基于InTouch的选煤厂跳汰机监控系统设计.doc

中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日基于组态软件的洗煤厂监控软件的设计摘 要基于InTouch的跳汰机监控系统是基于InTouch组态软件基础上，通过图形组态设计的一个小型DCS系统。该系统依托计算机技术、网络通信技术、现代控制技术及图形显示技术等，将洗煤厂跳汰机管理、监视等功能集为一体，称为一个小型分布式监控系统。本论文针洗煤厂跳汰机运行的原理和工艺要求，进行了监控软件的方案设计，并使用组态软件InTouch制作了监控画面。论文给出了监控系统界面开发的具体步骤与制作的基本过程，对软件的图形界面开发制作方法、实现方法等方面进行了详细分析。跳汰机自动监控系统实现了洗煤厂跳汰机系统的远程监控，通过对跳汰机的组态监控实现了生产管理的实时性，对生产过程监控的可溯性，将跳汰机的现场管理提高到一个新的层次。关键词：组态软件 ；洗煤厂；跳汰机；InTouchABSTRACTBased on the jig InTouch monitoring system is based on the basis of InTouch configuration software configuration design, through the graphics of a small DCS system. This system by computer technology, network technology and modern control technology and the graphic display technology, etc, will jig management and monitoring functions for an organic whole, called a small distributed control system.This thesis needle jig chance done principle and technological requirements, the monitoring software design, and using configuration software InTouch made monitor screen. The paper gives the monitor system interface development with the basic steps of software process, the graphical interface development method, alarm function method are analyzed in detail.Automatic monitoring system jig realized the remote monitoring system of jig, through the configuration of the production and management of monitor realization of real-time monitoring of production process, and can be traced to jig, the site management to a new level。Key words: configuration ； software ； coal preparation plant ；InTouch目 录第一章 绪论1第二章 组态软件12.1 组态软件的主要功能22.1.1 数据采集的方式22.1.2 脚本的功能22.1.3 组态环境的可扩展性32.1.4 组态软件的开放性32.2市场上主流的组态软件主要有：32.3 组态软件与DCS4第三章 InTouch组态软件53.1 InTouch 组态软件53.2 InTouch特性和优点5第四章 跳汰机监控系统64.1 跳汰机的工作原理64.1.1跳汰机选煤64.1.2 跳汰周期各阶段中床层的分层规律94.1.3影响跳汰机分选效果的因素114.1.4跳汰床层的松散机理114.1.5影响床层松散度的因素124.2 跳汰机的结构和主要部件124.2.1 筛板134.1.2 风阀144.1.3排料装置154.1.4人工床层174.1.5 自动排料装置174.1.6 测压管装置184.3 跳汰机的监控画面组态194.4 组态的方法和步骤214.4.1要首先运行 InTouch ：214.4.2创建新的应用程序：214.5基于InTouch的选煤跳汰机组态224.5.1在InTouch 的开发环境下的选煤厂跳汰机工艺流程234.5.2跳汰机的组态监控界面244.5.3跳汰机风阀和风包气压监控界面25第五章 总结27参考文献27英文翻译部分28英文原文28英文翻译41致 谢54中国矿业大学2010届本科生毕业设计第29页 第一章 绪论煤炭在生产过程中会混入各种矿物和杂质，在开采和运输过程中不可避免地混入顶板和底板的矸石以及其它杂质，如木材、金属及水泥构件等。