一种复合干法选煤过程控制系统的制作方法

所属技术领域

本发明涉及一种控制系统，尤其涉及一种复合干法选煤过程控制系统。

背景技术：

选煤方法主要有干法选煤和湿法选煤。在液体中诸如水、悬浮液等进行的称为湿法选煤，在空气中进行的称为干法选煤。目前煤炭行业比较盛行的方式是湿法选煤，但在我国却遇到了以下3个方面的障碍：①煤炭储量丰富的西部地区水资源严重不足，而且在冬季严寒天气下易冻结；②部分属于低变质煤种和易泥化煤，难以用湿法来选煤；③湿法选煤工艺投资较高，有些选煤厂资金不足难以采用。相比之下，干法选煤具有投资少、占地小、周期短、效率高、劳动力资金投入小等优点。基于此，实现煤炭的洁净利用，干法选煤成为我国的研究重点和方向。复合式干法选煤技术为我国西部地区提供了一条煤炭加工利用的一种新途径，但是与之配套的控制系统却相对较少。

复合式干法选煤系统的煤粒通过缓冲仓送至给料机，这一流程可使床层厚度均匀。开启振动电动机使干选床层产生振动，床层上面有风孔，下面有风室，起调节风量的作用，气流通过风孔作用在分选煤粒上，由通风机进行鼓风，继而按密度大小进行分层。干选床的振动幅度和纵横向倾角可以根据需要任意进行设置。气流通过干选床后绝大部分经旋风除尘器后循环使用，少部分经袋式除尘器后排入大气。

技术实现要素：

本发明的目的是为提高干法选煤的工作效率，实现选煤流程的自动控制，设计了一种复合干法选煤过程控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是。

复合干法选煤过程控制系统由上位控制机、上级控制系统、输出模块、检测模块、执行机构、电源等部分组成。

所述的plc作为控制系统的核心，其输入模块接收各种检测元件采集来的数据，将其进行转换为标准信号，然后将此信号送至上位工控机，进行综合处理判断，产生控制信号，通过输出模块驱动执行器动作。

所述的上位机采用opc技术与上级控制系统进行数据交换，实现远程控制。

所述的系统采用jerd818型雷达物位计对缓冲仓物位进行测量，该物位计可以在高粉尘的环境下工作，利用脉冲发射和接收的时间差与被测介质表面的距离成正比的原理，测量缓冲仓的物位，工作稳定，测量精确。。

所述的系统的干选床纵横向倾角的监测选用sx41100型伺服高精度单轴倾斜仪，具有误差小、耐振动和工作温度范围广等优点。

所述的系统的干选床振动位移的监测采用ytkj-21型速度传感器和slm-8000型振动位移变送器。

所述的系统的风量采用孔板流量计和微差压传送器配套组成的装置进行测量。荷重传感器采用途晟的ics-20型电子输送带秤，由称重桥架、称重传感器、60-12c型速度传感器、2105型称重控制器4部分组成。

所述的系统选择zajd型电动调节蝶阀控制风量，该阀密封性良好，流量特性近似直线。

所述的系统选择标准变频器对各电动机进行变速调节，快速便捷、安全可靠。系统各个电动机的电压、电流、功率及功率因数信号采集与测量，采用eda9033系列综合电量测量模块来实现。

所述的系统的plc硬件选型中选择模拟量输入模块2块，模拟量输出模块2块，数量输入模块1块，数字量输出模块2块，cpu模块1块，电源模块1块。

所述的系统为了提高系统的抗干扰性，采取电源与信号线分开布置，各传感器的输出信号采用直流信号，plc和变频器采用不间断电源等措施。

所述的系统将缓冲仓的物位控制在缓冲仓75%以下，以防煤位过高，导致溢出。过高的煤位对缓冲低的调节门也有较大的压力作用，导致其损伤。

所述的系统中主变量为给料机的给料量，副变量为调节门传递给给料机的煤粒量，主控制器为主调节器，调节门控制器为副调节器。采用串级控制方案。

本发明的有益效果是。

复合干法选煤过程控制系统结合pid控制技术和plc编程技术设计相关程序，完成数据的采集、处理以及工艺参数自动稳定的调控，实现了选煤流程的实时监控，提高了选煤工艺的自动化程度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是控制系统结构示意。

