畢業(yè)設(shè)計論文題目多臺浮選系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計摘要本課題設(shè)計以洗煤廠的浮選洗煤控制系統(tǒng)的工作原理為模型，使其用控制設(shè)備來自動控制進(jìn)行生產(chǎn)。設(shè)計的本系統(tǒng)主要是以PLC為核心來進(jìn)行的。本設(shè)計的控制方案采用PID閉環(huán)控制規(guī)律，PID控制是工業(yè)控制中普遍應(yīng)用且較為成熟的一種控制規(guī)律，在大量的實際應(yīng)用中取得了明顯的控制效果。在控制過程中PLC對浮選槽內(nèi)的煤漿濃度和流量進(jìn)行實時檢測，并根據(jù)PID的控制規(guī)律進(jìn)行運算，從而確定起泡劑的給定量。除了對浮選洗煤控制系統(tǒng)實現(xiàn)PID閉環(huán)控制外，本控制方案還解決了多輸入輸出量的控制以及多臺電動機啟動時沖擊電流大的問題，為了解決多輸入輸出量的控制的問題，本控制方案的核心控制器選用擇了西門子公司生產(chǎn)的S7300CPU314系列PLC，該型號的PLC可供擴展的輸入輸出信號模塊達(dá)32塊至多，該型號的PLC為實現(xiàn)多變量的大規(guī)模生產(chǎn)任務(wù)的控制，其結(jié)構(gòu)采用了模塊化結(jié)構(gòu)，各種功能的信號模塊可以很方便的進(jìn)行擴展；在解決多臺電動機啟動時沖擊電流大的問題上，電動機在啟動時對其繞組采用星形/三角形接法換接啟動，除了采用星形/三角形接法換接啟動外，多臺電動機之間的啟動還采用了分時啟動的啟動方法，這樣就可以減小電流的沖擊作用。其啟動的控制由PLC的程序?qū)崿F(xiàn)。PLC對控制過程中可能出現(xiàn)的故障現(xiàn)象實現(xiàn)自動監(jiān)控并在出現(xiàn)故障發(fā)出報警信號，以便提醒工作人員進(jìn)行及時的檢修，排除故障，保證生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。本設(shè)計在文中給出了詳盡的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，對其中涉及的傳感器的選擇及工作原理一并做了詳盡的介紹，并對該浮選控制系統(tǒng)的工作原理做了詳細(xì)的說明。此外PLC的輸入輸出模塊上都留有相應(yīng)的未用端口，以備以后系統(tǒng)的升級改造。關(guān)鍵詞浮選洗煤PLCS7300CPU314PID閉環(huán)控制硬件軟件所有下載了本文的注意本論文附有CAD圖紙和完整版說明書，凡下載了本文的讀者請留下你的聯(lián)系方式（QQ郵箱），或加我百度用戶名QQ，我把圖紙發(fā)給你。最后，希望此文能夠幫到你ABSTRACTTHESUBJECTOFDESIGNFLOTATIONCOALWASHERYCOALWASHINGCONTROLSYSTEMWORKSASAMODEL,TOAUTOMATICALLYCONTROLTHEUSEOFCONTROLEQUIPMENTFORPRODUCTIONTHISSYSTEMISMAINLYDESIGNEDASTHECOREFORTHEPLCTHEDESIGNOFTHECONTROLSCHEMEUSINGPIDCLOSEDLOOPCONTROLLAW,PIDCONTROLISWIDELYUSEDININDUSTRIALCONTROLANDMOREMATUREINACONTROLLAW,INALARGENUMBEROFPRACTICALAPPLICATIONSHAVEACHIEVEDREMARKABLECONTROLEFFECTPLCINTHECONTROLPROCESSONTHEFLOTATIONTANKANDFLOWOFCOALSLURRYCONCENTRATIONOFREALTIMEDETECTION,PIDCONTROLLAWBASEDONTHEOPERATIONTODETERMINETHEFOAMINGAGENTTOQUANTIFYINADDITIONTOTHEFLOTATIONOFCOALWASHINGCONTROLSYSTEMPIDLOOPCONTROL,THISCONTROLSCHEMEALSOADDRESSESANUMBEROFINPUTANDOUTPUTVOLUMECONTROLANDTHEIMPACTOFMULTIPLEMOTORSTARTINGCURRENTISABIGPROBLEMWHEN,INORDERTOSOLVETHEMULTIINPUTOUTPUTCONTROLPROBLEM,THECONTROLOPTIONALCORECONTROLLERSELECTSTHEPROGRAMPRODUCEDBYSIEMENSS7300CPU314SERIESPLC,THEPLCMODELINPUTANDOUTPUTSIGNALSFOREXPANSIONMODULESUPTO32UPTOTHEPLCMODELTOACHIEVEMULTIVARIABLECONTROLOFLARGESCALEPRODUCTIONTASKSTHESTRUCTUREMODULARSTRUCTURE,THEVARIOUSFUNCTIONSOFSIGNALMODULESCANBEEXPANDEDEASILYINADDRESSINGTHEIMPACTOFMULTIPLEMOTORSTARTINGCURRENTISLARGEWHENTHEISSUE,WHENITSTARTSTHEMOTORWINDINGSARESTAR/DELTACONNECTIONCHANGEBYSTART,INADDITIONTOSTAR/DELTACONNECTIONFORACCESSSTARTS,THESTARTBETWEENMULTIPLEMOTORSALSOUSESTIMESHARINGSTARTSTARTMETHOD,SOTHATYOUCANREDUCETHEIMPACTOFTHECURRENTROLETHESTARTOFTHECONTROLBYTHEPLCPROGRAMIMPLEMENTATIONPLCTOCONTROLTHECOURSEOFSYMPTOMSMAYOCCURAUTOMATICALLYMONITORANDANALARMSIGNALINTHEEVENTOFFAILURETOTIMELYREMINDEROFTHEMAINTENANCESTAFF,TROUBLESHOOTINGTHISPAPERPRESENTSTHEDESIGNOFHARDWAREDESIGNANDSOFTWAREDETAILEDDESIGN,THECHOICEOFSENSORSINVOLVEDANDWORKINGPRINCIPLEOFADETAILEDDESCRIPTIONBEDONE,ANDTHEFLOTATIONCONTROLSYSTEMFORADETAILEDDESCRIPTIONOFTHEPRINCIPLEINADDITIONPLCINPUTANDOUTPUTMODULESARELEFTUNUSEDPORTSCORRESPONDINGTOPREPAREFORFUTURESYSTEMUPGRADESKEYWORDSFLOTATIONWASHINGPLCS7300CPU314PIDCLOSEDLOOPCONTROLHARDWAREANDSOFTWARE目錄摘要IABSTRACT2第1章緒論111課題的提出及意義112選煤廠選煤分類及簡介113浮選洗煤技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢4第2章浮游選煤721概述722浮游選煤原理823浮選藥劑及其作用924浮選效果的評定11第3章浮選系統(tǒng)的控制方案1831浮選控制系統(tǒng)簡介1832主要器件的選擇介紹20第4章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計2341S7300系列PLC概況2342控制系統(tǒng)的I/O點及地址分配2643電氣控制系統(tǒng)原理圖4144PLC的I/O端子接線圖43第5章控制系統(tǒng)程序設(shè)計4551電動機控制4552浮選機工作臺數(shù)控制5153起泡劑的PID閉環(huán)控制5454故障報警控制56第6章總結(jié)與展望58致謝59參考文獻(xiàn)60第1章緒論11課題的提出及意義隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，能源危機日益突顯出來，而煤炭作為主要的工業(yè)能源在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。尤其是在我國現(xiàn)階段，煤炭更是最主要的工業(yè)能源，煤炭在我國能源生產(chǎn)和消耗中均占75左右，在未來3050年內(nèi)，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)不會改變，煤炭的能源基礎(chǔ)地位不會改變。洗選煤是提高煤炭質(zhì)量的重要手段，是煤炭工業(yè)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，原煤經(jīng)過洗選加工，生產(chǎn)出高質(zhì)量、品種適合各部門需要的商品煤，用戶使用合適的商品煤可以降低煤耗10；原煤經(jīng)過洗選，可以降低6070的灰分和脫除5070的黃鐵礦，減少燃煤對大氣的污染，有著十分顯著的環(huán)境效益。另外原煤經(jīng)過洗選，除去雜質(zhì)后，其利用率得到提高，燃燒更充分，經(jīng)濟效益更明顯。在20世紀(jì)30年代，國內(nèi)外的煤炭分選基本以跳汰為主。90年代以來，隨著煤炭市場供求關(guān)系的變化，用戶為提高生產(chǎn)效率和減少燃煤對環(huán)境的污染，對煤炭的質(zhì)量要求不斷提高，再加上受石油、天然氣激烈競爭的影響，促使選煤工業(yè)向高效率，低成本方向快速發(fā)展。浮選法選煤技術(shù)因為分選精度高，操作方便，生產(chǎn)效率高而成為煤炭工業(yè)中的主要選煤方法，在主要產(chǎn)煤國家，浮選法選煤技術(shù)已占據(jù)選煤行業(yè)中的主導(dǎo)地位。煤炭作為我國的主要能源，產(chǎn)量已經(jīng)占世界第一位，但原煤入選比重僅占68，采用浮選法洗煤的比重僅占各種選煤方法的45，由此可見，中國急需發(fā)展選煤技術(shù)，尤其急需發(fā)展浮選洗煤技術(shù)。另外，隨著采煤機械化程度的提高和地質(zhì)條件的變化，原煤質(zhì)量有逐漸惡化的趨勢。特別是隨著近些年來社會和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界范圍內(nèi)的能源危機和環(huán)境污染日益突顯出來。因此生產(chǎn)高質(zhì)量的煤勢在必行。而浮選技術(shù)由于其獨到的特點而得到廣泛應(yīng)用，因此發(fā)展浮選技術(shù)，提高煤炭質(zhì)量是個重要的課題。12選煤廠選煤分類及簡介大型、高效、耐用的選煤設(shè)備，已成為現(xiàn)代化煤礦產(chǎn)資源不可缺少的一部分。西方國家對煤焦精煤的灰粉要求是。美國規(guī)定電站不準(zhǔn)使用硫粉超過的動力煤。因此，無論是煉焦煤還是動力煤，都必須進(jìn)行洗選或篩分。德、英、法、日等國原煤幾乎全部入選，美國不入選的原煤是低灰粉的動力煤，但也都進(jìn)行篩分，用選擇性破碎機除去大塊矸石。目前跳汰機和重介質(zhì)分選機的最大處理能力均已達(dá)噸時，最大浮選機為噸時。德國海里希羅伯特礦新建洗煤廠，采用組合洗選系統(tǒng)，即每道工序只用一套大型設(shè)備，沒有備用，使整個流程大大簡化。