数控洗煤系统

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数控洗煤系统（数控部分）PLC是怎样编程和控制电

磁阀和排阡电机

3.1风、水、给煤、排料、周期等跳汰机主要参数控制系统

跳汰机各工艺参数之间相关性强，调整时需互相协调。跳汰过程由两个基

本过程组成，即物料按密度分层和最终产品的分离过程，两个过程既相互独立

乂相互影响，物料按密度分层是全过程的关键。这是因为，只有在精确分层的

基础上，才可能分离出更多的合格产品；而且作为排料依据的床层检测元件一

浮标所处层位的可靠性和准确性均依赖于分层效果。分层过程是煤和砰石、中

煤相对运动的结果，煤相对向上、向前运动就产生了分层，相对运动的阻力

大，相对位移困难，分层也困难，反之亦然。因此，相对运动阻力的大小直接

反映了分层难易程度。跳汰机主要参数控制系统，通过调整风、水、给煤、排

料、周期等参数，将相对运动阻力控制在一定范围内，使其不要过大，也不要

过小，以保证物料顺利地按密度分层，同时，在一定程度上也保证了浮标检测

的准确性和自动排料系统的可靠运行，最终保证了建立在自动排料基础上的煤

质划分系统的可靠性。

3.2跳汰机及其周边关联设备的自动启停系统

该系统能在接到启车指令后，进行必要的打点联络，在得到回应后逆煤流

启车，接到停车指令后顺煤流停车。在缓冲仓料位计和总水流量计等仪器的配

合下还可实现欠煤、欠水、设备故障报警，同时使跳汰机处于休眠或半休眠等

待状态，保持床层，待报警解除后自动恢复正常运行。

3.3跳汰机处理量优化控制系统

该系统给料控制，除人为给定外还可有下面两种选择：①在不要求大处理

量的场合，根据来煤量自动调整入洗量以减少等待和设备的启停次数，做到长

期均衡入洗，稳定产品质量。②根据自感知的入料性质（肝石和中煤排量和粒

度组成），自动调整给料量使其达到较为理想的分选效果的同时，尽可能加大

处理量。

3.4入料煤质变化自感知系统

该跳汰机采用了漏斗仓式稳静滚轮排料方式，可实现连续排料，排料体积

量与排料轮转速成正比；同时采用了给料量与变频调速器频率对应较好的给料

机。因此，在分选过程中对当前的给煤和中煤、肝石量的相对情况，系统是可

感知的，系统可根据叶石和中煤的相对排放量，殂略地划分出分选的难易程度

（易选、中等可选、难选等九级模糊分类）。同时实践表明，床层横向推力检

测装置的信号一定程度地反映了入料整体平均粒度的大小，所以系统也可根据

粒度组成的大概情况将其进行模糊分类。

跳汰机风阀自动控制

1刖百

目前跳汰机数控风阀控制，均采用手动调节的开环控制方式，跳汰机作为

