袁會(huì)康 ，朱澤建，張保健

（濟(jì)礦集團(tuán)運(yùn)河煤礦，山東 濟(jì)寧 272100）

0 引 言

在使用無壓三產(chǎn)品重介旋流器的洗煤廠中，常伴隨著旋流器二段入料口被大塊矸石堵塞的情況。一旦發(fā)生堵塞，將會(huì)造成中煤及矸石無法進(jìn)入旋流器二段，而是全部通過旋流器一段精煤口流入精煤系統(tǒng)。若集控操作人員發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，將還會(huì)出現(xiàn)一系列的次生事故，可能因煤量大造成精煤皮帶過負(fù)荷壓死；也可能因煤量大造成精煤離心機(jī)過負(fù)荷憋死或三角帶磨斷等。因此，針對(duì)上述情況展開分析研究，以研討旋流器二段堵塞時(shí)，杜絕次生事故影響，最大化的減少中煤及矸石進(jìn)入精煤倉(cāng)的量。

1 存在的問題

當(dāng)無壓三產(chǎn)品重介旋流器發(fā)生旋流器二段入料口（圖1）堵塞情況時(shí)，改造前都是靠集控人員去發(fā)現(xiàn)中矸脫介篩物料的減少或精煤量突然增大、旋流器壓力增大等來識(shí)別。因此就可能因?yàn)榧厝藛T疏忽，發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，致使發(fā)現(xiàn)旋流器堵塞時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的不利后果，如大量原煤進(jìn)入精煤，造成精煤質(zhì)量不合格；或原煤進(jìn)入精煤，出現(xiàn)煤量過大，造成精煤離心機(jī)過負(fù)荷憋死；再者出現(xiàn)精煤皮帶過負(fù)荷，出現(xiàn)壓死精煤皮帶等不利后果。

圖1 旋流器二段入料口堵塞點(diǎn)

2 解決途徑

采用智能檢測(cè)方法，智能判斷旋流器二段入料口是否堵塞。利用安裝于旋流器一段合介入料管上的壓力傳感器對(duì)旋流器工作壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)；然后配合PLC可編程控制器和上位機(jī)界面操作程序（本系統(tǒng)使用的PLC為西門子S7-300 PLC，界面程序?yàn)镸CGS組態(tài)環(huán)境），通過程序編輯就可以自動(dòng)識(shí)別旋流器二段入料口堵塞時(shí)的壓力波動(dòng)；當(dāng)工作壓力曲線觸及設(shè)定報(bào)警壓力曲線時(shí)，就會(huì)在集控室的上位機(jī)操作界面彈出報(bào)警信息，同時(shí)結(jié)合語(yǔ)音系統(tǒng)發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警，提醒工作人員，并且還會(huì)自動(dòng)停止給煤，以最快的速度、最少的影響范圍結(jié)束事故影響，如圖2所示。

圖2 報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備示意圖

3 方案研究分析

3.1 壓力研究分析

生產(chǎn)時(shí)旋流器的工作壓力包含正常工作壓力和旋流器二段入料口堵塞時(shí)的堵塞壓力。兩者大小都受當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的合介泵電機(jī)運(yùn)行頻率f、合介懸浮液密度ρ的影響，因此本次的主要研究對(duì)象就是合介泵電機(jī)運(yùn)行頻率f、合介懸浮液密度ρ與旋流器壓力的關(guān)系。

3.1.1 壓力采集

3.1.2 頻率f、密度ρ與壓力P之間的關(guān)系研究分析

根據(jù)液體流量公式：

式中：Q為流量；μ為流量系數(shù)，與閥門或管子的形狀材質(zhì)等有關(guān)；A為管子內(nèi)徑截面面積；P為管子內(nèi)安裝壓力傳感器處的壓力；ρ為流體的密度（合介懸浮液密度）。

由公式（1）可得知，管子內(nèi)的流量Q與壓力P、密度ρ的關(guān)系，但我們需要研究的壓力P與頻率f、密度ρ之間的關(guān)系，所以由公式①得到以下公式：