在现代化的生产过程中随着采煤机械化程度的提高和地质条件的变化，原煤的灰份等影响煤炭质量的成分含量也在增加，主要表现在混入原煤的矸石增加、灰分提高、末煤及粉煤含量增长、水分提高。为了降低原煤中的杂质，同时把煤炭按质量、规格分成各种产品，就要对煤炭进行机械加工分类，这就是选煤过程。通过选煤过程能够有效、合理地利用煤炭资源，大大降低燃煤对大气的污染，保证国民经济的持续健康发展。煤炭进行洗选过程是当前正在大力发展的绿色低炭、低能耗工业的重要环节。现代选煤的方法主要有跳汰选煤、重介质选煤和浮选选煤三种。有关数据显示在我国各种选煤方法的比例为：跳汰选煤约59%，重介选煤约23%，浮选选煤4%，其它选煤占4%。，由于重介设备耐磨损大、介质损耗大，尽管近几年来，我国重介选煤有上升的趋势，跳汰选煤工艺仍占据主导地位。跳汰选煤工艺过程是一个多因素、多参数、复杂的物理过程。操作者通过调整跳汰机各工艺参数，使跳汰机的工作状况达到最佳状态。跳汰机的分选效果与各调节参数之间不是一一对应关系。影响跳汰机工艺指标的主要参数有：（1）给煤量大小；（2）跳汰频率和跳汰周期；（3）床层高度；（4）排料量大小；（5）总风量和总水量大小；（6）床层松散度和入料粒度等如此多参数的相互影响，给跳汰机操作者的操作带来了一定难度，很难发挥出跳汰机的最大、最佳分选能力。由于跳汰机的调节参数比较多，且各参数之间又相互影响，因而在生产过程中，调节不同的参数使跳汰机达到工作状态最佳是一个复杂的问题。这样要实现高效率的生产就掺入了工人的操作因素，显然这样就给现代生产的管理带来了不便。怎样通过提高管理水平和方法来提高生产效率和产品质量以及经济效益，现代信息和互联网技术的快速度发展给选煤行业的现场管理带来了新的机遇。第二章组态软件 组态的英文表示是“Configuration”，简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过程。在组态软件的概念出现以前，在工业控制中一般都采用纯粹编程方式，使用ASIC、C、FORTRAN等语言实现一些控制逻辑和控制算法，使用这种方式工作量太大，开发周期长，而且对于每个项目基本上都要重新编写程序，应用很不方便，组态软件就就在这种环境下产生了。80年代的组态软件是基于DOS系统开发，当时主要产品是Onspec、Paragon和IFix 等。在90年代中期之前，组态软件在我国的应用并不普及，究其原因有以下几点：（1） 在很长时间里，国内用户的软件意识还不强，面对价格很高的进口软件（早期的组态软件多为国外厂家开发），很少有用户愿意去购买正版。（2） 国内用户缺乏对组态软件的认识，项目中没有组态软件的预算，或宁愿投入人力物力针对具体项目做长周期的繁冗的上位机的编程开发，也不采用组态软件。（3） 国内的工业自动化和信息技术应用的水平还不高，组态软件提供对大规模应用、大量数据进行采集、监控、处理并可以将处理的结果生成管理所需的数据，这些需求并未完全形成。所以组态软件的高门槛应用直接制约了组态软件在我过的发展。目前，国内外生产厂商对系统控制策略组态软件的设计开发还主要集中在PLC系统和DCS系统上，FCS系统只占相当小的一部分。这种情况主要原因是目前的过程控制系统仍然以PLC和DCS为主体，FCS仅仅作为现场级的数字化的全分布式控制体系而存在，在过程级以上的高层次的协调调度和管理上仍然需要DCS、MIS系统来完成。同时，为FCS系统所开发的上位策略组态软件所针对的系统主要还是采用基金会现场总线技术。基于FCS的控制系统将控制功能完全分布到底层的现场设备，实现了完全意义上的分布式控制，在体系结构上与传统的DCS有着质的差别。将逻辑组态中的各功能块分布到物理分散的各个现场设备中去执行，同时要实现各设备中不同功能块间的连接与通信，这与传统的由单处理器执行所有控制行为具有相当大的区别，而且在实现上也有更大的难度。目前在功能块图编程的标准化方面，还有待于IEC61499和IEC61804的正式颁布和推广使用。相应于FCS系统的上位策略组态软件的开发目前还很少，例如，目前还没有面向基于WorldFIP协议的FCS的控制策略组态软件。由此可见，在PLC、DCS系统控制策略组态软件占据主流地位的同时，对FCS系统控制策略组态软件的研制开发则有着巨大的潜力，在理论和实践上都有着非常现实和积极的意义。 2.1 组态软件的主要功能2.1.1 数据采集的方式大多数组态软件提供多种数据采集程序，用户可以进行配置。然而，在这种情况下，驱动程序只能由组态软件开发商提供，或者由用户按照某种组态软件的接口规范编写，这为用户提出了过高的要求。由OPC基金组织提出的OPC规范基于微软的COM/DCOM技术，提供了在分布式系统下，软件组件交互和共享数据的完整的解决方案。