煤矸石自动分选机技术白皮书.doc

煤矸石自动分选机煤矸石自动分选机 技术白皮书技术白皮书 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 1 目 录 一 设计综述 2 1 设计背景 2 2 设计要求 2 3 主要技术指标 3 4 若干技术关键问题 3 5 产品特点 4 6 前景与应用 5 二 技术原理 5 1 构成原理 5 2 机械传输 6 3 双能 射线投射法在线识别原理 8 三 传感器及信号处理电路 11 1 传感器及其高压控制 11 2 输入缓冲放大及微分电路设计 12 3 脉冲放大及数字增益控制 13 4 幅值分析及自适应稳峰 15 四 微机系统硬件配置和软件设计 17 1 硬件配置 17 2 软件功能设计 17 五 分选控制机理及其组成 20 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 2 一 设计综述一 设计综述 1 1 设计背景 设计背景 煤中矸石的自动剔选是现代化煤炭生产加工过程中的重要环节之一 先进 的分选方式与方法研究已逐渐引起煤炭生产和应用部门的重视 煤矸石自动分 选机是对块状原煤里的矸石在传输过程中实现其物理分选的专用设备 它的出 现主要基于对以下几方面的考虑 1 我国煤炭年产量已超过 19 亿吨 年入洗量却低于 20 大部分煤炭仍 延续着人工选矸的落后方式 劳动强度大 生产效率低下 矸石拣选率也直接 受人员素质 管理水平等人为因素影响 2 传统的重介分离等排矸方法产生大量难以处理的煤泥污染物 对人和 农作物赖以生存的水源和耕地破坏严重 尤其是在我国主要产煤地区出现的开 采煤炭资源与环境污染以及原本就十分匮乏的水资源间的矛盾日显突出 目前 已有不少煤炭生产加工企业不同程度地受到我国环境保护法的制约 造成设备 闲置 产量下降 经济损失严重 3 煤是一种资源 它作为特殊能源和产品原料 在诸多行业生产中起着越 来越重要的作用 在国际国内市场上 块煤交易形势一直较好 但由于我国煤 炭初加工能力较弱 块煤含矸率偏高 价格损失较大 市场竞争力不强 4 干式分选方法是当今煤炭分选技术的重要发展趋势之一 大量文献资料 表明 目前在国际上尚未见有煤矸石自动分选机实用产品或类似设备的出现 因此 煤矸石自动分选设备对我国干式分选技术的进步与发展也将起到积极的 推动作用 2 2 设计要求 设计要求 连续化生产是煤炭加工过程的基本特征 其中皮带传输方式较为普遍 考 虑到煤矸石自动分选机位置设置的灵活性及与整体加工过程的统一性 设计中 应首先建立起具备一个来料输入口和煤及矸石两个出料口的皮带 接力 传输 工作平台 以便在其上实现对煤矸石的识别与分选 因此 从完成基本功能上 考虑 煤矸石自动分选机由机械传输 煤矸石识别和分选自动控制三部分构成 其中对各部分的基本设计要求如下 1 根据所需处理煤量的大小 确定传输皮带宽度及带速 使来斗不致形成 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 3 堆积 并在皮带中部设置简单有效的排队机构 组成若干个通道 以保证识别 与分选的准确性 2 连续工作条件下 要求对煤矸石的识别与分选控制以在线实时方式进行 工作 3 遵循集散控制系统的构成原则 在各通道独立设置一套识别与分选控制 单元仪表 以确保整机系统的工作可靠性 4 分选执行器应满足一定的响应时间和频率要求 分选控制延迟时间可调 5 考虑现场操作人员的技术素质 充分利用计算机软件技术功能 尽量简 化仪表操作过程 6 传感器及二次仪表应满足在恶劣环境条件下长期稳定工作要求 该系统在技术上主要解决了以下几个关键问题 1 运用新型双能 射线衍射方式 实现了在较大粒度范围的煤与矸石的 在线识别 2 采用集散控制方式 确保了识别仪表系统在恶劣工矿下的长期可靠运 行 3 机械排队机构更加简便有效 满足了对物料进行准确识别的要求 4 气动执行机构简单可靠 