主要設(shè)備只用一臺塊煤跳汰機和一臺專煤跳汰機以及一臺噸時離心脫水機。用跳汰機選煤現(xiàn)仍占主要地位。德國在引進(jìn)日本高桑式篩下空氣跳汰機基礎(chǔ)上研制成功的巴塔克型跳汰機，處理煤的分選指標(biāo)與重介質(zhì)選煤不相上下。重介質(zhì)選煤則流程簡單，占地面積小，選精煤回收率高，美、法、波、澳、捷等國多用重介選。采用大直徑重介質(zhì)旋流器作主選設(shè)備，原煤破碎到毫米以下。因環(huán)保要求，對煤泥水處理十分重視。法國選煤廠已基本實現(xiàn)洗水閉路循環(huán)。處理方法一般是先加凝聚劑濃縮，再用壓濾機脫水。同時，選煤廠自動化已進(jìn)入全廠工藝過程集中控制階段。下面我們對各個選煤方法介紹其特點1跳汰選煤在垂直脈動的介質(zhì)中按顆粒密度差別進(jìn)行選煤的過程叫跳汰選煤。跳汰選煤所用的介質(zhì)為水或空氣，個別也用重懸浮液。以水作分選介質(zhì)的叫水力跳汰，以空氣作分選介質(zhì)的叫風(fēng)力跳汰，以重懸浮液作分選介質(zhì)時叫重介跳汰。選煤生產(chǎn)中，以水力跳汰用得最多。跳汰選煤是國內(nèi)外選煤方法中應(yīng)用最多的一種，我國采用跳汰法分選的原煤量約占入選原煤量的56跳汰法適宜處理易選和中等可選性煤，分選粒度范圍較寬，上限可達(dá)100MM，下降可至05MM。跳汰選煤由于工藝流程簡單、設(shè)備操作維修方便、處理能力大且有足夠的分選精度，在煤炭分選中占有十分重要的地位。全世界每年入選的煤炭中，有50多是采用跳汰機處理，我國跳汰選煤占全部入選原煤量的70左右。另外，跳汰選煤處理的粒度級別較寬，既可不分級入選，也可分級入選。跳汰選煤的適應(yīng)性較強，除非極難選煤，均可優(yōu)先考慮采用跳汰的方法處理。2重介質(zhì)選煤在密度大于1G/CM3的介質(zhì)中，按顆粒密度的差異進(jìn)行選煤，叫重介質(zhì)選煤或重介選煤。重介質(zhì)選煤的基本原理是阿基米德原理，即浸沒在重介質(zhì)中的顆粒受到的浮力等于顆粒所排開的同體積的介質(zhì)重量。選煤所用的重介質(zhì)有重液和重懸浮液（簡稱懸浮液）兩類。有機溶液（如四氯化碳、三溴甲烷、苯、二甲苯）和無機鹽水溶液（如氯化鋅水溶液、氯化鈣水溶液）屬于重液，它們是穩(wěn)定介質(zhì)，放置很長時間能保持自己的物理性質(zhì)。懸浮液是固體粒子和水的混合物，靜置后粒子即下沉，使懸浮液密度上、下不一致，為不穩(wěn)定介質(zhì)。重液價格高、不易回收，多數(shù)還有毒性或腐蝕性，所以沒有在工業(yè)上使用，只在實驗室中做煤炭浮沉試驗用。目前，國內(nèi)外普遍采用磁鐵礦粉水配制的懸浮液作選煤用的重介質(zhì)。這種懸浮液可以配制成需要的密度，而且容易凈化回收。重介質(zhì)選煤的主要優(yōu)點是分選效率高于其他選煤方法；入選粒度范圍寬，分選機的入料粒限為10006MM，旋流器為80015MM；生產(chǎn)控制易于自動化。重介選煤的缺點是工藝復(fù)雜，生產(chǎn)費用較高；設(shè)備磨損快，維修量大。3浮游選煤煤泥浮選是以煤和矸石顆粒表面性質(zhì)的差異為依據(jù)而進(jìn)行的分選過程，其目的是獲得05MM的低灰精煤。煤泥以礦漿的形式給入攪拌器，將其配成適當(dāng)?shù)臐舛龋瑫r加入適量的浮選藥劑進(jìn)行充分的攪拌。攪拌后的煤漿進(jìn)入浮選機，由于浮選機中攪拌機構(gòu)的充氣作用，在礦漿中產(chǎn)生大小不等的大量氣泡。吸附了藥劑的疏水性煤粒和氣泡粘附在一起，浮升到礦漿液面聚集成礦化泡沫層，由刮泡器刮取成為浮選精煤煤漿；而親水性的矸石顆粒則不能粘附到氣泡上而留在礦漿底部成為浮選尾煤。煤泥浮選是在固（煤泥）、液（水）和氣（氣泡）三相界面上進(jìn)行的。這一過程的關(guān)鍵是礦物表面性質(zhì)具有差異；礦漿中析出大量穩(wěn)定而細(xì)小的氣泡；固體顆粒與氣泡碰撞的結(jié)果是低灰分煤粒粘附在氣泡上被浮到礦漿的表面，高灰分的矸石顆粒則不能粘附在氣泡上而遺留在礦漿中。在浮選過程中，氣泡是分選的媒介，它同時又是精煤顆粒的運載工具。由于每一種選煤方法都有其優(yōu)缺點，根據(jù)不同選煤需求來確定選煤方法，細(xì)分方式通常是煤粒的大小，重介分選在難選煤或極難選煤洗選中比跳汰分選精度高回收率也高是事實，但對易選煤或極易選煤兩種工藝沒有多大區(qū)別。最重要的應(yīng)當(dāng)看所采用的選煤工藝是否適合入選原煤的煤質(zhì)特性，是否能實現(xiàn)用戶所要求的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。對小于05MM以下的細(xì)粒級煤泥最有效的分選方法是浮游選煤法?？傊?，選煤工藝確定的正確與否是選煤廠設(shè)計的核心問題。煤質(zhì)分析的是否透徹、原煤特性及產(chǎn)品市場定位把握的是否準(zhǔn)確又是選煤工藝合理確定的關(guān)建，是搞好選煤工藝設(shè)計必須引起足夠重視的問題。只有做好以上兩項基礎(chǔ)工作，才有可能實現(xiàn)設(shè)計的最終目標(biāo)獲取最佳經(jīng)濟效益和社會效益。13浮選洗煤技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國際上的大型選煤廠普遍采用單槽容積100M3的浮選機，而我國一般在20M3左右，與國際先進(jìn)水平相比存在著較大的差距，不能滿足我國礦山建設(shè)現(xiàn)代化、大型化的需求，造成了我國選礦廠中超大型浮選設(shè)備被國外廠家壟斷的局面。國內(nèi)選礦廠為了完成改、擴建工程，不得不接受國外廠商高昂的設(shè)備報價，造成基建投資費用大幅增加，極大地影響了企業(yè)的經(jīng)濟效益。