时，未到达设定时间时电感式接近开关离开探点触发下降沿，计数器复位，计时器清零，当电感式接近开关离开探点触发下降沿时，另一计数器接通，计数器的常开触点闭合，计时器开始计时，耙体正常运转时，未到达设定时间时电感式接近开关再次接触探点触发上升沿，计数器复位，计时器清零，因此无论电感式接近开关检测到上升沿还是下降沿，都会延时到设定时间后触发输出，并且这种往复式的循环消除了检测盲区，真正实现了浓缩机停转后，无论电感式接近开关探到探点位置，还是探到非探点区域，计时器都会发出计时，延时至设定时间，输出线圈得电，中继器接通，集控室操作平台接收到报警信息，且集控室监控画面显示声光报警器发出警报如图3所示，程序如图4所示。

图3 集控室高清画面摄像头显示屏

图4 浓缩机检测装置改进后的程序

4 结 语

浓缩机作为选煤厂重要的处理煤泥水设备，耙体停转会导致煤泥水沉降压耙进而影响选煤厂的正常生产，为此设计检测浓缩机耙体停转的电控装置，结合集控高清视频监控系统，保证耙体停转时，及时发现耙体停转，及时检修。经现场安装使用后，能准确检测到耙体停转，并及时发出报警，从而保障浓缩机长期高效稳定运行，降低了设备的故障率。