在支持OPC的系统中，数据的服务者作为服务器，数据申请者作为客户端，服务器和客户端之间通过DCOM接口进行通信，而无需知道对方内部实现的细节。由于COM技术是在二进制代码级实现的，所以服务器和客户可以由不同的厂商提供，在实际应用中，作为服务器的数据采集程序往往由硬件设备制造商随硬件提供，可以发挥硬件的全部功能，而作为客户的组态软件可以通过OPC与各厂家的驱动程序无缝连接，故从根本上解决了以前采用专用格式驱动程序总是滞后于硬件更新的问题。同时，组态软件同样可以作为服务器为其他的应用系统提供数据。OPC现在已经得到了国外知名厂商的支持。随着支持OPC的组态软件和硬件设备的普及，使用OPC进行数据采集必将成为组态中更合理的选择。2.1.2 脚本的功能脚本语言是扩充组态系统功能的重要手段。因此，大多数组态软件提供了脚本语言的支持。具体的实现方式可分为三种：一是内置的类C/Basic语言；二是采用微软的VBA的编程语言；三是有少数组态软件采用面向对象的脚本语言。类C/Basic语言要求用户使用类似高级语言的语句书写脚本，使用系统提供的函数调用组合完成各种系统功能。微软的VBA是一种相对完备的开发环境，采用VBA的组态软件通常使用微软的VBA环境和组件技术，把组态系统中的对象以组件方式实现，使用VBA的程序对这些对象进行访问。由于Visual Basic是解释执行的，所以VBA程序的一些语法错误可能到执行时才能发现。而面向对象的脚本语言提供了对象访问机制，地系统中的对象可以通过其属性和方法进行访问，比较容易学习、掌握和扩展，但实现比较复杂。2.1.3 组态环境的可扩展性可扩展性为用户提供了在不改变原有系统的情况下，想系统内增加新功能的能力，这种新功能可能来自于组态软件开发商、第三方软件提供商或用户自身。增加功能字常用的手段是ActiveX组件的应用，组态软件能体统完备的ActiveX组件引入功能及发现引入对象在脚本语言中的访问。2.1.4 组态软件的开放性随着管理信息系统和计算机集成制造系统的普及，生产现场数据的应用已经不仅仅局限于数据采集和监控。在生产制造过程中，需要对现场的大量数据进行流程分析和过程控制，以实现对生产流程的调整和优化。现有的组态软件对这些方面的需求还只能以报表的形式提供，或者通过ODBC将数据导出到外部数据库，以供其他的业务系统调用，在绝大多数情况下，仍然需要进行再开发才能实现。随着生产决策活动对信息需求的增加，可以预见，组态软件与管理信息系统或领导信息系统的集成必须更加紧密，并很可能以实现数据分析与决策功能的模块形式在组态软件中出现。（1） 对互联网的支持程度现代企业的生产已经趋向国际化、分布式的生产方式。互联网将是实现分布式生产的基础。（2） 组态软件的控制功能随着以工业PC为核心的自动控制集成系统技术的日趋完善和工程技术人员使用组态软件水平的不断提高，用户对组态软件的要求已不像过去那样主要侧重于画面，而是要考虑一些实质性的应用功能，如软件PLC、先进过程控制策略等。随着企业提出的高柔性、高效益的要求，以经典控制理论为基础的控制方案已经不能适应需求，以多变量预测控制为代表的先进控制策略的提出和成功应用之后，先进过程控制受到了过程工业界的普遍关注。先进过程控制是指一类在动态环境中，基于模型，充分借助计算机能力，为工厂获得最大理论而实施的运行和控制策略。先进控制策略主要有：双重控制及阀位控制、纯滞后补偿控制、解耦控制、自适应控制、差拍控制、状态反馈控制、多变量预测控制、推理控制、软测量技术及智能控制（专家系统、模糊控制和神经网络控制）等，尤其是智能控制已成为开发和应用的热点。目前，国内许多大企业纷纷投资，在装置自动化系统中实施先进控制。国外许多控制软件公司和DCS厂商都在竞相开发先进控制和优化控制的工厂软件包。2.2市场上主流的组态软件主要有：Wonderware公司IntouchE-FANUC公司Ifix西门子公司WINCC悉亚特公司Citect（施耐德旗下）dAstrATrace MODEroadWinWebAccess（研华旗下）国内品牌亚控科技组态王kingview力控科技力控软件紫金桥公司紫金桥软件Realinfo昆仑通态MCGS世纪星世纪星杰控公司FameView九思易公司易控华富惠通controX（开物）创联天工天工2.3 组态软件与DCSDCS产生与1975年，大约有三次比较大的变革，七十年代操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的，由各DCS厂家自己开发的，也没有动态流程图，通讯网络基本上都是轮询方式的；八十年代通讯网络较多使用令牌方式；九十年代操作站出现了通用系统，九十年代末通讯网络有部份遵守TCP/IP协议，有的开始采用以太网。总的来看，系统采用了 板、操作站和通讯网络。控制器相对来讲变化要小一些。操作站主要表现在由专用机变化到通用机. 一个DCS系统可以应用于各种行业，DCS系统包括三大部分：1、I/O部件的控制器2、通讯网络 3、人机接口人机接口包括操作站、工程师站和历史站。控制器I/O部件和生产过程相联接，操作站和人相联系，通讯网络把这两部分联成系统。