钱家营矿重介密度自动控制系统

李云升

【摘 要】本文介绍了开滦钱家营矿选煤厂块煤三产品重介立轮分选机重介密度自动控制系统工作的特点，简介了密度、液位自动控制装置的构成、原理，WINcc上位机管理网络的构成。

【关键词】PLC；悬浮液密度；介质桶液位；SIEMENS网络；WINCC

0.概述

开滦（集团）有限责任公司钱家营矿业分公司选煤厂是从波兰引进的年处理能力为400万吨，采用重介—浮选联合工艺的大型炼焦煤选煤厂，其中150—13mm粒级块煤进入三产品重介质立轮分选机；13—0.5mm粒级末煤进入Φ840两产品旋流器进行主、再洗；小于0.5mm粒级煤泥浮选，重介处理量约占总入洗量的80%。原重介自动化控制系统是随选煤厂同步引进，密度、液位测量仪表、控制装置全部由气动单元组成，气源净化装置较为复杂，控制精度和响应速度较慢。煤炭科学研究总院唐山分院与钱家营矿业分公司选煤厂于2003年进行了重介自动化的改造，并于2004年投入使用。

1.网络构成

1.1自动化系统网络构成

系统的控制核心由SIEMENS（西门子）SIMATIC S7-300 PLC构成，可实现Profibus或MPI网络，在洗煤厂调度室设置研华PⅢ800工控机（WINCC软件）与密度自动控制装置中的S7-300 PLC形成网络，数据共享。另外，密度自动控制装置上的人机界面采用SIEMENS TP-27 10.4吋彩色触摸屏，该触摸屏也加入到网络中，享有网络功能。构成见图1

图1 控制系统构成原理示意图

1.2网络功能

通过SIEMENS 网络在TP-27触摸屏上显示的参数，均可在厂调度室的微机上显示，触摸屏上给定的数据在调度室的微机上同样可以给定，如密度给定值、液位控制的上、下限值，悬浮液密度的报警值。在调度室微机上可打印生产过程中的给定值和实际值，有利于生产数据分析及管理。通讯采用SIMATIC NET PROFIBUS电缆，数据传输速率可达12M位/秒。重介自动化部分作为选煤厂底层控制和生产过程密切相关，它们即可独立工作，也可和上位机或PLC构成集中控制系统。本系统采用SIEMENS WINCC作监控软件。

2.密度、液位稳定控制的工作原理和构成

2.1三产品重介质立轮分选机系统流程

生产工艺过程包括两台三产品重介质立轮分选机，4个合格介质桶，两个稀介质桶，一个高密度介质桶。密度的控制由2.0循环自动加介、自动蝶阀加水完成，液位的控制由弧形筛下悬浮液分流、自动加介、自动加水完成。当悬浮液密度低于人工给定值时，自动连续控制加介量，当悬浮液密度高于人工给定值时，自动连续控制加水量；当合格介质桶液位高于人工给定值上限时，自动连续控制分流量，当合格介质桶液位低于人工给定值下限时，自动连续控制加介量、加水量，在稳定悬浮液密度的前提下快速回升液位。高密度介质的添加是通过2.0密度循环，控制加介分流箱的加介量实现的。

2.2密度、液位自动控制装置的工作原理

根据块煤分选系统工艺流程的特点，进行了密度液位自动控制装置的设计，在调节程序的设计上，采用了分阶段的PID程序控制，SIEMENS STEP7 带PID调节块。对于生产中出现的实际值与给定值偏离较大时，程序中加强了特殊功能的调节作用，这样使得自动控制系统的调节品质无论在响应速度上还是在稳定性上都得到了统一体现。系统调试过程为首先确定控制段的分隔点，然后确定P、I、D参数。仪表的调试为首先调试同位素密度计、超声波液位计，然后调试自动分流箱、自动加水阀门的位置。密度控制原理见图2，液位控制原理见图3

2.3密度、液位信号的测量

密度的测量采用Amdel 数字浓度计，为非接触式测量仪表，安装于悬浮液上料管道上，其标定采用两点曲线法确定M值，选择具有代表性的点即接近于分选机悬浮液密度的工作点确定STD和S1，其它值按照说明书要求比照具体情况输入。悬浮液密度测量精度可达到±0.002克/厘米3。

液位测量采用SIEMENS MILLTRONICS超声波液位计，为非接触式测量仪表，其具有较高的测量精度，但在安装上须采取必要的保护措施，创造较好的测量环境，即按照超声波的波束角确定保护管的直径。液位测量精度为±10mm。

2.4执行部分

执行机构采用了14台DKJ-210C-X角行程电动执行器，用于控制加介、加水、悬浮液分流，该执行器具有电气和机械双限位保护，可杜绝操作上的失误，减少事故的发生。DKJ-210C-X角行程电动执行器采用220V电源，单相伺服电机，正、反调节灵活，具有良好的调节性能。

3.使用效果

采用315PLC+TP27触摸屏+WINcc上位机构成洗煤厂闭环控制系统将使控制系统的可靠性和功能得到进一步的加强，经过几年来的运行，较之原波兰引进的重介自动化相比，密度、液位测量准确，控制指标稳定，密度控制范围基本在给定值的±0.0075内。

图5为给定密度、测量密度、介质桶液位8小时运行曲线。直线为人工给定密度值（红色），叠加在直线上的曲线为悬浮液密度值（绿色），下面的曲线为介质桶液位值（黑色）。