研制開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型高效浮選設(shè)備，是我國礦物加工業(yè)的迫切需要。另外隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對煤炭加工業(yè)所提供的精煤的質(zhì)量和數(shù)量的要求不斷提高，以及煤炭資源品位日趨貧乏、成分復(fù)雜的現(xiàn)狀和未來趨勢，研發(fā)先進(jìn)的浮選技術(shù)成為我國煤炭加工業(yè)的迫切需要。然而先進(jìn)的浮選技術(shù)一直以來都被國外所壟斷，我國科技人員從60年代起開始對浮選設(shè)備的研究，到現(xiàn)在已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步。田莊洗煤廠自主研發(fā)，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的雙流態(tài)微泡浮選機已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)中并取得了明顯的經(jīng)濟效益，打破了國外大型浮選機在國內(nèi)的壟斷地位，縮小了與國際先進(jìn)水平的差距。隨著科技水平的提高，選煤技術(shù)的發(fā)展以及用戶對煤炭質(zhì)量的要求提高，浮選機將朝著容積更大，自動化程度更高的方向發(fā)展。1國外浮選控制技術(shù)現(xiàn)狀由于國外傳感器和計算機技術(shù)的領(lǐng)先，使得國外煤泥浮選過程的控制出現(xiàn)得比國內(nèi)要早，水平也較高。在這個領(lǐng)域里，處于領(lǐng)先技術(shù)水平的國家主要是澳大利亞、美國和德國。這些國家已經(jīng)開始由定值控制轉(zhuǎn)入使用在線測灰裝置的優(yōu)化控制，控制策略也由PID控制轉(zhuǎn)入模糊邏輯控制，下面的實例反映了國外關(guān)于煤泥浮選控制的先進(jìn)水平。1984年，由澳大利亞昆士蘭大學(xué)JULIUSKRUTTSCHNITT礦物研究中心JKMRC和UTAH發(fā)展有限公司合作開發(fā)了一種能夠測量煤漿灰分和固體含量的在線分析儀ASHSCAN，并于1985年1月應(yīng)用于PEAKDOWNS選煤廠的粗粒浮選單元的自動控制中，控制系統(tǒng)原理如圖1所示。它是根據(jù)ASHSCAN在線測得的浮選入料、精煤和尾煤流的灰分及固體含量，分別調(diào)整加藥量、浮選機液位和真空過濾機轉(zhuǎn)速3個回路的設(shè)定值。煤漿液體檢測傳感器安裝于浮選機第3室，通過PI調(diào)節(jié)器控制尾煤的排放量，以此來穩(wěn)定液位。這套控制系統(tǒng)的使用效果不僅使精煤灰分和固體含量更加穩(wěn)定，而且使浮選效益提高了10以上。2國內(nèi)浮選控制技術(shù)現(xiàn)狀我國煤泥浮選工藝參數(shù)的自動控制起步較晚，和國外相比，大約落后十多年。由于沒有煤漿測灰儀，我國仍停留在定值控制的水平上。1982年，淮南礦業(yè)學(xué)院與淮南礦務(wù)局望峰崗選煤廠結(jié)合，利用單板機設(shè)計的PID調(diào)節(jié)器，首次在國內(nèi)實現(xiàn)了浮選入料濃度和加藥量的自動控制，獲得了能降低浮選藥劑消耗，提高精煤產(chǎn)率的效果。經(jīng)過多年的推廣應(yīng)用與改進(jìn)，許多選煤廠也已經(jīng)裝備了這種控制系統(tǒng)，并成為我國煤泥浮選自動控制的基本模式。1988年和1989年煤炭科學(xué)研究總院唐山分院又相繼研究成功了FC和FC型浮選工藝參數(shù)測控系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)用單片機作控制器，解決了小流量浮選藥劑的自動計量和分散多點添加技術(shù)，加藥量不但自動跟蹤干煤泥量，同時也自動跟蹤入浮煤漿濃度，使浮選藥劑添加量更加合理，精度大大提高。1991年由煤炭科學(xué)研究總院北京煤化學(xué)研究所為株洲選煤廠設(shè)計的浮選過程工藝參數(shù)控制系統(tǒng)，它主要有4種功能，合理控制入料流量的大小和穩(wěn)定值；合理控制入浮濃度的大小和穩(wěn)定值；根據(jù)干煤泥的變化，控制浮選機各加藥點的給藥量；保持浮選液面的穩(wěn)定和合適高度。采用PID調(diào)節(jié)實現(xiàn)定值控制，通過對入浮濃度、流量、浮選機液位和給藥量各參數(shù)進(jìn)行綜合控制，來保證浮選過程和工藝參數(shù)的穩(wěn)定。我國所有的這類控制系統(tǒng)對浮選工藝參數(shù)的控制均采用定值控制方式，所使用的控制算法為PID調(diào)節(jié)。浮選工藝過程的定值控制在一定程度上能降低浮選藥劑耗量、提高精煤回收率，但入浮濃度設(shè)定值、流量設(shè)定值以及每噸干煤泥藥耗及配比的確定，沒有合理的理論推導(dǎo)方法，只能靠經(jīng)驗和實驗來確定，同時各個選煤廠因煤質(zhì)特點和所使用的浮選藥劑不同，這些控制量也有所不同。如何根據(jù)煤質(zhì)的變化和環(huán)境的改變，及時改變這些設(shè)定值以獲得最佳的浮選效果是一個值得研究的課題，目前有關(guān)這方面的報道甚少。3我國浮選控制技術(shù)面臨的問題我國已有的浮選控制系統(tǒng)在控制裝置、檢測元件和執(zhí)行機構(gòu)等方面比較落后，有待于更新和提高。在加藥裝置方面，現(xiàn)有的煤泥浮選控制系統(tǒng)多采用電磁閥和齒輪泵，實踐證明，效果和可靠性極差，但對于微流量藥劑的計算和控制在化工行業(yè)出現(xiàn)了精密計量泵，使用效果較好，在株洲選煤廠和淮北選煤廠已開始應(yīng)用。