操作站是DCS的重要组成部分，工程师站给控制器和操作站组态，历史站记录生产过程的历史数据。DCS操作站具有操作员功能、工程师功能、通信功能和高级语言功能等，其中工程师功能中包括系统组态、系统维护、系统通用(Utility)功能。目前大多数DCS操作站已采用高档PC机或工控机，Windows操作系统，客户机/服务器(C/S)结构，DDE(动态数据交换)或OPC(用于过程控制对象链接嵌入)接口技术，以太网接口与管理网络相连。采用通用监控图形软件。监控软件就是IFix、InTouch. 不同DCS型号采用不同的驱动软件。各种DCS之间信号传输采用OPC服务器联接，也可以把少量的信号送到MIS系统的服务器中。IFix、InTouch等软件都能存储历史数据，几十个信号可存储280天之多。一个DCS系统可以有好几台操作站，每一台操作站可以显示一样的内容，也可以是不一样的内容。由于网络技术的高速发展，人机界面的数量可以不限。操作站分为主站和从站。主站连在DCS网络上。通过DCS网络接口，直接从DCS网络上读取控制器数据库中的数据。主站的数量是由接口的数量决定的。从站则与主站相连。它没有数据库，在显示流程图画面时，由主站显示完整的工艺画面，而从站就显示主站的工艺画面。从站的数量是不限的。不论是主站，还是从站，都用后门网络连接起来。系统维护时，各操作站之间可作文本拷贝。系统运行时，即使其中一台主操作站发生故障，它的从站可作为另一台主站的从站。在网络中，接进打印服务器，服务器有许多通道，几台操作站共用一台或几台打印机。连接主站和从站的这个网络与DCS网络没有关系。在操作站作标签组态时，是否要把重要的I/O点重叠组态要由用户确定。采用通用操作站以后，系统就成为开放的，各主站和各从站之间用以太网连接，从站的数量不限。为了提高后门网络的可靠性，以太网的低廉，通常采用双网。可以实现远程操作。通用监控软件有许多厂商开发，在90年代，有如Fix、InTouch、PARAGON、ONSPEC、CIMPLICITY等100多种。国内有组态王、SYNALL等。对于监控软件如果开发了许多DCS和PLC的驱动软件，在联网时有许多网络套件，它就成为通用监控软件。其中驱动软件最多的是FIX和INTOUCH。在NT平台上，如果采用FIX、INTOUCH等软件，彼此可作为服务器，也可作为客户机，彼此可以交换数据。目前操作站使用的组态软件最多的是IFIX、INTOUCH两大类型。FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点。新型的DCS与新型的PLC，都有向对方靠拢的趋势。FCS系统，90年代刚进入实用化，作为开发初期的技术要求：兼容开放，双向数字通信、数字智能现场装置、高速总线等，目前还不理想有待完善。但FCS是由DCS以及PLC发展而来，它保留了DCS的特点，吸收了DCS多年开发研究以及现场实践的经验，当然也包括教训。虽然DCS应用广泛而且技术成熟可靠，但是长远看 来FCS将取代DCS是一件必然的事情。第三章 InTouch组态软件3.1 InTouch 组态软件InTouch 组态软件是美国Wonderware公司FactorySuite套装软件的一个主要组成部分，它为以工厂和操作人员为中心的制造信息系统提供了可视化工 具，为制造信息系统集成了操作人员所需的各种信息，在食品加工、半导体、石油和天然气、汽车、化工、医药、纸浆和造纸、运输及公共设施等行业都有着广泛应 用。在组态软件的应用上美国InTouch 组态软件的开发和应用非常成功，有数十万套InTouch系统在运行，实践证明该软件的可靠性和稳定性是非常高的。3.2 InTouch特性和优点（1） 开放、易用的开发环境。利用目前通信技术中的现有标准，为应用开发人员提供了一个开放和易用 的开发环境，并支持ActiveX、OPC（OLE for Process Control）、开放数据库互连（ODBC）及标准的动态数据交换（DDE），为用户自行开发外挂程序提供接口。（2） 集成的I/O通信，只是使用DDE连接方式，实时性较差。 Wonderware公司与100多家第三方开发公司（包括Allen-Bradley，Siemens，Modincon等）合作，提供各种32位 I/O Server，目前主流的通信协议（例如以太网Modbus、串口Modbus）都有现成的I/O通信驱动。( 3）丰富的图形用户界面。作图功能完善，对被监控的点数和最大画面数都不 受限制InTouch允许应用开发人员使用易于理解和配置的工具快速开发定制图形，并提供了一个常用图符库。应用开发人员可以轻易地创建生动的图形界面，通过易 用的配置向导实现实时信息的链接，并可调用内嵌的脚本编辑器扩展图形功能。运行时画面切换的响应速度也是一般组态软件无法相比的。（4） 灵活的脚本支持。InTouch软件的脚本分为画面、应用程序、键、条件、数据改变及QuickFunction等多种，采用类Basic的语法，并提供丰富、易用的脚本函数，适用于多种场合，为应用开发人员制作功能强大、画面丰富的系统提供了有力保障。