3 3 主要技术指标 主要技术指标 1 输送机皮带宽度 1 2 米 2 输送机皮带速度 0 8 米 秒 3 分选粒度范围 50 150 毫米 根据需要可设计 30 300 毫米 4 一次净选率 大于 85 5 单通道平均处理量 8 吨 小时 6 执行器最高工作频率 10 次 秒 4 4 若干技术关键问题 若干技术关键问题 1 激励场的选取 采用何种场物质作为激励媒介是确定识别方法的先决条件 对于组分识别 激励场的选择依据是由场物质对煤矸石组分的敏感性 应用环境条件 工作可 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 4 靠性等因素决定 在原理上 对煤矸石组分敏感的场主要有 各种核射线辐射 场 微波场 电场 光场等 对应用条件的可行性来说 射线场无疑是最为 适合的选择 在它的激励作用下 不仅煤和矸石呈现的辐射通量强度差别较显 著 而且最具有长期稳定可靠 不受环境条件变化影响 结构简单等优点 2 组分识别问题 依据前述设计要求与技术指标 完成自动分选的首要技术关键在于对煤矸 石的组分识别 在理论上它隶属于固态物组分模式分类识别的研究范畴 我们 知道 对具有确定被测厚度物体的二元组分识别问题 可用单一辐射源方式解 决 但对于像煤矸石这类被测物厚度不确定的动态组分识别 由于其厚度变化 与组分差异所呈现的信号特征相同 目前尚无有效解决方法 因此设法消除由 粒度变化因素造成的混叠影响成为识别方法研究中必须解决的技术难点 根据现代传感理论 在非差模条件下 抵消测量中某个未知量的有效方法 是在原有基础上 恰当地注入一个确定的激励分量 并相应作某些数学变换来 达到 由此 设计应用了由一个低能源和一个中能源复合构成的双能 射线辐 射激励场 成功地解决伴有强粒度变化扰动情况下的煤矸石组分识别难题 3 识别与分选控制系统构成原则 系统处于连续不断的工作条件下 其可靠性与用户的经济效益直接相关 因此不但要求仪表本身具有高的可靠性 同时要求系统能保证其工作的最大安 全性 为此 本识别与分选控制系统按信息集中 控制分散的原则构成 所谓 信息集中 即在控制室中能实时地 随机地监测到系统的工作状况 控制分散 实质上是危险分散 在微机控制的历史上曾出现过一台微机控制多个回路的情 况 即集中控制方式 这在当时微机造价很高的情况下对节约投资是有效的 但随着微机应用的发展 集中控制影响连续生产的弊病就充分暴露出来 当控 制机出现故障时 不仅所有与之相关的受控部分都将因此停止下来 而且还可 能造成整个生产过程的大面积瘫痪 因此随着微机价格的下降 分散控制模式 被广泛应用 而且分散愈彻底 其可靠性愈高 5 产品特点 产品特点 煤矸石自动分选机属于干选设备 煤和矸石经过该设备后即可自动分开 不同于目前国内外采用的水洗 湿洗和风选 它具有如下优点 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 5 1 投资少 见效快 2 分选效率高 不低于 85 保证选出的矸石中不含煤块 可靠性好 3 系统操作简单 维护方便 运行成本低 4 分选的煤种范围广 不受湿度的影响 环境适应性强 5 处理粒度根据不同煤质可设定为 30 50 50 150 150 250 毫米 6 不消耗水资源 能耗极低 不对环境造成破坏和污染 6 前景与应用 前景与应用 煤矸石自动分选机的完善 推广应用 将对我国煤炭产品质量提升起到积 极作用 可广泛应用于物料分选等其他生产领域 就煤炭生产而言 可用于 1 现有煤矿生产系统的技术改造 该设备可在煤流系统进行在线分选 不另需场地 直接将原人工拣矸皮带改为自动分选 能够大大提高原 煤分选率及生产自动化水平 2 完善干法选煤工艺 现有空气重介质流化床干法选煤及 FGX 系列复合 式干法选煤入选原煤粒度均为 0 50mm 及 0 80mm 而煤矸石自动 分选机入选原煤最佳粒度为 30 300mm 弥补了上述两种干法选煤工 艺的不足 