對于煤漿液位控制，我國應(yīng)用的極少，因為液位的調(diào)整沒有依據(jù)，除此之外，現(xiàn)場用于升降尾煤閘板的電動執(zhí)行機構(gòu)，不論是手動還是自動，很難正常運行，因此需要開發(fā)新的執(zhí)行裝置。過去開發(fā)研制的浮選工藝參數(shù)控制系統(tǒng)由于當(dāng)時的軟硬件技術(shù)條件限制，使得可靠性較差。選煤廠的浮選控制系統(tǒng)應(yīng)該隨著上述所談到的新技術(shù)、新儀表的出現(xiàn)和發(fā)展而不斷改進(jìn)。與國外相比，通過實例對比可以看出，我國煤泥浮選控制技術(shù)落后的原因主要表現(xiàn)在傳感器主要是煤漿測灰儀和控制策略兩方面上。雖然我國在同位素測灰方面的研究已經(jīng)很深入，從70年代至今，國產(chǎn)測灰儀已超過50臺，但多為離線式，所測量的煤樣也僅限于原煤或最終精煤，而迄今為止，還沒有我國自行設(shè)計的成功應(yīng)用于現(xiàn)場的煤漿測灰儀的報道。這也是發(fā)展我國煤泥浮選控制技術(shù)的主要障礙。但在這方面，國外已經(jīng)相當(dāng)成熟。4煤泥浮選工藝參數(shù)控制的發(fā)展方向在計算機結(jié)構(gòu)和檢測儀器的技術(shù)特征達(dá)到要求后，控制系統(tǒng)的技術(shù)水平則主要取決于控制策略，我國煤泥浮選控制策略的發(fā)展經(jīng)歷了兩個階段，即經(jīng)典控制策略和以模型為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制策略，但是它們的理論基礎(chǔ)是要求控制對象精確的數(shù)學(xué)模型。第2章浮游選煤21概述在充氣的煤漿中，依據(jù)顆粒表面潤濕性分選煤泥，叫浮游選煤。簡稱浮選。選煤廠通常把顆粒在05MM以下的濕煤叫做煤泥。煤泥的來源有兩個一是人選原煤中所含，即開采和運輸過程中產(chǎn)生的，稱為原生煤泥；一為選煤過程中粉碎和泥化產(chǎn)生的，稱為次生煤泥。煤泥的數(shù)量與煤、矸的易碎程度有關(guān)。一般原生煤泥占入選原煤的1020,次生煤泥占入選原煤的510，兩者合計約占1530。這些煤泥被洗選產(chǎn)品帶走約35，其余留在煤泥水中。為了從大量的煤泥中選出精煤，提高精煤產(chǎn)率，增加經(jīng)濟收益，選煤廠廣泛產(chǎn)用浮選方法分選煤泥。煤泥浮選需要的基建投資和生產(chǎn)費用都較重選高。因此，在選煤過程中應(yīng)盡量發(fā)揮重選設(shè)備和脫水設(shè)備的效能，使05MM以上的煤粒得到分選并不進(jìn)入浮選系統(tǒng)，控制浮選入料上限。選煤是利用煤炭于其他礦物的不同物理、物理化學(xué)性質(zhì)，在選煤出內(nèi)用機械方法除去原煤中的雜質(zhì)，把它分成不同質(zhì)量、規(guī)格的產(chǎn)品，以適應(yīng)不同用戶的要求。選煤的目的是（1）除去原煤中的雜質(zhì)，降低灰分和硫分，提高煤炭質(zhì)量，適應(yīng)用戶的需要。（2）把煤炭分成不同質(zhì)量、規(guī)格的產(chǎn)品，適應(yīng)用戶需要，以便有效合理地利用煤炭，節(jié)約用煤。（3）煤炭經(jīng)過細(xì)選，矸石可以就地廢棄，可以減少無效運輸，同時為綜合利用煤矸石創(chuàng)造條件。（4）煤炭經(jīng)過洗選可以除去大部分的灰分和5070的黃鐵礦硫，減少燃煤對大氣的污染。它是潔凈煤技術(shù)的前提。22浮游選煤原理在充氣的礦漿中，礦粒與氣泡相互碰撞。煤粒表面潤濕性差，碰撞時粘附到氣泡上，被氣泡帶至水面，形成狂化泡沫。矸石表面潤濕性好，碰撞時不與氣泡附著，仍留在礦漿中。將泡沫和礦漿分別排出，即可得到精煤和尾煤。一、礦物表面的潤濕性在日常生活中，滴一滴水在玻璃上，水很快展開，附著在玻璃表面上；滴一滴水在石蠟上，石蠟表面上不沾水，水成圓球狀。礦物表面沾水的這種性質(zhì)叫做礦物表面的潤濕性。易被水潤濕的礦物稱為親水性礦物，不易被水潤濕的礦物稱為疏水性礦物。圖31是水滴和氣泡在不同礦物表面的鋪展情況。圖中礦物的上方是空氣中水滴在礦物表面的鋪展形式，從左到右，隨著礦物親水程度的減弱，水滴越來越難于鋪開而成為球形；圖中礦物下方是水中氣泡在礦物表面附著的形式，氣泡的形狀正好與水滴的形狀相反，從右向左，隨著礦物表面親水性的增強，氣泡變?yōu)榍蛐?。顯然，在水中親水性的礦物難與氣泡附著，可浮性差；疏水性的礦物易與氣泡附著，可浮性好。圖31礦物表面的潤濕現(xiàn)象二、礦粒與氣泡的粘附在浮選機中煤粒與氣泡相互粘附主要有兩種方式。1顆粒與氣泡相互碰撞這種粘附可以分為3個階段顆粒與氣泡接觸；顆粒與氣泡間的水化層破裂；顆粒與氣泡固著。顆粒與氣泡接觸是其相互粘附的前提。因此，在浮選機中要攪拌礦漿充入大量氣泡，加強顆粒與氣泡的接觸機會。顆粒與氣泡間水化層的破裂是選擇性粘附的關(guān)鍵。疏水性很強的煤粒，表面水化層很薄，碰撞接觸時易于破裂，與氣泡粘附。矸石則相反。煤粒與氣泡附著后，由于各種力的作用（其他顆粒與氣泡的撞擊力、浮選機的攪拌力、顆粒本身的重力等），附著的顆粒還可能會脫落，特別是疏水性不強、附著不牢的煤粒。為此，在氣泡上浮過程中礦漿應(yīng)保持穩(wěn)定。2氣體在煤粒表面析出氣體在水中的溶解度與壓力有關(guān)。當(dāng)壓力突然降低時，就以微泡的形式從水中析離出來。實驗表明，微泡最容易在疏水性強的固體表面生成。浮選機葉輪旋轉(zhuǎn)受到壓力，一部分空氣溶解在礦漿中。這部分礦漿被葉輪甩出后，壓力恢復(fù)正常（浮選機其他部分比葉輪附近壓力低），空氣就從煤漿中析出。這利于煤粒選擇性地粘附氣泡。煤粒表面聚集微泡后，易于大氣泡附著。在浮選過程中，氣泡礦化后形成結(jié)合體，其形式大致有以下幾種，如圖32所示圖32A為幾個煤粒粘附在一個氣泡上；圖32B為煤粒與氣泡形成絮團；圖32C為若干氣泡粘附在一個煤粒上。