（5） 分布式的历史数据系统，允许用户动态地为趋势图的每支笔指定不同的历史文件数据源，允许操作员在同一个趋势图中查看本地InTouch的历史数据和Industrial SQL Server的历史数据。（6） 便捷的测点远程引用。InTouch软件通过简易的向导配置，可实现不同节点上测点的远程引用，为建立分层分布式系统提供基础。应用组态软件设计监控系统，可以实现可视化的界面，实现无人值守，提高劳动生产效率，实现高效节能。现在用户购买组态软件虽然也需要一定的投资，但是和以前相比，投资额得到了大大降低。我国的现代化建设正处于上升期，老旧设备信息化改造的改造、原有系统的升级和扩容也需要组态软件的支撑。随着经济发展水平的提升，工业的信息化发展将为组态软件带来更多的市场和发展机遇。第四章 跳汰机监控系统4.1 跳汰机的工作原理4.1.1跳汰机选煤跳汰选煤过程的实质是矿粒（煤、矸石及其他伴生矿物）在水力或风力作用下按各自的物理性质运动的过程。根据跳汰机所采用的分选介质是水或者空气，可以分为水力跳汰机和风力跳汰机两大类。在当前实际应用中，无论是选煤还是选矿，国内外应用最为普遍的是以水为介质的水力跳汰机；以空气作为介质的风力跳汰机由于分选效率较低，一般只用于干旱缺水地区.跳汰机的工作水流运动包括两部分：垂直升降的变速脉动水流和水平流。垂直升降的变速脉动水流对颗粒按密度分层起主要作用，水平流对颗粒按密度分层也有影响，但主要作用是运输物料。活塞跳汰机的脉动水流特性如下图4-1：活塞跳汰机工作原理图4-1活塞跳汰机工作原理（1）机体 （2） 纵向隔板（3） 筛板 （4）活塞 （5） 曲柄装置纵向隔板 将机体分成两个相互连通的部分活塞间（B1）和跳汰间（B2），曲柄装置5 是由偏心轮和连杆组成，以此驱动活塞作上下往复运动。跳汰机工作时，机箱中充满水，当活塞向下运动时，水由活塞间被压向跳汰间产生上升水流；当曲柄装置转过最低点，活塞开始向上运动，水返回活塞间，在跳汰间产生下降水流。活塞跳汰机偏心轮转动一周，水流在跳汰室中上下脉动一次。跳汰机上下脉动一次完成一个跳汰周期。活塞跳汰机内水流运动速度是一条正弦函数曲线，水流运动的加速度为余弦函数曲线。如下图4-2：图4-2活塞跳汰机内水流函数曲线u水流速度 水流加速度 s行程 u水流速度 水流加速度 s行程有如下关系 1947年德国学者迈耶尔首先提出的跳汰能量理论，由物理学理论可知：对一个系统来说稳定态的能量最低。当系统中各组元间的约束较弱时，系统可自发从非稳定态向稳定态转移；当系统中各组元间的约束较强时，系统只有在外界力的作用下，才可能实现从非稳定态向稳定态的转移。对跳汰床层系统，在未按密度分层时，床层系统重力势能较高。在脉动水流作用下，床层的重力势能将减小，直至最低；最终床层将按密度分层；重产物在下层、轻产物在上层，这就是跳汰能量理论的基本点。(2) 颗粒(球体)在垂直交变水流中的运动受以下几个因素作用(1) 球体在介质中的重力(1)介质对球体运动的阻力(2)加速运动的介质流对球体的附加推力P(3)球体对介质的相对加速度产生的附加质量惯性阻力F 颗粒运动受到的机械阻力 v(c) 球体对介质的相对运动速度 v(a) 球体相对于地面的绝对运动速度u 床层间隙的水流速度4.1.2 跳汰周期各阶段中床层的分层规律物料给到跳汰机的筛板上，形成一个跳汰床层，下图是正弦跳汰周期，一个周期可以分为分成四个阶段如下图4-3图4-3跳汰周期各阶段周期曲线第一阶段：水流加速上升期水流在开始上升前周期内，上升水流的速度和加速度的方向均向上，速度值由零增加到最大。在此阶段初期，床层的物料是呈紧密状态，随着水流上升，最上层的细小颗粒开始浮动，当筛下水上升速度达到一定值时，即超过了所有颗粒的干扰沉降末速时，床层脱离筛面升起。进而床层渐趋松散，颗粒间便有了相互分离的可能性。在速度阻力R、加速度附加推力P 以及附加质量惯性力F（方向都向上）和颗粒在介质中的重力G（方向向下）的综合作用下，低密度的粗煤粒比高密度的细小颗粒较早地升起，而大部分高密度物则滞后上升。上升初期总的看来床层比较紧密，限制了颗粒的运动和分层。同时这阶段颗粒上升速度的增加也小于水速的增加，使颗粒与介质间的相对速度增加，速度阻力R,增大，以致颗粒的粒度和形状对按密度分层影响增大，而且这一期间延续越长，对按密度分层影响也越显著。为减小速度阻力F,的不利影响，突出加速度附加推力和附加质量惯性力F 对按密度分层的有利影响，希望上升前期时间短，并有较大的向上水流加速度.第二阶段：水流减速上升期偏心轮转角在内，水流加速度值由零增加到最大值，方向向下，水流速度值由最大值降到零，方向仍然向上，即作减速上升运动。在这个阶段的初期，床层在速度阻力R（方向向上）的推动下继续上升，松散度逐渐达到最大值。由于上升水速的不断减小，颗粒在此期间上升速度也已开始逐渐减小，甚至部分高密度粗颗粒已停止上升，并开始下降。