为干法选煤工艺起到积极推动作用 煤矸石的综合应用 由于煤矸石质量吸收系数 K 值可调 可对煤矸石进行 准确分类 低热值劣质煤 碳质页岩 以分别应用于劣质煤发电 水泥生产等 二 技术原理二 技术原理 1 1 构成原理 构成原理 煤矸石自动分选机主要由原煤进料斗 煤和矸石出料斗 皮带传输机以及 识别与分选控制系统几部分构成 见图 2 1 由于整个识别与分选工作过程 是非接触 实时的 因此不会影响正常的物料传输 皮带上设有若干个物料排 队通道 每一通道独立地配置一套由双能 射线源 射线传感器 气动执行器 和测控仪表组成的识别与分选系统 以提高整机的运行可靠性 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 6 图 2 1 煤矸石自动分选机构成示意图 系统对煤和矸石的识别与分选时序过程是经筛分后一定粒度范围的块状原 煤由进料斗落到传送皮带上 在排队机构的作用下顺序排列对中穿过由双能 射线源和 射线传感器构成的具有上下对应几何结构的通道 由此获得的信号 经放大 成形 分层等预处理后 由单片计算机依据识别数学模型进行运算 将计算值与经预先标定得出的阀值进行比较 若大于该阀值 则被判定为矸石 经一定时段延时后 瞬时打开高压气阀 使之在被抛落过程中偏离原轨迹 落 入矸石料斗 若小于阀值则被判定为煤 气阀不动作 使之自然抛入煤料斗 2 2 机械传输 机械传输 1 煤矸石自动分选机机械传输部分的结构简图如下 高 压 进料斗 气 物料传送方向 排队机构 射线 传送皮带 气阀 放 射 源 传 感 器 煤 斗 矸 石 斗 控制仪表 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 7 煤矸石自动分选机机械结构简图煤矸石自动分选机机械结构简图 1 2 3 4 5 6 7 1 储气罐 2 高频电磁气阀 3 传感器 4 射线源 5 识别装置固定架 6 排队装置输送机 7 输送机 机械组成部主要包括 给料 输送 排队机构 气控部分 储气罐 高频 电磁气阀 2 煤矸石自动分选机的设计计算 按年产量 120 万 T 的矿井作为设计依据 除前面提及的主要技术指标外 输送机胶带宽度 1 2m 分选通道 6 个 矸石实体比重 2 3 煤实体比重 1 35 50 300 级占原煤的 35 569 50 150 级的含矸率按 30 计 产量的不均 衡系数取 1 5 粒度的不均匀系数取 1 1 计算 a 要求每秒钟处理粒度范围内的产量为 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 8 1200000000 年产量 300 生产天数 14 每天生产小时 3600 35 569 16 3kg 矸石 16 3 30 4 89kg s 煤 16 3 70 11 41 kg s b 每块矸石的重量 按小值计算 0 5 3 2 3 0 29kg c 每秒钟要处理的矸石的块数 4 89 0 29 17 块 d 每块煤的重量 按平均值计算 0 5 3 1 35 0 17kg e 每秒钟要处理的煤的块数 4 89 0 17 29 块 f 每秒钟煤和矸石总的块数 17 29 46 块 g 每秒钟每通道通过的煤和矸石的块数 46 6 7 7 块 秒 考虑连续两块或三块都是矸石 并且都是最小粒度 再加之来料的不均衡 性 高频电磁气阀的动作频率为 7 10 次 3 3 双能 双能 射线投射法在线识别原理射线投射法在线识别原理 粒度不同是块状原煤在皮带传输过程中的实际存在 因此利用双能 射线 投射法实现煤中矸石的分选 必须解决两个基本问题 第一 确立在粒度变化 条件下的煤和矸石组分有效识别方法 第二 不影响正常传输过程 即要求识 别模型简单 满足在线实时性条件 1 组分模式特征分析 射线与物质的相互作用理论指出 强度为 的窄速 射线在穿透物质 时 被物质的原子所散射和吸收的程度可用指数定律来描述 I I0exp mdm 