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1、河北化工医药职业技术学院毕业论文基于S7一200PLc地跳汰机智能控制系统研究摘要跳汰选煤是目前应用广泛地一种选煤方法.我国目前入洗原煤中60%左右是跳汰洗选.在跳汰选煤过程中,影响跳汰分选效果地因素有多种,如:入料原煤特性、跳汰机风阀周期特性(跳汰频率及进、排气时间)、研石段、中煤段排料情况、各室顶水情况、风压、水压等,井且诸因素之间相互制约.再加上跳汰司机地人为因素,使得想要达到既兼顾精煤质量又提高分选效率非常困难,实际中往往是:以牺牲精煤回收率为代价来换取精煤地质量.目前,跳汰机地自动控制基本停留在逻辑控制或常规PID控制上,甚至有些机型还保持很原始地手工操作方个人收集整理 勿做商业用途
2、式.鉴于跳汰过程地复杂性,跳汰机地自动控制面临着巨大挑战.本文以邢台东庞煤矿洗煤厂307#跳汰机为研究对象,研究了排料系统控制地模糊控制地特点及方法,对个人收集整理 勿做商业用途原先地逻辑控制系统进行了改造,实现了基于s7一200PLC地跳汰机模糊排料控制系统;研究了改善风阀控制精度地方法,优化了风阀控制算法,并在现场中得以实现与应用.个人收集整理 勿做商业用途现场使用证明,改进地风阀控制系统,工作可靠,床层分层效果明显,采用地模糊排料控制方法非常成功,在稳定床层地同时,保证了精煤灰分这一生产指标,给洗煤厂带来明显地经济效益.个人收集整理 勿做商业用途关键词:跳汰机,自动排料系统,模糊控制,智
3、能控制系统目录第一章跳汰选矿介绍及课题地提出1个人收集整理 勿做商业用途1.1研究目标和研究内容1第二章跳汰选煤机理22.1跳汰机地分类及结构22.2跳汰机地工作过程32.3电磁风阀42.4跳汰机操作工艺因素5第三章模糊控制理论73.1模糊控制方案地提出73.2模糊控制理论83.3模糊控制器工作原理93.31模糊控制过程93.3.2精确输入量地模糊化9第四章基于S7-200PLC地跳汰机控制系统地设计10个人收集整理 勿做商业用途4.1风阀控制系统10第五章跳汰机控制系统地实现20个人收集整理 勿做商业用途5.1风阀控制系统地实验室测试20个人收集整理 勿做商业用途5.2模糊控制器地实验室仿真
4、23个人收集整理 勿做商业用途5.3模糊排料控制系统现场调试23个人收集整理 勿做商业用途结论26个人收集整理 勿做商业用途致 谢27个人收集整理 勿做商业用途参考文献28个人收集整理 勿做商业用途第一章跳汰选矿介绍及课题地提出对于跳汰分层地状态和松散度没有理想地测量手段,其原因是床层松散现象地实质比较复杂以及传感器检测信号地采集与分离困难.因此,风阀控制只能采用开环控制系统.现场工人只能通过探杆人为感知床层分层状况,手动调节给风量地大小.这种操作缺乏严密地科学性,个人收集整理 勿做商业用途即使是有经验地司机取得一定经验,也不便于总结和传授,更不能作为自动控制地依据.1.1研究目标和研究内容1
5、.研究目标基于对东庞矿现场实际运行状况地分析与国内外研究地状况地了解,我们确定了本课题主要研究目标与内容:跳汰机风阀地控制地优化与模糊排料控制系统地工业实现.应用这种方法,个人收集整理 勿做商业用途通过实验室实验和工业现场调试,达到对跳汰机排料系统地自动控制,从而为实现跳汰机单机自动化奠定基础.2.研究内容A)跳汰机实际床层分层状况地采样及数据分析、处理;B)风阀自动控制系统硬件、软件地开发、研究与实验;C)跳汰机模糊排料控制系统地研究;D)跳汰机模糊排料控制系统软、硬件地实现;第二章跳汰选煤机理2.1跳汰机地分类及结构随着选矿技术地发展,跳汰选矿机械逐渐得到改进和完善,并日趋大型化.跳汰机型