选煤厂的关键设备，其风阀控制的自动化问题长期以来未能解决。跳汰司机在

生产操作过程中，需要根据入料性质、给料量、工作风压、床层状态等外部条

件的变化，不断调整风阀参数，操作繁琐，产品质量得不到保证。同时，由于

风阀系统的执行元件动作频繁，故障率相对较高，现有控制方法无法判断故障

和发出有效的报警信号，致使设备带故障运行，更严重地影响分选指标。本文

在分析跳汰机工作原理的基础上，提出利用空气室水位信号进行风阀参数自动

调节的方法，从而实现跳汰机风阀控制自动化。使跳汰床层始终保持适宜的振

幅，保证较高的洗选效率和处理量，不但克服了由于风压波动、给煤量改变等

因素造成的不良跳汰现象，同时，当风阀系统的执行气缸、电磁阀及其接线发

生故障时，能够及时报警，通知维修人员进行处理，从而将迈出实现跳汰机岗位

无人值守的重要一步。

2跳汰过程

施行风阀自动调整的外部条件为：控制用风压力为0.4~0.5MPa；工作用

风压力为0.03〜0.04MPa（筛下空气室）；跳汰机水量和筛上水位正常；各室

的进气阀和排气阀最大开度（行程）己调整合理。为了避免床层“翻花”，设

备开机时的跳汰周期从排气期开始，之后是压缩期、进气期和膨胀期，如图1

所示。以上的风阀跳汰参数，是以电控设备发出的电平信号为时间基准的。其

对应的机械动作过程和工艺分选过程均滞后于电平信号。为叙述方便起见，以

进气期开始分析其动作过程。

件，跳汰机的各个空气室具有不同的水位振幅要求。在研石段，物料床层较

厚，需要较大的振幅；在中煤段，物料床层较薄，需要较小的振幅。

图2床层现象分析

3故障原因

造成常见故障现象的原因是：该空气室的进气量和排气量不平衡。当进气

量大于排气量时，气体就会从空气室卜沿溢出，上升至筛板并穿过物料层在水

面形成大量气泡，冲乱已经形成的床层，这就是“翻花”现象；反之，当进气

量小于排气量时，空气室水位振荡范围不断上移，直至空气室顶端，水位振幅

减小，最终使筛板上物料失去分选动力，形成“偏振”现象。跳汰机在运行过

程中，由于工作风压、床层厚度以及跳汰参数（尤其是风阀参数）的异常变

化，就会形成上述现象。在特殊情况下，风阀控制系统中电路故障、接线脱

落、控制风压失常，气源三联体、电磁阀或者执夕亍气缸损坏等，也会形成上述

现象。事实上，空气室水位的变化对风阀的进、排气期调整效果具有一种制衡

作用。设想当进气期和排气期都等于某一值时，空气室水位稳定在高水位G和

低水位D之间振荡。增加进气期，水位将稳定在偏下的两点间振荡，仅当进气

期增加较多时，才会产生“翻花”现象，如果空气室有足够的高度，低水位时

具有的反水压足以平衡工作风压，则无论如何增用进气期，也不会有“翻花”