1 衰减后的射线强度 主要取决于物质化学成分有关的质量衰减系数 m和 质量厚度 dm 其中 质量衰减系数是射线能量 的函数 且与物质的平均原子 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 9 序数总和平均质量数 相关联 在以光电效应为主导的低能区域和以康谱顿效 应为主导的中能区域 其质量衰减系数分别为 ml f E Z 4 A 2 ml f E Z A 3 根据煤和矸石的成分分样得知 煤属于低原子序数物质 C 6 9 A 13 4 矸石属高原子序数物质 S 12 4 AS 24 7 将这些参数分别代入 2 和 3 即可得到煤和矸石的质量衰减系数与射线能量的基本变化关系 如图 2 2 所示 从中可以看出 约在 0 5 Mev 的低能段 煤和矸石的质量衰减 系数存在较明显的差异 即反映了两者不同的组分 而约在 0 5 Mev 的中 能段 其质量衰减系数却几乎相等 与两者的组分基本无关 0 05 0 5 E MeV 0 4 0 2 0 00 m cm2 g 1 矸石 煤 图 2 2 煤和矸石质量衰减系数与射线能量的变化关系 这一特点说明 利用中 低两种不同能量的 射线作激励 由其辐射通量 强度可分别获取煤和矸石的组分及厚度信息 同时它也为消除质量厚度因子提 供了条件 2 动态识别建摸 设当一识别物体横穿有中 低两种确定能量的一束复合 射线时 其辐射 通量强度服从 Lambert 公式 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 10 J J0exp mmdm 4 I I0 exp nmdm 式中 J I 和 J0 I0分别是有或无物体被透射时传感器检测到的中 低能量 射线辐射通量强度 mm ML和 dm 分别对应为中 低能量 射线透射时的 质量衰减系数和质量厚度 对式 4 两边取对数得 lnJ ln J0 mmdm lnI lnI0 mldm 5 由于中 低能量射线透射的是同一物体的同一部位 故消去其中质量厚度 因子 即得到识别函数 ml lnI0 lnI K 6 mm ln J0 ln J 式 6 表明 a 由于衰减系数比 表征了在中 低能量 射线共同作用下 与物体质量厚度因子无关的组分信息 故可直接作为判别煤和矸石的依据 b 对一定 源活度和几何条件 式中 0和 0是可预先确定的常数 因此只需同 时测定物体穿过线束时段的平均辐射强度 和 即能方便的求出系数比 3 误差分析 煤和矸石的判别误差主要是由 射线的统计涨落引起的 衰减系数比 的 均方根误差的相对值 K 1 J J I I 2 2 7 K dm mm ml 式中 J J和 I I 分别是中 低能射线辐射通量强度的相对误差 若 用其对应的脉冲计数代替 则得到 K 1 1 1 8 K dm 2mmnm 2mlnl 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 11 由式 7 和 8 可见 减小识别误差的有效途径是适当增大中 低能 射线 强度 以提高其单位时间内的脉冲计数量 同时式 8 表明了对源强的设计意义 当选定两种 射线源的种类后 质量衰减系数 mm 和 ml均为确定值 将矸石 的最大质量厚度代入 即可计算出满足某一给定误差的最小脉冲计数量 三 传感器及信号处理电路三 传感器及信号处理电路 1 1 传感器及其高压控制 传感器及其高压控制 光电倍增管 前置放大器 微 机 I OI O 闪烁体 高压 12V 12V 信号 图 3 1 每个分选通道都有一个独立的传感器 其结构如图 所示 它由四个 部分构成 1 Nal T1 闪烁体 其尺寸为 25 20mm 闪烁体受到穿过靶物质的射线作 用 形成可被光电倍增管接受的光子 2 光电倍增管的作用是把接收的光信号放大并转化成电信号 它的各打拿 极由高压分压控制 倍增后的信号进入前置放大极 在本系统中选用 CDB20 或 CDB23 