6、号繁多,从床层脉动方法来区分,有机械脉动和空气脉动两种.在选煤厂中机械脉动跳汰机用得很少,广泛使用地是空气脉动跳汰机.空气脉动跳汰机按其空气室位置不同,又可分为筛侧、筛下空气室跳汰机两种.个人收集整理 勿做商业用途一、筛下空气室跳汰机筛下空气室跳汰机地空气室安设在跳汰机体内地下方.筛下空气室跳汰机地工作过程是将压缩空气经风阀控制,交替地压入和排出空气室,从而使跳汰机中地水位上升和下降,形成脉动水流.筛下空气室跳汰机由研石段与中煤段组成,在研石段有两个跳态室,中煤段有三个跳汰室.每个跳汰室有三个空气室,每段空气室间距相等.在每个跳汰室装设两个电磁风阀,一个风阀为进气阀,另一个为排气阀.压缩空气由
7、空气室地一端给入,在跳汰室顶部有上下两个孔,上面地孔与风阀地进气口相连,压入压缩空气,下面设有五个风水管,分别与空气室地进水孔相通.在每个风水管上装有风阀,用来调节各室地补充水量.我们进行改造地就是这种筛下空气室跳汰机.筛下空气室跳汰机基本结构见图2一1空气室是密闭地,上部设有一个特制地风阀,它可交替地把压缩空气给入空气室,同时把室内地压缩空气排出.给入压缩空气时,跳汰机中地水位被强制上升;当室内地压缩空气排出时,水则自动地下降,所以推动水面上下运动形成脉动水流.改变给入地压缩空气量可以调整跳汰机中水流地冲程;改变风阀地运动个人收集整理 勿做商业用途速度可以调整水流脉动地频率.顶水从空气室下部
8、地筛下补充水使物料在跳汰室中进行松散、分层.跳汰机另一部分用水从机头与物料一起加入.经过分层以后,第一段和第二段地重产物分别经过各段末端地排料闸门排到机体下部并与透过筛面地小颗粒重产物相会合,一并用斗式提升机排出,轻产物自溢流口排至机外.个人收集整理 勿做商业用途图2一1筛下空气室跳汰机基本结构1一下机体;2一上机体;3一风水包;4一风阀;5一风阀传动装置;6一筛板;7一水位灯光指示器;8一空气室;9一排料装置;10一中煤段护板;n溢流堰盖板;12一水管;13一水位接点;14一排料装置电动机;15一检查孔个人收集整理 勿做商业用途二、筛侧空气室跳汰机筛侧空气室跳汰机地空气室位于跳汰机筛板侧面,
9、工作原理大致相同,这里就不加赘述了.2.2跳汰机地工作过程跳汰机在工作过程中,被选物料原煤在给入跳汰机后落到筛板上,形成一个密集地物料层,这个物料层,称为床层.在给料地同时,风阀周期地开启和关闭.当进气风阀开启时,压力风经个人收集整理 勿做商业用途入风口进入跳汰室,使水具有一定地压力,压迫水流上升,床层被冲起,呈现松散及悬浮状态.此时,床层中地矿粒,按其自身地特性(密度、粒度和形状),彼此作相对运动,开始进行分层.个人收集整理 勿做商业用途当进气风阀关闭时,水流己停止上升,但还没有转为下降水流,此时,由于惯性地作用,矿粒仍在运动,床层继续松散、分层.当排气风阀打开时,水流转为下降,床层逐渐紧密
10、,但分层仍在个人收集整理 勿做商业用途继续.当全部矿粒落回筛面,它们彼此之间己经丧失相对运动地可能,则分层作用基本停止.此时,只有那些密度较高、粒度较细地矿粒,穿过床层中大块物料地间隙,仍在向下运动,这种行个人收集整理 勿做商业用途为被看成是分层现象地继续.下降水流结束,床层完全紧密,分层便暂告结束.水流完成一次周期性变化所用地时间称为跳汰周期.在一个周期内,床层经历了从紧密到松散分层再到紧密地过程,颗粒受到了分选作用.只有经历多个跳汰周期之后,分层才逐渐完善,最后,高密度矿粒集中在床层下部,低密度矿粒则集中在床层上层.高密度地研石从研石排出道排出,中煤从中煤排出道排出,低密度地精煤则从上端地
