跳汰机自动化控制系统

摘要　用颗粒相对运动阻力替代传统的松散度表征分层状态。通过控制颗粒相对运动阻力，保证跳汰机按密度分层，同时也保证了浮标检测准确性和自动排料的可靠性，为煤质“自感知”奠定了基础。经煤质自感知系统将煤质进行模糊分类，结合操作经验库和跳汰机分选效果快速评估系统，不断自我总结完善操作经验，保证产品的质量和跳汰机分选效果，实现了跳汰机操作自动化。试验表明该机系统工作稳定，技术指标先进，性能可靠。
关键词　跳汰机　自动化

1　前　言
　　跳汰机是一种古老的分选设备，由于其具有分选效果好、工艺简单、加工成本低等优点，一直作为选煤的主选设备，并受到人们的重视，在实践中不断地加以改进和完善。国内外都把跳汰机操作自动化作为发展方向，由于跳汰机工艺性较强，影响因素多，参数检测困难等原因，目前跳汰机操作自动化水平仍停留在排料控制、给料控制、风压稳定等中低水平阶段。尤其在我国跳汰选煤所占比例最大，入选煤种杂、入料粒度范围宽（多为不分级入选）、煤质瞬时变化快，使跳汰机操作自动化更为困难，以至于一些进口跳汰机的原配自动化系统也不能发挥作用。
　　为此在“九五”期间将“自动化跳汰机研究”列入国家重点科技项目（攻关）计划，针对我国入选原煤的特点和选煤厂现状，对跳汰机操作自动化进行了研究和实践，并取得了初步成果。

2　实施对象SKTZD—14m²跳汰机及其主要部件
　　为实现跳汰机各主要参数的自动控制，跳汰机的结构必须保证各可调部件的灵活性和可靠性。
　　SKTZD—14m²跳汰机在采用U形空气室结构的同时，配以相应的透筛物收料斗，组成独立的跳汰机格室，这种结构的特点是：①跳汰机每段格室数可根据需要增减，段数也能很方便地组合。②结构简单，洗水流通区宽，安装和检修方便。③跳汰机下机体水容量小，支座负荷小。④空间高度低，水平衔接方便，便于跳汰机的更换、安装。
　　SKTZD—14m²跳汰机采用了漏斗仓式稳静排料方式，并增设了活动挡料板。在有效防止漏煤的同时增大了排矸粒度，最大过矸可达200mm。这种排料结构的特点是：装满物料的排料道内没有脉动水流，不会对产品分离造成不良影响；可防止漏煤和卡矸；可实现连续排料，排料体积量与排料轮转速成正比，可控性好。
　　SKTZD—14m²跳汰机采用了锥形滑阀，该阀吸取了盖板阀密封严，运动无阻碍和滑阀无背压，驱动力小的优点，动作更加可靠。中煤段采用进气面积在开启过程中从大到小，关闭时又从小到大然后关闭的变径阀，以满足床层不同时期风量的需求，提高分选精度，增加处理量。
　　SKTZD—14m²跳汰机采用了快速接头和耐高压、耐腐蚀的塑料管，使电磁阀和风阀安装、检修更为方便，大大减少了停机检修时间。还采用了高压风源集中过滤排污、自动加油装置。滤芯从5个减少到1个，而且不需人工放水排污，注油周期也从2～3天增加到1～2月，大大减少了跳汰机维护工作量，并可以节省维护费用。

3　SKTZD—14m²跳汰机自动化控制系统
　　SKTZD—14m²跳汰机自动化控制系统（图1）包括下列内容：①风、水、给煤、排料、周期等跳汰机主要参数控制系统；②跳汰机及其周边关联设备的自动启停系统；③跳汰机处理量优化控制系统；④入料煤质变化自感知系统；⑤能适应煤质和产品质量要求的指挥管理系统；⑥跳汰机分选效果快速评估系统。

图1　自动化跳汰机控制系统框图

　　系统实施方案如图2所示，采用了1台586工业控制微型计算机配以适量的智能A／D数据采集卡、智能I／O卡、D／A模拟量输出卡和部分辅助板卡来完成上述包括风阀控制和以日常三级快浮为基础的分选效果快速评估系统在内的全部控制和指挥管理工作。软件用基于WINDOWS95界面的V B5.0语言编程，界面友好，图示功能强，容易掌握，操作灵活方便。

图2　自动化跳汰机方施方案框图

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又相互影响，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—浮标所处层位的可靠性和准确性均依赖于分层效果。分层过程是煤和矸石、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（矸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、矸石量的相对情况，系统是可感知的，系统可根据矸石和中煤的相对排放量，粗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。
3.5　能适应煤质和产品质量要求的指挥管理系统
　　自动化跳汰机智能指挥管理系统的目的是根据原煤性质变化和分选效果情况，及时调整跳汰机运行参数，最大限度地避免跳汰机操作中不确定因素的扰动，使分选效果达到优化，进而实现无人操作。
　　自动化跳汰机，首先要保证物料精确地按密度分层，然后保证分离的精度。针对这两个方面，对自动化跳汰机智能指挥管理系统进行了较深入的研究。根据煤质模糊分类的结果，我们把入选原煤划分为9种，针对不同的煤质，跳汰司机采用不同的操作制度，对风、水、给料、排料、跳汰周期等各种因素进行必要的调整。自动化跳汰机智能指挥管理系统首先是一个专家系统，它能把跳汰司机的操作方案记录下来，对同一煤质的不同操作策略，借助于评估结果和数据库，按一定的原则进行综合、整理、排序，当跳汰机感知到相同煤质再次被给入时，再从库中提取相应的跳汰机操作参数。
3.6　跳汰机分选效果快速评估系统
　　自动化跳汰机可利用选煤厂日常生产检查的原煤和选后各产品三级的快速浮沉资料，对跳汰机采用当前策略，分选当前煤种的效果进行评估，并将评估结果和原数据库结果进行再统计，按新的统计效果的优劣进行再排序。
　　程序设计中，对需要录入的原始数据无量纲要求，既可以是百分数，也可以是重量值。在数据录入时，如果录入数据有误，系统会自动提示，录入完毕后，可以进行效果评估。由于采样的离散性，有时会得不到结果，系统会自动恢复上次的评估结果。

4　自动化跳汰机生产实践
　　自动化跳汰机于1998年5月在新汶矿业集团华丰矿选煤厂投入使用，至1998年11月正常运转半年多，累计生产精煤45万余t，设备正常运转时间累计达2500h以上。由于生产任务紧张，经常连续数天不停车检修。生产实践表明，该跳汰机性能好，故障率低，运行可靠；处理量大，洗选效率高，自动化程度高；采用计算机操作，界面美观，全部操作都可以在控制室内用计算机完成，简便易行，用户反映良好。从快浮、快灰情况来看，矸石带煤小于5％，通常为2％左右，经常小于1％，精煤灰分稳定率在95％以上，出厂精煤灰分批合格率达到100％。
　　从自动化跳汰机投入使用情况看，更换自动化跳汰机后，全厂精煤产率从74.14％提高到75.32％，提高了1.18个百分点，该台跳汰机的单机处量能力从168t/h提高到了230t/h，提高了36.90％。SKTZD自动化跳汰机分选精度高，分选华丰矿50—0mm原煤，中煤段和矸石段的I和Ep值如表1所示。

表1　工业性实验结果