它们要经老化筛选以去掉早期失效器件 3 前置放大极一般做成跟随器形成 因为当传感器与后续仪表距离较远时 用跟随器更易于传送脉冲信号 按设计约定 经前置放大极输出的有效信号为 负向脉冲 其辐值在 50 mV 100 mV 之间 后续电路据此设计和调整参数 4 高压控制系统 传感器必须由高压电源供电 理论和实践证明 传感器 的灵敏度对电源电压极为敏感 它是光电峰漂移的重要因素 在核电子仪器中 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 12 典型的方式有两种 一种是稳定高压以保证系统灵敏度的稳定 另一种是经常 测量灵敏度而通过调整高压来修正灵敏度 此时 高压的控制已不单纯是稳压 问题 而是涉及整个系统灵敏度稳定的问题 后一种方法可以消除多种因素 如温度 对灵敏度的影响 本系统采用后一种方法 图 3 2 图 3 2 表示高压控制的原理方框图 图中虚线所包围的部分由微处理机实 现 高压控制包括两个相关控制环路 在没有图中下面部分 含光电倍增管的 反馈线路 时 上面环路部分构成典型稳压环路 由微机控制着 DC DC 变换器 的输出 当高压部分带上负载 光电倍增管 时 上下两个环路同时发生作用 微机用软件方法定时地检测下面的系统灵敏度 K 包括光电倍增管 微分 幅 值分析等 若 K K0 则输出校正信号 这个信号通过系统环路控制使 K K0 不难证明 上述系统有串级系统的动特性又有自适应系统的静特性 但 光电倍增管对高压变化十分敏感 因此这种控制只在高压粗调时使用 高压微 调将采用另外的方法 系统正常工作时处于单回路状态 2 2 输入缓冲放大及微分电路设计 输入缓冲放大及微分电路设计 微分电路的目的是在多个脉冲形成的卷积信号中 将各个脉冲分离开来 微分电路参数对系统的脉冲时间分辨能力影响很大 为提高脉冲时间分辨能力 微分电路时间常数 RC 应愈小愈好 但此时却增加了微分驱动电路的负载 为此 通常在前置放大器之后和微分电路之间插入一级缓冲放大 如图 3 3 所示的 IC1 及 T1 组成的缓冲放大器 一方面用于与信号电缆匹配 另一方面又能驱动 很小的 RC 而不会产生失真 这点对分选尤为重要 由于在分选中经常出现空带 分压器 ADC数字 PIDDAC 低压 DC 高压 DC 光电 倍增 微 分 线 放 幅值 分析 灵敏度 检 验 系统设定 高压 辐射 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 13 情况 此时信号的幅值可能超过设计值 50 100mvpp 的几十倍 如果微分电 路产生过载堵塞 将会影响到以后的计数率 这是分选系统中应用放射性同位 素检测的一个特殊问题 根据实际源的强度情况 一般调整源的平均计数率在 40000cps 左右 若考虑到脉冲时间间隔的随机性 应选择更大一些的计数率以 便给系统留一定的反应裕度 为此 选择最大计数率为 200000cps 与此相应 微分时间常数 t 1 200000 5 1 s 左右 图 3 3 3 3 脉冲放大及数字增益控制 脉冲放大及数字增益控制 脉冲放大是测量中的关键部分 系统的很多重要特性都与此有关 1 脉冲放大器应具有自动可调的 稳定的增益变化范围 按增益分配要求 计算 Av 5000mv 50 100mv 50 100 倍 按微分后的脉冲要求计算 放大器 带宽 W 1 t 1000000Hz 1MHz 2 为使增益能自动调整 并保证带宽放大器必须由两级以上级联而成 而且按最大带宽原则分配放大器灵敏度 各级放大器的增益应相同或相近 3 为自动地调节到所要求的放大器增益 在多级放大器级联之间引入一个 数字衰减器 这样能通过微机周期地自动微调增益 可保证放大器增益稳定在 0 1 0 4 之内 并且对大信号与小信号具有相同的增益 4 为提高放大器的过载性能 放大器之间采用直接耦合方式 微分电路除 C IC1 50 100mV RO R V R1 R2 