由于颗粒上升速度的减小比水流上升速度的减小要慢，颗粒和水流的运动速度逐渐接近，其相对速度逐渐减小，因此在某一瞬间，颗粒的上升速度与水流的上升速度相等，即相对速度为零。此后，相对速度V可能再次逐渐扩大但与第一阶段相比，此值较小。由于相对速度小，此时的速度阻力也减小，颗粒粒度和形状对按密度分层的影响也较小，颗粒可以充分地按密度分层。但是，这个时期的加速度附加推力P 和附加质量惯性力F的方向都向下，从而使低密度颗粒比高密度颗粒上升得更慢，因而影响按密度分层的效果。因此，在这个时期的范围内，希望有较小的向下加速度，使上升水流缓慢地过渡到下降水流，延续的时间越长，对按密度分层越有利。 第三阶段：水流加速下降期偏心轮转角在 内，水流速度方向向下，加速度方向也向下。这期间床层仍保持充分松散状态，由于水流的运动方向转而向下，而且水速受强制推动，水流下降速度很快增加，甚至超过了低密度物的下降速度，与高密度物间的相对速度V也逐渐减小，所以速度阻力小，颗粒粒度和形状对按密度分层影响也很小。这一阶段仍是按密度分层的有利时机。这个阶段中，水流下降速度增加同样不宜过快，否则，相对速度增大，分层时间缩短；其次附加推力P 和附加质量惯性力F 增大，且方向向下，也不利于床层按密度分层。在这一阶段，床层底部的高密度物已经开始落到筛面上，沉降速度迅速变为零，部分低密度颗粒由于惯性可能继续上升，但上升速度是很小的，随后转而向下沉降，整个床层也在下降中逐渐紧密起来，机械阻力开始增大，当粒度较大的颗粒失去活动性后，粒度较小的颗粒则在逐渐收缩的床层间隙中逐渐下降。 第四阶段：水流减速下降期偏心轮在内，这时水流速度方向向下，而加速度方向向上，即下降水流速度逐渐降低。这个时期的特点是：床层比较紧密，分层作用几乎停止，大颗粒和中等颗粒已基本停止运动，只有细小颗粒在下降水流的吸啜的作用下，仍然可透过床层间隙向下移动，使得在上升期被冲到床层上部的高密度细颗粒重新进入床层底部，甚至透过筛孔从跳 汰机底部作为重产物排出，从而改善分选效果。但是如果这时下降水流的吸啜的作用过强，作用时间过长，也可能把部分低密度的细颗粒吸入床层底部，甚至透筛排出，误排到重产品中，从而减少轻质产品的回收，降低了分选效果和数量效率；再者，过强的吸啜的作用致使床层紧密，会使下一阶段的松散分层变得困难，并缩短个 跳汰周期内的有效分层时间，从而影响跳汰机的处理量。因此，吸啜的作用必须控制适当。在一个跳汰周期内，床层经历了从紧密到松散分层再紧密的过程。颗粒受到了分选作用。只有经过多个跳汰周期后，分层才逐渐趋于完善。分层结果，密度低的矿粒集中在上层，叫做轻产物;密度高的矿粒集中在最底层，叫重产物。至此得到了一定的分选效果。另外，在同一产品段内，各分选室间的进气期，排气期分别同步动作，以免打乱床层。不同的产品段(如矸石段，中煤段)间可同相或反相动作。每一个跳汰周期，空气室水位经历一个循环变化，空气室的水位波动状态将随着不同的跳汰参数而变化，不合理的跳汰参数将导致不良的跳汰床层。保持稳定和适当的水位振幅，是跳汰机筛上物料的良好分层的必要条件。在生产中，随着物料的不断给入，轻、重产物不断地从跳汰机中排出，构成了连续的跳汰过程。4.1.3影响跳汰机分选效果的因素提高跳汰机分选效果，尤其是改善没有级和宽级别物料的分选情况和提高跳汰机的处理量，对跳汰机周期各个阶段的选择可得出以下结论：（1）在水流加速上升期床层举起的高度，决定床层的松散度。水流速度阻力和加速度附加推力是床层托起的重要条件。但因颗粒与水之间相对速度! 较大，它对物料按密度分层不利。因此应尽可能缩短这个阶段的时间。并希望此时床层具有较小的松散度（特别是细粒级物料的分选）。所以对细粒级物料来说，可提高跳汰频率；对于粗粒级物料，必须采用短促而有力的上升水流来实现。（2）在水流减速上升期和加速下降期，床层最松散，为了提高处理量和分层效果，应延长这一时期的时间。在这期间，由于加速度附加推力 和附加质量惯性力的作用，对按密度分层不利。因此，希望从上升期过渡到下降期有一个暂息时间，使水流作缓慢的上升和缓慢的下降，从而使床层得以充分的松散和按密度分层。（3）在减速下降期大部分床层已经紧密，分层作用几乎完全停止，所以这段时间应尽量缩短。但是，由于这时还有吸啜分层作用存在，而它对于没有分级的物料的选别是有利的。因此可根据物料性质，尤其是根据高密度细颗粒含量的多少来控制吸啜的作用的强度和时间的长短，一方面既要保证高密度细颗粒能够充分吸啜到底层透筛排出，另一方面又要防止 低密度的细颗粒混入底层透筛,现代的跳汰机均用压缩空气通过风阀控制，驱动跳汰室内水流脉动。使用空气脉动跳汰机的优点是：能根据物料性质调整水流运动特性，使物料得到有效的分选。4.1.4跳汰床层的松散机理目前关于跳汰床层的松散机理的解释有两种假说：第一种假说认为，床层松散机理是由于上升水流运动速度和加速度造成的。具有一定速度的水流，尤其是较大的水流加速度作用于床层，使床层托起；在床层上升过程中，由于颗粒的密度和粒度不同，上升的速度也不同：密度高和粒度大的物料上升的速度慢，而密度低和粒度小的物料上升的速度快，于是使床层呈松散状态。