产生。增加排气期，水位将稳定在偏上的两点间振荡，仅当排气期增加较多

时，才会产生“偏振”现象，如果空气室为筛侧式的，高水位时空气室内气压

等于大气压，则无论如何增加排气期，也不会有“偏振”产生。

由上述分析可以看出，当空气室顶端和底端均具有一定高度时，进、排气

期可以任意调整而不会出现问题。但是，这样做就将极大增加机体重量，并且

返回到筛侧式跳汰机时代，其代价是不可接受的。可以适当设计空气室的高

度，利用其制衡作用，再辅以空气室水位电控，完全能够保证跳汰床层始终处

于正常起振状态。

4控制原理

要达到理想的控制目标，需要在每个空气室安装一台水位传感器，同时在

每个分选室的筛板上安装一台床层料位传感器，风阀自动控制装置将根据衣物

料振幅的要求，以及空气室水位不超越上、下限的要求，自动调整各室的进气

期、膨胀期、排气期和共同的跳汰周期。对传感器的基本要求是精度高、跟踪

速度快、防尘防水、可靠性好、寿命长，而且，安装固定这些传感器的机械部

分也同样要求适应传感器的性能。由于床层料位，'专感器和其安装机构较为复杂

和昂贵，目前配备起来仍有困难。为了避繁就简，考虑只安装水位传感器的简

单控制系统，基本可满足现有选煤厂在资金紧张情况下设备改造的需要，保证

控制系统的可靠性（图3）。具体控制过程如下：安装在空气室侧边的水位传

感器，不断检测空气室水位的变化，并在每一个跳汰周期结束时，控制器采集

并存储一个最高水位信号值G和一个最低水位信号值D,当G与D的差（水位

振幅）大于水位振幅设定值与死区的和时，自动步进减小进气期H和排气期L

的值，以使检测的水位振幅逐步减小，直至接近没定的水位振幅。相反，当G

与D的差小于水位振幅设定值与死区的差时，自动步进增大进气期H和排气期

L的值，以使检测的水位振幅逐步增大，直至接近设定的水位振幅。

图3水位传感器安装示意图

除了控制空气室水位的振幅之外，水位还必须在空气室的上、下限之内波

动。否则，跳汰机床层将会出现“翻花”或“偏振”现象，“翻花”将搅乱己

形成的床层，而“偏振”将难以形成良好的床层。这就要求当G大于设定上限

时，自动步进增加进气期H的值，同时，减小排气期L的值，以使水位振幅保

持不变，而振荡中心线下移。反之，当D小于设定下限时，自动步进减小进气

期H的值，同时增大排气期L的值，以使水位振嗝保持不变，而振荡中心线上

移。进气期H和排气期L的值不是可以无限增加或减小的，在振幅一定的情况

下，影响其值的主要因素有：进气阀和排气阀的最大开度（行程）、工作风压

力、物料床层厚度等。在各因素可以允许的波动范围内，H和L的值通常为

0.15-0.50so膨胀期的长短取决于跳汰机筛上重物料的振幅和在水中的干扰

沉降速度。总的来说：密度越大、颗粒越大、形状圆滑的物料沉降速度越快，

如果振幅越小，则需要的膨胀期越短；密度越小、颗粒越小、形状不规则的物

料沉降速度越慢，如果振幅越大，则需要的膨胀期越长。由于物料振幅小于水

位振幅，而且物料在膨胀期初期由上升状态转化为沉降状态需要一个过渡时

间，忽略正负两方面的因素，根据设定的水位振嗝，可以近似计算各室膨胀期

的时间：

P*二（S*。hokb）/vc=k<>S*

式中：P*——某室膨胀期的计算值（s）0计算结果通常在0.20〜0.60之

间；

S*——某室水位振幅设定值（％）。设定范围20%〜70%；

h一一水位传感器标定长度（m）。如0.6、0.8等；

kb一一空气室水平截面与该室筛面之比。通常为0.5左右；

vc——该段重物料的平均沉降速度（m/s）。砰石为0.3〜0.4,中煤为

0.2〜0.3；

k-----综合沉降常数。当h=0.6m,vc=0.3m/s,kb=0.5时，k=lo

从上式可以看出，膨胀期的大小应正比于设定振幅。调整设定振幅的大

小，膨胀期的时值就被自动地改变。压缩期的时值，应略大于排气阀关闭动作

的过渡时间。盖板式风阀、滑动式风阀和蝶阀式风阀的动作速度稍有差异，通常

其压缩期可在0.1〜0.15s间选取。风阀自动控制装置按照上述计算方法，对

每一个空气室的进气期、膨胀期、排气期和压缩期分别计算，求和得到多个不

同的计算周期，取其最大值，作为各室共同的候选跳汰周期，与原有跳汰周期

进行比较，其差值小于死区范围时，保留原有跳汰周期；其差值大于死区范围

时，启用候选跳汰周期。保证跳汰周期既能够自动调整乂避免频繁变化。压缩

期应取相同的值并设为同步点，跳汰周期内多余的时间归入膨胀期。

应当注意的是：尽量合理调整风阀行程，使跳汰机的风阀整齐动作，以保

持各分选室间的床层同步，减少紊流对床层的破坏作用。一个产品段内相邻分

选室的跳汰振幅应当接近，相位应当同步，这样才能使整机分选效率有较大的

提高。设计的程序框图见图4。当某空气室高水位超过上限，同时该室进气期

已调到最大值,排气期到最小值,即：095%,H=0.50s,>0.15s,此时进行

上限报警。故障直接原因有：进气缸常闭、排气缸常开、工作风压消失等。

图4风阀控制程序框图

当某空气室高水位低于下限，同时该室进气期已调到最小值，排气期到最

大值,即:G<5%,H=0.15s,L=0.50s,此时进行下限报警。故障的直接原因

有：进气缸常开、排气缸常闭、控制风压消失