11、精煤溢流口排出,从而得到跳汰洗选地三种产物.个人收集整理 勿做商业用途图2一2是跳汰机分层示意图,虚线分割部分表示跳汰机内不同密度物料层地扇形分布.物料在跳汰过程中之所以能分层,起主要作用地内因是矿粒自身地性质,但能让分层得以实现地客观条件,则是垂直升降地交变水流.由于它地存在,原本密集地床层获得松散,同时在已获得松散地床层中,密度、粒度、形状各不相同地颗粒,表现出个人收集整理 勿做商业用途不同地运动状态,最终得到研石、中煤和精煤三种产物.图2一2跳汰机地分层示意简图I一原煤;H一精煤;工H一精煤和中煤地混合物;IV一中煤;v一中煤和研石地混合物;VI一歼石2.3电磁风阀跳汰机地主要部件包括:
12、机体、筛板、风阀、溢流堰、排料装置、检测控制装置等,其中,风阀是重要地可控、常用地操作对象,是跳汰周期地产生源.风阀周期性地使空气室与风包或与大气相连或隔绝,从而在跳汰室形成脉动水流.风阀结构及其工作制度,在很大程度上影响着水流在跳汰机中地脉动特性,因此,风阀是跳汰机最关键地部件.风阀结构地不同,将带来不同地工作方式、工作特性,随之也带来精煤回收率和经济效益巨大差别.在国内外,为了自动控制跳汰周期,出现了广泛采用电磁风阀地趋势.电磁风阀是七十年代设计地一种新型风阀结构.这种风阀调整灵活,可以任意调整跳汰周期,进气、排气地变换速度极快.因此,可以精确地控制脉动周期和吸嚷过程时间,获得良好地床层松
13、散度和精度较高地分选效果,为跳汰机大型化和跳汰制度自动化创造了方便地条件.个人收集整理 勿做商业用途2.4跳汰机操作工艺因素跳汰机地工作指标在很大程度上决定于跳汰机地操作工艺.最适宜地操作制度与原料地性质(粒度及密度组成)及对产品地要求有关,而且各参数之间又是相互关联地.因此,在选择合适个人收集整理 勿做商业用途地操作制度时,必须根据不同地情况作具体地分析.跳汰机操作工艺制度各因素介绍如下:1)给料控制跳汰机入料性质地波动及给煤量地变化对跳汰机地工作效果都有直接地影响.所谓地控制给料,是指入料性质地波动应尽量小,即给入跳汰机地原煤应均质化;再有,给煤速度也应均匀,不可忽多忽少.对于选煤厂,它可
14、能分选几个矿井地原煤,或者分选性质相差较大地几个煤层地原煤,应采取措施实现原煤地均质化,即配煤入洗.对于跳汰机,控制好入料地质量、数量,可以保证分选过程地稳定性,减少设备过载或负荷不足地现象,提高分选效率,降低煤在研石中地损失.除了选前使入料性质均质化和给料速度均匀外,应注意伴随物料给入地冲水,一定要使原煤预先湿润,否则容易出现结团现象.个人收集整理 勿做商业用途2)重产物地排放当床层按密度分层结束时,应及时、连续而合理地将高密度物和低密度物排出机外.重产物地排放是操作中地一个重要环节,一定要使重产物地排放速度与床层分层速度及歼石(或中煤)层地水平移动速度相适应,若重产物排放过慢则出现堆积,不
15、但影响整个床层松散状况,使得正常分层难以进行,而且污染精煤,影响精煤质量;如重产物排放过快,又导致研石层(或中煤层)过薄,甚至出现排空地情况,整个床层便处于过度松散地不稳定状态,使得原已分选好地床层遭到破坏,使重产物中精煤损失加大.个人收集整理 勿做商业用途3)跳汰频率和跳汰振幅跳汰频率和跳汰振幅是跳汰过程地重要因素.跳汰脉动水流地振幅决定了床层在上冲期间扬起地高度和跳汰床层地松散条件.床层必须扬起地高度主要与给料地粒度和床层地厚度有关.粒度大、床层厚,就要求床层扬起地高度大,所以要求有较大地水流振幅.振幅与频率必须配合得当.用低频(35、40次/min)大振幅跳汰,床层松散度较大,分层较快,故跳汰机地处理量增加.但此时地速度因素、矿粒地粒度和形状因素对分选效果影响较大,而且因频率低,操作时地风水制度和给料等地变化相当敏感,故操作较困难.所以低频,大振幅跳汰只适用于分级块煤分选或易选煤分选.相反,高频率跳汰时(50、60次/min)工作稳定,加速度影响因素大,粒度和形状因素影响减弱,细粒透筛能力较强,故产品地质量好而稳定.但因松散度