图2是复合式干法选煤系统工艺流程。

图3是缓冲仓物位控制方案。

图4是缓冲仓的仪表回路。

图5是串级控制方案。

图6是干选床5振动幅度控制方案。

图7是干选床5横向倾角控制方案。

图8是精煤6段风量控制方案。

其中，1-入选煤，2-缓冲仓，3-调节门，4-给料机，5-干选床，6-精煤，7-中煤，8-矸石，9-振动电动机，10-袋式除尘器，11-引风机，12-排风，13-旋风除尘器，14-离心通风机。

具体实施方式

如图1所示，复合干法选煤过程控制系统由上位控制机、上级控制系统、输出模块、检测模块、执行机构、电源等部分组成。系统主要是对复合式干法选煤工艺的部分主要设备进行自动控制。根据工程范围及系统要求达到目标，该系统主要负责监控以下设备：缓冲仓2、干选床5、精煤6段、中煤7段和矸石8段风阀。整个系统主要由plc监控柜、变频器、荷重传感器、差压变送器、监控计算机、网线和不间断电源等设备组成。plc作为控制系统的核心，其输入模块接收各种检测元件采集来的数据，将其进行转换为标准信号，然后将此信号送至上位工控机，进行综合处理判断，产生控制信号，通过输出模块驱动执行器动作。上位机采用opc技术与上级控制系统进行数据交换，实现远程控制。

基于上述系统的控制要求，采用jerd818型雷达物位计对缓冲仓2物位进行测量，该物位计可以在高粉尘的环境下工作，利用脉冲发射和接收的时间差与被测介质表面的距离成正比的原理，测量缓冲仓2的物位，工作稳定，测量精确。干选床5纵横向倾角的监测选用sx41100型伺服高精度单轴倾斜仪，具有误差小、耐振动和工作温度范围广等优点。干选床5振动位移的监测采用ytkj-21型速度传感器和slm-8000型振动位移变送器。风量采用孔板流量计和微差压传送器配套组成的装置进行测量。荷重传感器采用途晟的ics-20型电子输送带秤，由称重桥架、称重传感器、60-12c型速度传感器、2105型称重控制器4部分组成。选择zajd型电动调节蝶阀控制风量，该阀密封性良好，流量特性近似直线。选择标准变频器对各电动机进行变速调节，快速便捷、安全可靠。系统各个电动机的电压、电流、功率及功率因数信号采集与测量，采用eda9033系列综合电量测量模块来实现。在plc硬件选型中选择模拟量输入模块2块，模拟量输出模块2块，数量输入模块1块，数字量输出模块2块，cpu模块1块，电源模块1块。为了提高系统的抗干扰性，采取电源与信号线分开布置，各传感器的输出信号采用直流信号，plc和变频器采用不间断电源等措施。

如图2所示，复合式干法选煤系统的煤粒通过缓冲仓2送至给料机4，这一流程可使床层厚度均匀。开启振动电动机9使干选床5层产生振动，床层上面有风孔，下面有风室，起调节风量的作用，气流通过风孔作用在分选煤粒上，由通风机进行鼓风，继而按密度大小进行分层。干选床5的振动幅度和纵横向倾角可以根据需要任意进行设置。气流通过干选床5后绝大部分经旋风除尘器13后循环使用，少部分经袋式除尘器10后排入大气。

本系统从工艺流程出发，选取不同的设备作为控制点，采取以下过程控制方案：(1)系统启停系统启动前，先将总风门关闭，将各风室风门打开。先开启引风机11，再打开袋式除尘器10，然后打开主风机，再打开主风门。煤粒进入缓冲仓2后依次打开给料机4、干选床5振动电动机9和原煤带式运输机等。(2)缓冲仓2物位的控制和仪表回路将缓冲仓2的物位控制在缓冲仓275%以下，以防煤位过高，导致溢出。过高的煤位对缓冲低的调节门3也有较大的压力作用，导致其损伤。