由式（2）得知，管道內(nèi)流體壓力P與管道內(nèi)流體流量 Q2、密度 ρ成正比，而 2（μA）2中的 A為固定值，所以2（μA）2可以作為一個(gè)常數(shù)，因此在研究頻率f、密度ρ與壓力P之間的關(guān)系時(shí)，2（μA）2就可以在不再進(jìn)行考慮，將可以得到以下等式：

式中：Q為流量；V為管道內(nèi)流體流速；A為管子內(nèi)徑截面面積。

由公式（4）得知，流量Q與管道內(nèi)流體的流速V正比；

由于低年級(jí)學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)及社會(huì)閱歷積累尚淺，示范就是一種有效的口語(yǔ)交際訓(xùn)練辦法。示范的案例就是一個(gè)交際的情境，讓孩子們分辨正確的或者是錯(cuò)誤的做法，并仿效正確的口語(yǔ)交際做法和習(xí)慣。

又因?yàn)榱魉賄與泵葉輪的轉(zhuǎn)速n成正比，且轉(zhuǎn)速：

式中：n為泵葉輪轉(zhuǎn)速；F為點(diǎn)擊運(yùn)行頻率；P為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。

因此，由以上公式（3）、（4）、（5）及泵葉輪轉(zhuǎn)速與流速之間的正比關(guān)系，可以得到以下等式：

因此，由式（70可得知，壓力P與電機(jī)運(yùn)行頻率f2、流體密度ρ成正比。

3.2 壓力曲線標(biāo)定

壓力曲線分為旋流器工作時(shí)是實(shí)時(shí)壓力曲線和旋流器二段入料口堵塞時(shí)的報(bào)警壓力曲線。

3.2.1 實(shí)時(shí)曲線

旋流器工作壓力實(shí)時(shí)曲線，是隨合介懸浮液密度和合介泵電機(jī)運(yùn)行頻率變動(dòng)所變動(dòng)的。本處采用一個(gè)量程0-1.0MPa的壓力變送器，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20mA的模擬信號(hào)傳輸至西門子S7-300 PLC的模擬量輸入模塊，然后通過MCGS組態(tài)環(huán)境與PLC之間進(jìn)行組態(tài)及程序編輯，利用MCGS組態(tài)換境的“實(shí)時(shí)曲線”功能，再加以參數(shù)設(shè)置，就能在MCGS運(yùn)行環(huán)境的界面上實(shí)時(shí)顯示旋流器工作壓力曲線。

3.2.2 報(bào)警曲線

旋流器二段入料口堵塞時(shí)的堵塞壓力隨合介泵電機(jī)運(yùn)行頻率f及合介懸浮液密度的不同是不同的，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況經(jīng)驗(yàn)看，其旋流器工作壓力比正常生產(chǎn)時(shí)的壓力突然增大0.02MPa（下面寫到的P3值）以上，即可判斷旋流器二段入料口堵塞。具體的報(bào)警曲線參數(shù)設(shè)置如下：

1）正常生產(chǎn)中調(diào)節(jié)合介泵電機(jī)運(yùn)行頻率及合介懸浮液密度（正常的洗選密度），使旋流器的工作壓力穩(wěn)定于旋流器額定工作壓力范圍的之內(nèi)，穩(wěn)定一定時(shí)間后，記下此時(shí)的電機(jī)運(yùn)行頻率f1、旋流器工作壓力P1、懸浮液密度 ρ1。

2）生產(chǎn)中記下幾個(gè)在上述電機(jī)運(yùn)行頻率下和密度附近發(fā)生旋流器二段入料口堵塞時(shí)壓力P2值，然后選取一個(gè)最低值即可，以P2-P1計(jì)算出堵塞時(shí)與正常生產(chǎn)時(shí)的差值P3，P3也可使用過程中再進(jìn)行優(yōu)化。

3）則此時(shí)的旋流器二段入料口堵塞時(shí)的報(bào)警壓力值P，可根據(jù)公式⑦計(jì)算：

式中：P為計(jì)算后生成的報(bào)警壓力值；P1、P3、f1、ρ1為為上述標(biāo)定數(shù)據(jù)時(shí)記下的值，P3可以根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整；f、ρ為正常生產(chǎn)中實(shí)時(shí)電機(jī)運(yùn)行頻率及合介懸浮液密度，在生產(chǎn)中由于電機(jī)運(yùn)行頻率和合介懸浮液密度都是會(huì)有所變動(dòng)，因此此處需輸入電機(jī)運(yùn)行頻率和合介懸浮液對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)地址，參數(shù)設(shè)定界面圖見圖 3）。