圖32礦化氣泡23浮選藥劑及其作用浮選藥劑是實現(xiàn)浮選過程的重要手段，組成浮選藥劑的物質(zhì)，按其分子結(jié)構(gòu)可以分成為極性、非極性和雜極性（復(fù)極性）3種一、起泡劑在浮選過程中控制氣泡大小和維持泡沫穩(wěn)定性的浮選藥劑叫做起泡劑。通常使用雜極性的有機化合物作為起泡劑。在純水中氣泡是不穩(wěn)定的，以為在它們相互接觸時便立即合并，形成較大的氣泡，上升到水面時就立刻破滅。當(dāng)水中有起泡劑分子時，起泡劑的雜極性分子是以其極性部分向著水層，其非極性烴鏈在空氣中或氣泡內(nèi)。分子的極性部分是親水的，它與水分子強烈地吸引著。當(dāng)附有起泡劑單分子層的氣泡相互接觸時，由于它們之間有兩層起泡劑單分子層所形成的水層相隔，并被兩層起泡劑分子的極性部分保持著，因而氣泡在水中不容易合并，在水面上也不容易破沒。所以，起泡劑能使泡沫穩(wěn)定，并提高泡沫的牢固性。水中有起泡劑存在時，不僅能使泡沫穩(wěn)定，而且還能促進(jìn)空氣分裂成小氣泡。因為起泡劑能夠在水氣界面上降低表面張力，減小氣泡的分裂阻力。上述兩種作用在浮選過程中有重要意義。因為只有當(dāng)生成的泡沫穩(wěn)定時，浮選才能實現(xiàn)；氣泡越小，所形成的氣泡總面積越大（等量空氣時），有更多的氣泡表面附著浮游礦物顆粒。二、捕收劑提高煤粒表面疏水性的藥劑稱為捕收劑，它具有捕收煤粒的作用。浮選煤炭時通常采用非極性碳?xì)浠衔?，如煤油、柴油等。非極性捕收劑具有很好的疏水性，不溶于水，對煤粒表面有良好的附著能力。這類藥劑在煤粒表面上附著是物理吸附，即分子力作用的結(jié)果。非極性油類藥劑雖不溶于水，但由于強烈的攪拌作用，被粉碎成許多小油滴而分散在礦漿中。這些小油滴一經(jīng)與煤粒相遇，就附著在煤粒表面。煤粒的疏水性越強，油滴在其表面附著的可能性越大，附著得越快、越多、越牢固。非極性的小油滴不與親水性的矸石附著。因此，捕收劑的捕收是有選擇性的。在浮選過程中非極性油類捕收劑的作用可歸納為3方面油滴附著在煤粒表面，提高疏水性；油滴在煤粒、氣泡、水三相接觸周邊上形成油環(huán)，提高氣泡與煤粒的沾著強度；油滴與煤粒、氣泡形成絮團，提高浮游能力。24浮選效果的評定一、浮選機的處理能力評價浮選機處理能力的指標(biāo)是每小時每立方米容積處理干煤泥的質(zhì)量，3HMT即單位容積處理量。浮選機的處理能力與礦漿的濃度及所需的浮選時間等因素有關(guān)，每臺浮選機按干煤泥計的處理能力用下式計算TRNVKQ160式中Q浮選機地處理能力，；臺）HTN每臺浮選機的室數(shù)，室；V浮選機每室的容積，；3MK浮選機的容積利用系數(shù)，選煤時K值一般取065075；R給料礦漿的液固化；煤泥的真密度；T浮選時間，MIN浮選時間可通過實測浮選機入料礦漿量計算求得MNVKT60式中M浮選機入料礦漿量，（其他符號同前）。H3求得處理能力后，按下式計算單位容積處理量NVQQ式中Q單位容積處理能力，（其他符號同前）。3HMT浮選機實際處理能力是通過實際測定求得的。對單臺浮選機來說，可用電磁流量計測定入料礦漿量，取樣測定濃度，求得干煤泥量。二藥劑消耗藥劑消耗是指入浮每噸干煤泥所用的各類藥劑的總和。計算公式為KQBW21式中B浮選1T干煤泥的藥劑消耗，；TKG實際處理的干煤泥量，T；KQ處理噸干煤泥時相應(yīng)的捕收劑和起泡劑耗用量，KG。1W2K三浮選工藝效果洗煤廠常以浮選精煤率表征煤泥浮選的操作效果。1988年發(fā)布的煤炭部標(biāo)準(zhǔn)MT1801988選煤廠浮選工藝效果評定方法規(guī)定采用浮選精煤數(shù)量指數(shù)不同煤之間的浮選工藝效果；采用浮選完善指標(biāo)評定同一煤在不同條件下的分選完善程度。1浮選精煤產(chǎn)率指浮選精煤數(shù)量（）占浮選入料量（）的百分?jǐn)?shù)（）。即KQ0Q10R由于在生產(chǎn)過程中浮選精煤和入料的計量有困難，所以浮選精煤產(chǎn)率通常是按浮選入料，精煤和尾煤的灰分量平衡法計量的。即102AR式中入料精煤尾煤的干基灰分。012浮選精煤數(shù)量指數(shù)指浮選精煤灰分相同時，實際浮選精煤產(chǎn)率與標(biāo)準(zhǔn)浮選精煤產(chǎn)率之比的百分?jǐn)?shù)。即10JRIIF式中浮選精煤數(shù)量指數(shù)，；IF實際浮選精煤產(chǎn)率，；JR精煤灰分相同時，標(biāo)準(zhǔn)浮選精煤產(chǎn)率，。J標(biāo)準(zhǔn)浮選精煤產(chǎn)率由煤炭部頒布的標(biāo)準(zhǔn)MT1441997實驗室分布釋放浮選實驗方法所繪制的精煤累計產(chǎn)率（縱坐標(biāo)）和其平均灰分（橫坐標(biāo)）曲線確定。3浮選完善指標(biāo)該指標(biāo)可應(yīng)用于評價某一給定的煤樣，在選擇最佳藥劑制度和浮選工藝等條件時使用。即YJYJWFAR10式中浮選完善指標(biāo)，；F實際浮選精煤產(chǎn)率，；JR浮選入料灰分，；YA浮選精煤灰分，。J當(dāng)采用浮選精煤濾液返回攪拌桶循環(huán)的流程時，浮選入料精煤的含義是浮選入料不含有濾液的浮選入料；浮選精煤過濾機濾餅。當(dāng)采用濾液單獨處理不返回攪拌桶的流程時，則浮選精煤的含義為浮選機的泡沫產(chǎn)品。34影響浮選效果的因素煤泥浮選是一個復(fù)雜過程。影響煤泥浮選效果的因素很多，例如煤泥性質(zhì)、礦漿特征、藥劑制度、設(shè)備性能、工藝流程和操作技術(shù)等。日常生產(chǎn)中變化的因素主要有以下幾種。1煤泥的粒度組成不同粒度的煤泥有不同的可浮性，粒度越小的煤泥，起始浮選速度越大；粗粒煤泥從第三個浮選槽開始，也就是細(xì)粒煤泥浮選出之后，浮選速度才明顯提高；同一浮選槽的精煤中，由于細(xì)粒級煤泥的選擇性差、可浮性好，所以細(xì)粒的灰分往往比粗粒級的灰分高。浮選粗粒煤泥時，一般從05MM起，可浮性隨著粒度的增加而降低。