T1 V 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 14 外 为此要求放大器采用低漂移元件 但一般低漂移元件都具有较低的增益带 宽积 为保证放大器具有必需的带宽 而又要求采用宽带元件 为了合理地解 决宽带和低漂移二个要求在元件选择上的矛盾 脉冲放大器中各级的闭环增益 不能太大 以便能采用较低单位增益带宽元件从而能保证要求的带宽 经实验 与核算 采用工业标准低漂移器件 OP37 25 85 构成三级放大 每级 放大 10 倍左右 则总增益可达 1000 左右 再利用数字衰减器衰减到所需的级 联增益 由此得 Av Av1 Av2 Av3 AvD Av13 AvD 式中 Av 为总增益 Av1为各级的增益 AD为数控衰减器的衰减系数 由此可见本设计中脉冲放大环节的一个特点是各级都做成固定增益 而用 软件来自动调节总增益 这样就大大简化了调整操作和电路结构 有关数字衰 减器的其它用途将在下面介绍 为了避免由脉冲后沿的拖尾现象所造成的脉冲重叠 在大过载条件下尤为 严重 脉冲线性放大器中需要采用各种限制负向过冲的方法来保持脉冲基线的 稳定 通常采用二级管钳位的方法 由于二极管的温度特性不好 会造成基线 的波动 为此本系统采用精密整流电路来钳位 它可保证钳位电平在全温域内 的波动范围为 1mV 较之普通的二级管钳位 钳位精度高了 2 3 个数量级 根据以上几点考虑设计的脉冲线性放大电路如图 3 4 所示 R D7R RD1D2 50 100mV C WinWinDACDAC D0 R R R R D3 v v V0 0 5V 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 15 图 3 4 图中第一级为微分及负向钳位级 第二级为 8 位的 DAC 组成的程控衰减器 其中 D2 D7来自数据锁存器 可用微机软件编程 第三 第四两级为增益固定 的放大级 其中 VR和 D3构成过载幅值削波器用来防止过大脉冲所引起的电路 失常 4 4 幅值分析及自适应稳峰 幅值分析及自适应稳峰 如前所示 本系统建立在双源工作的基础上 双源工作要求两个源均为单 能辐射 且其能量相差越大越好 采用 137C 和241Am 能基本满足要求 因此辐射 的光子能量围绕某一中心随机分布 所以为了正确反映光电峰的全部能量 本 系统采用定道宽脉冲累级计数法 为此 需要作如下设计 1 对放大器的输出进行分层 以区分 137C 和241Am 产生的脉冲 计数 2 用窗口计数技术以消除光电子能量的随机散布 窗口的宽度应接近光电 峰的散布区间 如果宽度过大则使康普顿效应影响加大 过小则丢失了有用的 信息 采用窗口计数技术是本系统的又一特点 这种方法较之通常的符合 反符 合法更为简单 不但易于调试而且能方便地实现稳峰 3 一旦道宽和道中心确定 光电峰的计数值就可作为分选的依据 但由于 现场环境较实验环境复杂 由光电探测器和脉冲放大器输出的光电峰能量中心 会与仪器设定的道计数中心发生偏离 因此仪器需要有道中心定位系统 在本 系统中考虑了两种可能出现的自适应中心跟踪方法 图 3 5 中表示了两个理想 的光电峰分布 其中虚线部分为实际分布 实线为调试时设定的峰分布 可能 的情况有两种 D E1 W1 E2 V0 W2 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 16 图 3 5 a 在某种环境条件作用下 两个光电峰的中心距 D 保持不变 则峰中心值 可能会平行移动 b 在另一种环境条件作用下 不仅两个峰中心值发生偏移而且偏移方向和 中心距离都发生了变化 在本系统中 能实现双峰的自动跟踪 图 3 6 表示了定宽计数中心自动跟 踪的原理线路 它包括了两套同样的幅值分析电路 但这两套电路的参数 R3 R5 各不相同 以便能区分 137C 和241Am 的信号 图中由 IC1 R1 R5 组成幅度分层的基准电路 