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1、河北大学工商学院2011届本科生毕业论文（设计） 河北大学工商学院装订线 本科生毕业论文（设计）题目：基于PLC的重介洗选煤控制系统设计学 部 信息科学与工程学部学科门类 工学 专 业 电气工程及其自动化学 号 姓 名 指导教师 年5月12日基于PLC的重介洗选煤控制系统设计摘 要20世纪90年代以来，伴随着介质旋流器选煤在煤炭分选工艺中地位的上升，世界各个国家在重介选煤工艺、洗煤设备以及其测控系统等方面做出了大量积极的研究和探索。本文基于PLC适应性强，操作方便，可靠性高等特点，引用模糊控制的思想，设计悬浮液控制系统。本设计的目的是对重介悬浮液液位和密度的控制。本控制系统共有五个模拟输入量和
2、三个数字输出量：给定液位、给定灰分、输入液位、输入灰分、输入密度和主洗开关阀、加介质开关阀和加水开关阀的开启信号。根据给定液位和输入液位比较的结论、给定灰分与输入灰分进行PID运算得到的输出值和给定密度比较的结论，得到三个数据（液位的高低、密度的偏差e、密度偏差的变化量ec）去查询设计的控制查询表，得到输出信号。关键字：重介旋流器；重介选煤工艺；灰分回控；重介悬浮液Based on the Dense Medium Coal Cleaning PLC Control System DesignABSTRACTSince the 90s of the 20th century , along w
3、ith the medium cyclone separation process in the status of coal rise, the world in various countries in the heavy medium coal preparation technology, coal washing equipment and the monitoring and control systems has made a lot of active research and exploration. Based on PLC adaptable, easy operatio
4、n, high reliability, reference fuzzy control theory, design suspension control system. The purpose of this design is the suspension of liquid and density control. A comprehensive description of the control system consists of five analog inputs and three digital output: given level, given the ash, th
5、e input level, enter the ash, the input density and the main wash off valve, add water, switch the media off valve and processing valve opening signal. According to a given level and compare the conclusions of the input level, given the input of ash to ash and operation of the output value of the PI
6、D and the conclusions of a given density is to obtain three data (high and low liquid level, density, the deviation e, the density deviation of the change in ec) to the query design control query table, get the output signal. Key word: cyclone；heavy coal cleaning technology；interface ash back contro
7、l；heavy medium hydrocyclone目 录1 绪论11.1 课题的来源及意义11.2 重介洗选煤的国内外发展情况11.3 重介悬浮液的简介21.4 本课题的主要工作内容22 重介悬浮液系统的硬件设计与选型42.1 重介旋流器42.2 重介悬浮液控制系统硬件连接42.3 PLC的介绍及西门子S7-200系列52.4 模块选择62.5 灰分仪的选型72.6 密度计的选型82.7 液位计的选型82.8 固态继电器的选型93 重介悬浮液控制系统的软件环境103.1 STEP 7-Micro/WIN S7-200编程软件103.2 PID灰分回控系统的实现113.2.1 PID算法11
8、3.2.2 回路输入变量的转化和归一化及输出变量的转化113.2.3 PID回路的实现124 重介悬浮液系统的程序设计与实现144.1 重介悬浮液系统设计144.2 I/O地址分配144.3 重介悬浮液程序的设计144.4 程序调试185 总结和展望215.1 总结215.2 展望21参考文献22致谢23附录24河北大学工商学院2011届本科生毕业论文（设计）1 绪论1.1 课题的来源及意义在20世纪80年代之前，国内外的煤炭分选基本以跳汰为主。90年代以来，随着煤炭生产质量的提高，使用者为减少对环境的污染和提高生产效率，对煤炭的质量要求在不断在提高。又因为受石油、天然气激烈竞争的严重影响，促