如图3、4所示，缓冲仓2物位控制方案，当缓冲仓2中的物位因煤粒加入量小降低至下限值时，雷达测量仪检测到物位下降，物位控制器便会对变频器作用，变频器调节电源频率使其升高(一般在35～50hz之间)，从而使电动机转速增高，缓冲仓2内的煤粒加入量增大；反之，当缓冲仓2物位上升至上限值时，变频器调节电源频率使其降低(一般在35～50hz之间)，从而使电动机转速减小，缓冲仓2内的煤粒加入量相应减小，不至于溢出缓冲仓2。

如图5所示给料机4给料量和调节门3后给料量的串级控制，该系统中主变量为给料机4的给料量，副变量为调节门3传递给给料机4的煤粒量，主控制器为主调节器，调节门3控制器为副调节器。采用串级控制方案。

如图6所示干选床5振动幅度控制，根据干选床5的分选原理，干选床5的振幅也是需要控制的量，采用简单负反馈闭合回路，用变频器来调节。

如图7所示干选床5纵横向倾角控制，干选床5的横向倾角主要用来调节精煤6粉输送带及处理量，采用简单负反馈闭合回路，用步进电动机来调节。

如图8所示精煤6段、中煤7段、矸石8段风量控制，采用简单的负反馈闭合回路，用蝶阀来调节。

各个设备的控制方案看似孤立，但从工艺流程来看，它们都是相互关联的，既有顺序性，又有并发性。顺序性由系统设备的启停顺序得来，这在plc程序设计中也会有所体现，给料机4给料量的控制程序启动前会有缓冲仓2控制程序的闭锁，只有进行了缓冲仓2的物位控制确定煤粒的加入量合格后，再进行给料机4的给料量控制，其余设备的控制方案与闭锁类似。并发性是在实际选煤工艺流程进行中体现，当按照启停顺序所有设备后，某个设备例如缓冲仓2物位过高，既会有它自身的pid整定，相应降低电源频率减小煤粒的加入量，由于pid整定需要一定的时间，也会有给料机4的给料量增大或者风量增大等其他相应设备的调整来满足要求，调整的幅度大小取决于pid整定的快慢和精度。

该系统利用梯形图语言编写控制程序，在主循环组织块ob1中，调用fc11的功能控制系统的启停，分别是带式输送机、给料机4、干选床5电动机的启停。带式输送机设有一个防止输送带跑偏的检测装置(行程开关)，一旦跑偏时，则带式输送机便会停止工作，其余设备也将全部停车，直到故障解决，重新启动为止。比如缓冲仓2的带式输送机输送带跑偏时，则给料机4、干选床5风机和除尘器等均顺序停车。ob35循环中断组织块调用了fc1到fc9九个功能，这九个功能算法采用pid控制算法，调用step7的标准功能块sfb41来实现。程序编译中加入闭锁等功能，同时利用中断处理功能对干选系统的物位、振动幅度等的超限工况进行中断优先处理，从而实现控制方案中的自动控制。

上位机界面使用ifix4.5完成上位机监控软件的设计编程。首先建立数据标签，每个数据标签对应一个驱动器采集标签点，ifix通过轮询采集现场数据、标签数据、驱动器采集标签点等实现数据的上传。采集到的数据存入数据库，实现了生产过程信息数据的采集，利用上位机可以较容易制作出仿真界面。该系统共有主页、控制中心、历史曲线、报警、登入注销和报表6个页面。主页上显示了几个主要控制变量的检测量及整个工艺流程，启停按钮控制各个主要部件的启停。历史曲线界面可以调用历史数据库，显示各变量的趋势曲线，通过对历史趋势曲线的分析，可以评价生产设备的运作情况和预测系统可能发生的事故。登入注销可用于不同操作权限人员的登陆管理，以保证各司其职，分工明确。

数据远程传输通过opc通信协议，采用工业以太网实现控制子系统和上级控制系统的数据交换以及数据远传。通过vb6.0平台开发出访问opc服务器的opc接口的客户端程序，opc通信协议采用客户/服务器模式。该系统以控制主机服务节点作为opc服务器，ifix的远程iclient作为opc客户端，这样通过opc传输协议可以直接访问opc服务器，建立起与工业生产现场的plc、工业控制网络和数据采集模块等硬件设备的数据连接。