通过电位器 W 可以方便地 调整道宽 一般情况下 R4 R5 以便能得到相等的半道宽计数 如果光子能量 为正态分布 则 R4 与 R5 越接近越好 如果光电子分布的三阶矩较大 则应在 调试中改变 R4 R5 的比值 基准通过 DAC 可以自动改变 根据一定的算法可以 用软件判定设定峰中心与实际峰中心是否一致 若不一致 系统通过两个独立 的基准电路分别控制 DAC 来调整峰中心 这样就有三种方式解决稳峰问题 用 控制高压方法粗调 用数字衰减器细调 用分层基准作两个光电峰的各自微调 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 17 VrVr A DA D IC 1 DA C D7 D0 R1 图 3 6 四 微机系统硬件配置和软件设计四 微机系统硬件配置和软件设计 微机系统是识别与分选控制系统的核心 它包括硬件和软件两部分 主要 完成数据采集 数值运算 判别控制及运行管理任务 1 1 硬件配置 硬件配置 微机系统的硬件配置是为实现识别与分选控制等软件动作提供必要的硬性 支持环境 它主要由 89C52CPU 和 2764 2864 8256 8253 等外围接口芯片构成 由于这方面的技术已很成熟且统一 故此处不再赘述 具体结构见附图 2 2 软件功能设计 软件功能设计 为了保证系统能可靠 准确地执行识别与分选任务 其工作方式被定义划 分为 自检 调整 和 工作 三种操作状态 并编写了相应的功能软件 全部软件程序见附本 1 自检态 此状态下 系统能对自射组成的模拟电路 数字电路主显示器件进行内部 R6 R8 R2 R3 VDVD R7 C C R4 R5 CLK1CLK1 CLK2CLK2 CLK3CLK3 MPUMPU GAT1GAT1 GAT3GAT3 IC 2 IC 3 IC 4 R1 0 R1 1 R9 R0 C 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 18 测试 从而得到各硬件环节是否处于正常状态的信息 其故障定位可达芯片级 自检功能态主要用于系统工作运行等的检查和维修 图 4 1 为自检功能态的软 件流程图 开始开始 LED 自检自检 计数器自检计数器自检 数据通道自检数据通道自检 高压调节自检高压调节自检 执行驱动自检执行驱动自检 调整态调整态 工作态工作态 启锁键分析启锁键分析 图 4 1 自检态软件流程图 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 19 2 调整态 在此状态下 通过仪表功能键对系统设定的识别与分选控制参数进行设置 和调整 它包括 中 低能空带值 高压稳峰值 各种阀值和分连控制延迟时 间等 图 4 2 为调整态软件流程框图 开始开始 检测按键检测按键 数值分析数值分析 自检态自检态 工作态工作态 加加减减 确认确认 存储存储存储存储改参数改参数存储存储 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 20 图 4 2 调整态软件流程图 3 工作态 在完成以上两种状态操作后 可通过状态切换功能键使系统进入识别与分选 工作状态 在此状态中 系统将顺序完成 中 低能计数值的读取 运算 判别 及延时等软操作 为了便于操作人员了解工作情况 此时显示器可提供当前的计 算 K 值 并由数码形式动态表示当前被判别的是煤还是矸石 图 4 3 为工作态软 件流程框图 按下 到键盘调整状态 否 否 开始 系统初始化 设定采样初值 控制按键按下否 采样完成否 计算采样数值 是矸石否 送入打击队列 打开气阀 设打击标记 是否击打矸石 设定工作状态设定工作状态 煤矸石自动分选机技术白皮书煤矸石自动分选机技术白皮书 巨龙融智机电技术 北京 有限公司 010 62962517 21 否 4 3 工作态软件流程图 五 分选控制机理及其组成五 分选控制机理及其组成