9、使选煤工业向低成本方向发展、高效率。分选精度高、操作方便、易于实现自动化的重介质选煤技术尤其是大直径的重介质旋流器受到各国青睐。在国外主要产煤国家，重介质选煤已经上升为主导地位1。煤炭是中国的主要能源，我国的煤炭产量已占世界第一，采用重介质选煤技术的比重占各种选煤技术的33%，但经过选煤的入选的比重仅占48.6%，因此中国急需发展选煤，特别是急需发展重介质选煤2。高效、清洁、充分的利用煤炭 , 对我国加快建设资源节约型社会和为全面建设小康社会提供可靠的能源保障起到极其重要的作用。利用煤炭洗选技术可以排除煤炭中的大部分杂质，提高煤炭质量和减少污染，并可以将其分成不同的等级、规格，供应不同的用户，
10、提供煤炭利用率。可以说煤炭洗选是洁净煤技术的源头和基础, 是节能、节运、提高煤炭利用效率、保护环境等最经济有效的技术途径。为提高控制精度，目前国内外均采用PID控制，以进行参数的整定和在线修改，根据工艺过程中参数间的动态变化关系，建立重介质选煤过程控制系统的数学模型。基于上述基础，提出本课题，力求通过采用模糊控制的思想，在实验室条件下模拟实现重介质洗选煤过程中对悬浮液的控制。1.2 重介洗选煤的国内外发展情况20世纪90年代，重介质选煤逐步代替跳汰而上升为主导地位，由于大直径重介质旋流器、有压给料和无压给料三产品重介质旋流器以及煤泥重介质旋流器的出现，重介质旋流器选煤已代替原有的斜轮和立轮重介
11、分选而成为首选技术3。国外走的是设备和厂房大型化的道路。如朗艾道(天津)有限公司在成庄矿建设的模块化选煤厂采用的是直径为1150mm两产品重介质旋流器，澳大利亚选煤厂大都主洗旋流器直径为1 250mm，用1.35的相对密度进行分选。每小时可获得195t炼焦精煤。主洗旋流器的底流给入直径为900mm的再洗重介旋流器，以1.50的相对分选密度进行分选，每小时可获得45t的动力煤；英国把主选设备一LARCODEMS型无压给料两产品重介质旋流器的直径由700mm增加到1350mm，研制无压给料三产品旋流器，用来简化工艺，达到降低投资减少生产费用的目的；俄罗斯研制成功了F1710/500型等有压给料三产
12、品重介质旋流器。格劳特泽吕克(GROOTEEGELUK)选煤综合企业就采用20台大直径重介旋流器。目前其小时处理量可达2 000t。南非弗尔赞德(FORZANDO)选煤厂则使用直径1 000mm的重介旋流器处理65mm0.8mm的煤。其数量效率高达98.6%，EP值仅为0.013，分选密度范围为1.421.50。美国已经安装并投入使用了直径800mm和1 000mm的重介旋流器。例如，1995年美国肯塔基州哈扎德附近的匹兹顿煤炭公司英国1号选煤厂对直径为1 000mm的重介旋流器进行了试验，入料为125mm，相应的EP值为0.038，若将入料上限提高到37.5mm和75mm，EP值将分别上升至
13、0.04和0.05。预计在克服某些消极因素之后，大直径重介旋流器将会在美国各选煤厂中得到迅速推广应用4。中国近年来新建选煤厂或老厂改造采用的重介质旋流器大部分直径为1200-1300mm。在“九五”国家科技攻关课题中研制开发的“IZK型重介质选煤过程自动控市系统”，其特点是实现了悬浮液的PID参数自校正控制和精煤灰分在线回控，集过程控制与生产管理于一体4。在大型脱介设备、强磁磁选机、配套专用泵和重介质选煤工艺参数自动控制等方面均取得了长足的进步，使我国重介质选煤技术处于国际先进水平行列，基本具备了快速发展重介质选煤的条件。虽然我国已经进入重介选煤的国际先进行列，但是我国还要在许多方面做出进一步
14、的研究：降低大直径三产品重介旋流器有效分选下限的研究；关于采用三产品重介质旋流器选煤工艺的模块式选煤厂的设计研究；应对三产品重介旋流器的结构参数进行优化研究；加快重介选煤过程自动化测控技术的研究。1.3 重介悬浮液的简介对于从旋流器流出回收到合格介质桶的重介悬浮液的控制，包括它的密度和液位的控制。系统运行时，先判断液位的高低，如果液位高于标准水位，则系统进入主洗过程。如果液位低于标准水位，则系统进入加介过程。重介质密度直接影响精煤产品灰分。为实现灰分的自动回控，采用灰分PID控制，实时调整密度给定值，以使精煤产品灰分稳定。以SIMENS S7-200可编程控制器作为本次设计的控制器。CPU选用
15、CPU226型，其有32个模拟输入输出通道和RS-485通信接口，可实现对密度、液位、灰分等连续变化的模拟量闭环过程控制。外接EM235扩展模块，实现模拟量的输入。系统运行时，先判断液位的高低，如果液位高于一定水位，则系统进入工作过程。如果液位低于一定水位，则系统进入加水过程。这样多变量输入就简化成了单变量二维模拟输入。本控制系统共有五个模拟输入量分别是：给定液位、给定灰分、输入液位、输入灰分、给定密度和三个数字输出量分别是：主洗开关阀、加介质开关阀和加水开关阀的开关信号。给定液位和输入液位比较的出液位过高还是过低的结论，给定灰分和输入灰分进行PID运算，得到的输出值即为标准密度，标准密度再和给定密度输入值比较然后去控制加介质和加水控制。1.4 本课题的主要工作内容本设计的目的就在于用 PLC 代替传统的继电器接触控制逻辑电路，在了解和掌握西门子S7-2