这种假说与我们上述关于颗粒在垂直交变水流中的受力分析是一致的。第二种假说认为，床层的松散是由于上升水流在穿透床层时，产生的涡流转变为压力使床层从中间开始同时向上下两个方向扩展松散的结果。对跳汰过程松散状况进行检测时，可以看到床层的松散过程基本上与上升水流同时开始，有时提前发生在下降水流末期，即床层颗粒能逆着微弱的下降流而向上松散。这种现象，第二种假说就不能很好的予以解释，而用第一种假说解释可能是由于下降后期水流具有较大的向上加速度作用的结果，这也说明了水流加速度对床层松散的显著作用。床层的松散过程，可能是这两种情况同时存在，是两方面作用力综合作用的结果。4.1.5影响床层松散度的因素在一个跳汰周期内，床层松散度的变化不仅与跳汰机的风水制度和风阀周期有关，而且与使用的跳汰频率、振幅、床层厚度、物料的粒度组成和密度组成等都有很大的关系。1 风水制度和风阀周期的影响增大风量和筛下补给水用量（顶水）都能提高床层松散度，但改变风阀周期和改变风量大小对床层松散的影响不同：增大风量一般可使床层松散度增大，但维持床层松散状态的时间并无明显增加；相反，延长风阀的膨胀期，一般不能改变床层松散度，但却能显著地延长床层处于松散状态的时间；延长进气期，一般也能使床层松散度增加，但当进气期的时间超过排气期时，松散度反而可能下降，这可能与风阀的进、排气孔的面积的比例有关。2 跳汰频率的影响在其它条件不变的情况下，跳汰频率增高，床层松散度显著减小。3 床层厚度及物料性质的影响要维持跳 汰的过程的正常分选，床层必须具有合适的厚度。床层过薄，松散度过大，会破坏正常分层；床层过厚或矸石层厚度增加时，松散度会减小，同样影响分选效果。床层的合适厚度与物料的性质有关：原料煤中细粒多且细小矸石含量大时，为使细小矸石在吸啜过程中能透筛排出，从而保证精煤质量，一般床层宜薄；对于粗粒级多，矸石含量少时，床层可适当厚些。假定床层厚度不变，随着床层粒度组成变细，通常松散度也增加，但达到一定比例时，可能造成床层整起和整落的情况，松散度反而下降。 对于每种情况，要看各种条件的综合情况而定，对不分级原煤，松散度大约在0.4-0.55之间；对分级原煤则在0.5-0.55 之间。具体到某种原煤、某台跳汰机，则应通过试验确定其合适的松散度，使之达到最优的分选效果。另外，床层距离筛板不同高度的各分层，其松散度也不同。在正常情况下，分级物料常常是下层比上层的松散度大些，而不分级的或宽分级物料则往往是中间层最紧密，上下层的松散度都较大。提出这种看法的理由是：其一，在用示综原子研究矸石块在床层中下沉速度时发现，穿过中间层时速度最慢，认为可能是由于中间层的松散度和穿透性都较小。其二，从理论上推理，分层后的床层下层粗粒多，上层细粒多，而中间层粗、细掺合，因而堆砌较为紧密，空隙最少；其三，将床层采样也证明中间层的容积浓度最大。4.2 跳汰机的结构和主要部件 根据跳汰机筛板是否运动可分为动筛跳汰机和定筛跳汰机。在定筛跳汰机中，根据驱动水流的方式，跳汰机可分为压缩空气脉动式、隔膜式和活塞式跳汰机。而空气脉动式跳汰机按其空气室位置的不同，又可分为筛侧空气室跳汰机、筛下空气室跳汰机和筛上空气室跳汰机，后者很少应用，而前两者是目前广泛应用的机型。筛侧空气室跳汰机还分为单侧室和双侧室连体机型等。煤用跳汰机的种类很多。目前，国内外广泛采用的是空气脉动跳汰机，其结构可分为两类：筛侧空气室跳汰机和筛下空气室跳汰机。前者也叫鲍姆跳汰机，后者也叫高桑跳汰机。如下图4-4图4-4 筛侧空气室跳汰机1 机体 2 风阀 3 筛板 4 闸门 5 补水管上图为筛侧空气室跳汰机的基本构造。筛侧空气室跳汰机的机体的作用是容纳洗水和分选物料，构成分选空间，支承跳汰机的部件和附属装置。机体上部为长方形，下部为半圆形、角锥形或过渡形。筛侧空气室跳汰机的机体内用纵隔板分为空气室和跳汰室。跳汰室内装有筛板及控制排料的闸门。空气室上部装有风阀，中部装有补充水管。机体沿纵向用横隔板分为矸石段和中煤段。每段又分为二个或三个格室及排料筒。每个格室有单独的风阀和补充水管，可单独调节风量和水量。在每段末端设重产物排料筒及排料装置，采用倒排矸时，第一段起始端设排料筒。为防止格室之间及格室与排料筒之间水流相互窜扰，隔板要求伸到机体底部。筛侧空气室跳汰机的风阀周期性给入和排出压缩空气，推动跳汰室形成脉动水流。顶部水从空气室下部的补充水管给入，用来改变跳汰机的跳汰周期特性，并在跳汰室形成水平水流，运输物料。物料在机头被冲水润湿后送入跳汰机。经过分层后矸石和中煤分别经矸石段和中煤段的排料闸门排到机体下部，与透筛排出的细粒矸石和中煤会合，由脱水斗式提升机运出；精煤经溢流堰随水流出。跳汰机的主要部件有4.2.1 筛板筛板的作用是承托床层，与机体一起形成床层分层的空间，控制重产物水平移动速度和透筛排料速度。筛板要有足够的刚性和耐磨性，适当的开孔率和合理的孔形。如下图4-5 图4-5 跳汰机筛板结构型式筛板的结构见图筛孔有圆形、正方形和长方形，圆孔筛板应用最多。使用长方形筛孔的筛板时，长边应与物料的运动方向一致。