圖3 參數(shù)設(shè)定界面圖（d09、d10是參數(shù)數(shù)據(jù)地址）

圖4 壓力曲線圖

如圖4，細(xì)曲線代表實(shí)時(shí)工作壓力，是壓力傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在本MCGS系統(tǒng)中的32位浮點(diǎn)數(shù)地址是d22；粗曲線代表報(bào)警壓力曲線，其P=P3+P1(f/f1)2(ρ/ρ1)=0.02+0.179(f/42)2（ρ/1420）=0.02+0.179(d10/42)2*(d09/1420)，大約在 20∶30∶30 發(fā)生旋流器二段堵塞情況，其旋流器工作壓力立即觸及報(bào)警壓力曲線，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警及閃爍的紅色警示語(yǔ)“壓力超限”，在20:30:48就已停機(jī)處理，反應(yīng)處理速度非常快。

3.3 語(yǔ)音報(bào)警、警示語(yǔ)、自動(dòng)停止給煤

語(yǔ)音預(yù)警、閃爍的警示語(yǔ)、自動(dòng)停止給煤，作為旋流器二段入料口堵塞報(bào)警系統(tǒng)的最終輸出執(zhí)行環(huán)節(jié)，是對(duì)上述壓力傳感器信號(hào)輸入、系統(tǒng)計(jì)算、曲線比較的閉合。完成上述的報(bào)警壓力曲線標(biāo)定后，則語(yǔ)音報(bào)警、閃爍的警示語(yǔ)、自動(dòng)停止給煤都可以利用上述的報(bào)警壓力P值進(jìn)行腳本程序編輯。

3.3.1 語(yǔ)音報(bào)警

利用MCGS的“事件策略”中的“音響輸出”進(jìn)行程序編輯，當(dāng)滿足條件時(shí)，所選擇的語(yǔ)音報(bào)警片段就會(huì)從語(yǔ)音功放系統(tǒng)中的音響中響起（如圖5的事件策略屬性設(shè)置）

圖5 語(yǔ)音報(bào)警事件策略屬性設(shè)置

3.3.2 警示語(yǔ)、自動(dòng)停止給煤

同理，通過MCGS組態(tài)環(huán)境和PLC的程序編輯，其閃爍的紅色警示語(yǔ)“壓力超限”及自動(dòng)停止給煤都是在安于旋流器一段合介入料管道上的壓力傳感器檢測(cè)壓力超過設(shè)定的壓力報(bào)警值時(shí)，就會(huì)作出相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了一套有序的無壓三產(chǎn)品重介旋流器二段入料口堵塞報(bào)警系統(tǒng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過研究合介泵電機(jī)運(yùn)行頻率f、合介懸浮液密度ρ與旋流器工作壓力P之間的關(guān)系，明確了旋流器工作時(shí)的報(bào)警壓力曲線，滿足不同合介泵電機(jī)運(yùn)行頻率f及不同合介懸浮液密度ρ下實(shí)時(shí)智能檢測(cè)旋流器工作情況。當(dāng)旋流器二段入料口發(fā)生堵塞時(shí)，其旋流器二段入料口堵塞報(bào)警系統(tǒng)能及時(shí)的停止給煤，并發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警和閃爍的紅色警示語(yǔ)“壓力超限”，及時(shí)的提醒集控人員采取措施處理。杜絕了因集控人員麻痹疏忽不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)旋流二段入料口堵塞，而造成的大量原煤進(jìn)入精煤系統(tǒng)，保證了精煤質(zhì)量；杜絕了次生事故的發(fā)生，如原煤進(jìn)入精煤系統(tǒng)后量過大，造成精煤皮帶壓死、精煤離心機(jī)憋死等情況，有效的促進(jìn)了洗煤廠的安全生產(chǎn)，減少了經(jīng)濟(jì)損失。自從該系統(tǒng)的投入使用，得到廣大人員的一致好評(píng)，使集控系統(tǒng)更加的智能化、自動(dòng)化。