大于1MM的煤?；旧隙紦p失于尾煤中，造成精煤產(chǎn)率低、尾煤灰分低。所以，在生產(chǎn)過程中應(yīng)加強管理，把浮選入料上限嚴(yán)格控制在05MM以下。細(xì)粒泥質(zhì)的浮選速度快、選擇性差，常常污染精煤質(zhì)量。為提高精煤質(zhì)量、改善浮選效果，可適當(dāng)降低入料濃度改善分選精度；粗細(xì)煤泥分級浮選或選前脫除高灰分細(xì)泥。2入料濃度入料濃度一般用G/L表示，即以每升礦漿中所含固體的克數(shù)表示。圖33所示為礦漿濃度對若干浮選因素的影響。曲線1說明礦漿的充氣作用隨礦漿濃度增加而增加，達(dá)到最大值后又逐漸變小，表明礦漿濃度與充氣作用之間有一最大值。曲線2、3說明隨著礦漿濃度的增加，藥劑的容積濃度越大，煤泥的浮選時間越長。曲線4表明隨著礦漿濃度的增加，細(xì)粒級煤泥的可浮性提高。曲線5表明隨著礦漿濃度增高，粗粒級煤泥的可浮性降低；曲線6表明隨著礦漿濃度增加，煤泥的粉碎作用加強。從上述礦漿濃度的影響及生產(chǎn)實踐表明，較大的入料濃度有利于提高煤泥計的處理能力，降低藥耗、水耗和電耗，但不利于提高分選效果和精煤質(zhì)量。選煤廠煤泥水直接浮選流程的采用，使入料濃度大為下降。濃度過低，將會增加藥電的消耗，降低處理能力，因而在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下盡量提高入料濃度。浮選入料濃度通過濃度儀表或濃度壺測定。濃縮浮選入料濃度的調(diào)整通常是在攪拌桶上加稀釋水，直接浮選入料濃度的調(diào)整主要靠控制洗煤用水。圖33礦漿濃度對若干浮選因素的影響1礦漿充氣量；2藥劑的容積濃度；3浮選時間；4細(xì)粒的可浮性；5粗粒的可浮性；6煤泥的粉碎程度3、充氣程度礦漿充氣程度包括浮選機內(nèi)礦漿充氣量和充氣均勻度。前者指向礦漿導(dǎo)入的空氣量的多少，后者指在機體內(nèi)充氣量分布的均勻程度。一般來說，葉輪結(jié)構(gòu)好轉(zhuǎn)速高浸入深度小礦漿濃度低循環(huán)量大進(jìn)氣口大礦漿的充氣程度就大。礦漿的充氣程度大，浮選速度高，浮選機的處理能力就大，葉輪的攪拌強度越大，起泡劑的性能越好，產(chǎn)生的小氣泡越多，礦漿的充氣程度越大。但礦漿所受攪拌作用過強時，不僅消耗典禮，還易造成液面不穩(wěn)或翻花，增加矸石帶入泡沫產(chǎn)品中的機械作用，使精煤灰分增高。實踐證明，浮選機的充氣量不是越大越好，而是要根據(jù)具體生產(chǎn)條件提出不同要求。充氣量的大小可根據(jù)攪拌機的轉(zhuǎn)速來調(diào)整。4、刮取泡沫刮取泡沫影響浮選產(chǎn)品的質(zhì)量和浮選機的處理能力。在液面的礦化泡沫中，表層氣泡出現(xiàn)了兼并和破滅；同時向下的水流帶走氣泡上粘附不牢的顆粒。在泡沫層中進(jìn)行的這種清洗和優(yōu)化過程稱為二次富集作用。泡沫層的厚度與泡沫生成的速度有關(guān)，也和泡沫的穩(wěn)定性有關(guān)。在浮選過程中，應(yīng)根據(jù)入選原料的性質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量的要求，選擇有利的泡沫層厚度。泡沫層越厚，粗顆粒從泡沫層中落下的可能性越大；泡沫層很薄，將使二次富集作用完全消失。5浮選流程浮選流程決定于煤泥的性質(zhì)和對產(chǎn)品的質(zhì)量要求。煤泥的可浮性難產(chǎn)品質(zhì)量要求高時，宜采用較復(fù)雜的流程。隨著浮選流程的復(fù)雜，顯著影響處理能力藥耗水耗和電耗，并使操作管理困難。123456圖34最簡單的浮選流程最簡單的浮選流程（圖34）是由每槽刮取精煤，浮選機的最后一槽排出尾煤。適用于易浮選的煤炭。對于難選煤，可采用后幾槽的泡沫產(chǎn)品（中煤）循環(huán)再選的浮選流程（圖35）。這種流程是將第五5及6槽（或僅僅最后一槽）的泡沫產(chǎn)品（中煤）進(jìn)行循環(huán)再選，由前4個槽（或5個槽）刮取精煤，以保證低的精煤灰分和高的尾煤灰分。當(dāng)然，在這種情況下浮選機的處理量減小一些。123456入料尾煤精煤入料尾煤圖35部分精選回選的浮選流程對于很難選的煤炭，必須采用粗選和精選的浮選流程（圖36）。這種浮選流程一般在兩組浮選機中進(jìn)行。第一組浮選機的泡沫產(chǎn)品作為粗選精煤，經(jīng)稀釋和加藥后（在攪拌桶中）供給第二組浮選機進(jìn)行精選。第二組浮選機的泡沫產(chǎn)品為最終精煤。第一組和第二組浮選機的尾煤可以合起來作為最終尾煤。浮選入料小于200目的較多且多為泥質(zhì)時，由于其浮選速度快，往往混入精煤中影響精煤質(zhì)量，在浮選前可用分級設(shè)備脫除這部分細(xì)泥，然后再浮選。123456123456圖36精煤精選的浮選流程尾煤1攪拌桶尾煤2（中煤）入料精煤第3章浮選系統(tǒng)的控制方案31浮選控制系統(tǒng)簡介礦漿浮選系統(tǒng)的控制采用PLC作為核心控制器進(jìn)行集中自動化控制。本次作為畢業(yè)設(shè)計課題，為簡便起見本課題設(shè)計擬設(shè)計自動控制的浮選機數(shù)量為10臺，每臺浮選機浮選槽的槽數(shù)為6槽，浮選槽的高為2M，寬為3M，長為5M，容積30M3。本浮選控制系統(tǒng)的設(shè)計原理可應(yīng)用于更多臺浮選機的自動控制，能夠控制的浮選機數(shù)量最多為30臺，應(yīng)用于工業(yè)實際生產(chǎn)時可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的大小適當(dāng)增減浮選機的臺數(shù)，其控制邏輯不變。