为了减小脉动水流和透筛排料的阻力，要求筛板有较大的开孔率，一般筛板的开孔率为25-35%，篦条组成的条缝筛板的开孔率可达50%以上。锥形筛孔有利于物料透筛，堵塞现象少。4.1.2 风阀老式的滑动风阀和旋转风阀基本上已经落后了，现在应用更广泛电控气动风阀的是风阀。如下图4-6图4-6 电控气动风阀系统1 分水滤气器 2 调压阀 3 油雾器4 电磁向阀 5 快速排气阀 6 气动缸7 跳汰机的工作风包 8 风阀板 9 高压风管 跳汰机用的电控气动风阀由数控系统、电磁换向阀、气动缸和风阀盖板等部件组成。其工作过程是：首先根据生产需要定出跳汰周期和跳汰频率的具体数据，并将它们显示在数控系统的拨码盘上，由数控回路控制电磁换向阀工作。进气期开始时，电磁换向阀的一个进气孔与气动缸的下口接通，高压气进入气缸下部，推动活塞上升，活塞杆将风阀盖板提起，压缩空气（0.030.05Mpa）立即进入空气室。进气期结束时，电磁阀换向，将气缸的下口与排出孔接通，放出活塞下部的高压气。同时将气缸的上口与进气孔接通，向气缸上部导入高压气，将活塞压向下方，风阀盖板关闭，出现膨胀期。排气期的排气过程由另一套专门排气的数控风阀工作，不同的是空气室的排气管出口直通大气。排气后盖板阀将排气管关闭，进入压缩期，完成一个跳汰周期.电控气动风阀的特点是：调整跳汰频率和周期特性灵活方便，对可选性不同的原煤适应性强；进气口和排气口打开的速度和举高床层的爆发力强（进气口打开的时间可达0.02S）.4.1.3排料装置一般跳汰机都出三种产品（精煤、中煤和矸石），并且采用主选和再选相配合的系统。在主选机中排出较大量的中间产物，进一步在再选机中进行处理，以提高跳汰机的分选效率和处理能力。跳汰机重产物的排放方法有筛上排料（闸门排料）和透筛排料两种，轻产物是随水流经溢流堰排出。1 溢流堰 溢流堰的作用是控制床层厚度，使轻产物随溢流排出。如下图4-7图4-7高溢流堰第一段的堰高大于矸石床层在上升水流作用下所扬起的高度，以减少矸石进入中煤段，并保证精煤质量。块煤和不分级煤跳汰机的矸石段堰高400mm450mm，中煤段堰高450500mm ；末煤跳汰机的矸石段堰高为250300mm ，中煤段堰高为300-400mm .（2） 排料装置排料装置形式很多,有叶轮排料装置，扇形闸门排料装置，象鼻子管排料装置等。、如下图4-8图4-8 叶轮排料装置叶轮装在排料口筛板下面（图 ），其前方有一块挡板，挡板的一端装在固定轴上，另一端用链条挂在固定位置。挡板可作一定的摆动，以防大块重产物卡住叶轮。根据重产物的床层厚度，通过自动控制装置可以调节叶轮转数，从而达到自动排料的目的。叶轮转数约为 03.5r/min。跳汰机的排料口处均设置垂直闸门，以控制重产物的排放高度。由于叶轮排料装置可以连续排料，同时排料口经常由叶轮密闭，避免了溢流堰下水流对排料口物料层的扰动，所以工作效果好。4.1.4人工床层在跳汰机筛板上铺设的粒度大于筛孔、密度大于重产物的物料层称为人工床层。由于人工床层的粒度和密度都较大，因而它总是位于床层的底层。人工床层的厚度影响透筛排料速度。为了提高跳汰机处理量，一般采用人工床层与自然床层相结合，这时的人工床层仅占跳汰面积的一部分。4.1.5 自动排料装置自动排料装置主要由检测机构、控制装置和执行机构组成。1 浮标装置浮标安装在排料口前左右的床层中。浮标具有一定密度，能处于与其相同密度的床层中。利用浮标在床层中所处位置的高度，显示和传递重产物床层厚度的信号。这种检测装置结构简单、检测准确、调节方便，应用最普遍。：在排料轮的轴头上安装着棘轮，它与棘爪之间用护板隔开。棘爪由偏心轮带动在护板上往复运动。当床层变薄时，护板将棘轮齿全部盖住，棘轮在护板上滑动。当浮标随着床层的增厚而上升时，将护板推向后方，棘轮齿露出，在棘爪的推动下棘轮转动。床层越厚，浮标越高，被推动的棘轮齿数越多，与它同轴的排料转轮速越快，排料量增多。当床层由厚变薄时，浮标下降，排料量减少，直至排料轮停转，不再排料。如图4-9浮标棘轮自动排料装置：图4-9浮标棘轮自动排料装置1-浮漂 2-偏心轮 3-棘爪 4-棘轮 5-护板 4.1.6 测压管装置利用浮标在床层中所处位置的高度，显示和传递重产物床层厚度的信号。浮标棘轮自动排料装置的工作过程：在排料轮的轴头上安装着棘轮，它与棘爪之间用护板隔开。棘爪由偏心轮带动在护板上往复运动。当床层变薄时，护板将棘轮齿全部盖住，棘轮在护板上滑动。当浮标随着床层的增厚而上升时，将护板推向后方，棘轮齿露出，在棘爪的推动下棘轮转动。床层越厚，浮标越高，被推动的棘轮齿数越多，与它同轴的排料转轮速越快，排料量增多。当床层由厚变薄时，浮标下降，排料量减少，直至排料轮停转，不再排料。 测压管装置是利用矸石或中煤层厚度不同时矸石或中煤层重量和阻力发生变化而引起筛下水压力相应变化的原理进行检测的。测压管装置是穿过跳汰机侧壁垂直放置在排料口前筛板下，与筛下之水相通，当床层中重产物层变厚时，床层阻力增大，测压管内水位升高；反之则降低。在测压管内装有电极或电容液位