浮選機的控制示意圖如圖41所示圖41浮選機的控制示意圖本控制系統(tǒng)采用PLC作為核心控制器，系統(tǒng)從開始工作時起的整個工作過程見下文所述當(dāng)PLC接收到開始工作的啟動信號時將煤漿泵電動機啟動，本浮選控制中要使用的電動機數(shù)量眾多，將近有100臺且功率較大，為了降低電動機在啟動過程中產(chǎn)生的沖擊電流，煤漿泵電動機及各臺攪拌電動機的啟動時采用星形/三角形接法換接啟動的啟動方法，且每臺電動機之間的啟動還采用分時啟動的方式啟動。兩種啟動方式同時作用，雙管齊下，能夠有效地降低電動機啟動時所產(chǎn)生的沖擊電流。煤漿泵電動機啟動的同時將總電磁閥開關(guān)打開，因為當(dāng)浮選機開始工作時，至少有一臺浮選機要進(jìn)行浮選工作，所以當(dāng)整個控制系統(tǒng)開始工作時，第一臺浮選機也要開始工作。即當(dāng)煤漿泵電動機啟動，總電磁閥開關(guān)打開的同時第一臺浮選機的給煤漿電磁閥開關(guān)也要開啟，準(zhǔn)備工作；煤漿泵電動機啟動完畢投入正常運行后，第一臺浮選機中的第一臺攪拌電動機也采用同樣的啟動方式啟動；第一臺攪拌電動機啟動完畢投入正常運行后，接著第二臺攪拌電動機也采用同樣的啟動方式啟動，后面的攪拌電動機也采用同樣的啟動方式啟動，直到最后一臺攪拌電動機啟動完畢投入運行。系統(tǒng)可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的大小自動控制浮選機的工作臺數(shù)，生產(chǎn)的規(guī)模由裝設(shè)在總給煤漿管上的流量傳感器確定，傳感器檢測到的流量大時，通過PLC控制增加浮選機的工作臺數(shù)，檢測到的流量小時則相反。起泡劑的給定控制采用PID閉環(huán)控制，由裝設(shè)在各浮選槽內(nèi)的濃度傳感器將檢測到的濃度值經(jīng)輸入端口送入PLC，PLC經(jīng)過運算PID控制程序得出控制量，由PLC將控制量輸出送往相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，控制調(diào)節(jié)閥的開度，給出適量的起泡劑；起泡劑作用于浮選槽內(nèi)的煤漿時會產(chǎn)生大量的泡沫，根據(jù)前述的浮選原理可知這時煤炭顆粒就會粘附氣泡表面，隨著泡沫的增加，膨脹細(xì)煤粒被帶出煤漿，當(dāng)泡沫達(dá)到一定的位置后，由刮泡器將泡沫刮走，同時也將粘附在泡沫表面的細(xì)煤顆粒刮走，刮走的泡沫經(jīng)過干燥后即可得到浮選出的精煤。以上為浮選機的整個工作過程。1、起泡劑給定控制框圖由前文介紹可知浮選機的浮選過程是整個系統(tǒng)控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其控制效果的好壞直接影響到精煤產(chǎn)品的品質(zhì)。因此對起泡劑的控制就顯得尤為重要，因此采用了PID閉環(huán)控制的控制規(guī)律，起泡劑的給定控制作為整個控制系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其控制框圖如圖42所示。濃度設(shè)定圖42起泡劑給定控制框圖32主要器件的選擇介紹1、煤漿流量測量煤漿屬于懸浮液的一種，其中含有的各種不均勻顆粒較多，如果采用直接接觸式的流量傳感器，煤漿中的顆粒會對傳感器造成損壞，影響傳感器的測量精度和連續(xù)使用的壽命。結(jié)合傳感器的具體應(yīng)用環(huán)境中各種因素的影響，本設(shè)計中的流量傳感器采用超聲波流量傳感器。超聲波流量傳感器屬于非接觸式測量傳感器，它通過發(fā)射換能器發(fā)射超聲波，穿過流動的流體，被接收換能器接收后，經(jīng)過信號處理反映出流體的流速，根據(jù)流速便能算出流量。超聲波測量是根據(jù)超聲波在流體中的傳播速度，順流時會增大、逆流時會減小的原理測流速的。通過測量超聲波在順流、逆流時傳播的時間差來實現(xiàn)流體流量的測量。超聲波流量傳感器的非接觸式測量方式，不會影響被測流體的流動狀況，被測流體也不會對流量傳感器造成磨損或腐蝕傷害，因此適合本設(shè)計中的使用環(huán)境，測量精度可達(dá)02級。然后根據(jù)測量的流量可以決定打開浮選機的個數(shù)，這樣使設(shè)備更加合理的被利用。2、煤漿濃度測量在自動化控制的浮選過程中，煤漿懸浮液濃度在線實時測量是至關(guān)重要的，它直接影響著浮選的工藝效果和精煤產(chǎn)品的品質(zhì)。在浮選過程中，由于各種因素的影響，煤漿懸浮液的濃度是變化的，起泡劑給定量要根據(jù)不同的煤漿濃度值輸出合適的給定量，以達(dá)到最佳的浮選效果和經(jīng)濟效益。煤漿懸浮液的濃度測量有多種方法，濃度和密度兩者的本質(zhì)是沒有區(qū)別的，所以本設(shè)計中采用放射性密度測量儀對煤漿的濃度進(jìn)行測量。放射性密度測量儀PID控制器執(zhí)行器被控對象濃度檢測也稱同位素密度計，放射性密度測量儀是根據(jù)射線穿過懸浮液時被吸收程度的大小，來實現(xiàn)懸浮液密度的非接觸在線測量。測定射線強度的接受器安裝在管道的另一側(cè)，射線透過管道的懸浮液時，會產(chǎn)生衰減，衰減的程度與懸浮液的密度有關(guān)。3、執(zhí)行機構(gòu)本設(shè)計的執(zhí)行機構(gòu)為電動執(zhí)行機構(gòu)，用于對起泡劑閥門開度的調(diào)節(jié)，稱為電動調(diào)節(jié)閥。電動調(diào)節(jié)閥主要是接受來自調(diào)節(jié)器的電流信號，將其轉(zhuǎn)換為閥門的開度。電動執(zhí)行機構(gòu)一般采用隨動系統(tǒng)的方案組成。其框圖如圖43所示圖43電動執(zhí)行機構(gòu)框圖從調(diào)節(jié)器過來的信號通過伺服放大器驅(qū)動伺服電動機，經(jīng)減速器帶動調(diào)節(jié)閥，同時經(jīng)過位置發(fā)信器將閥桿行程反饋給伺服放大器，組成位置隨動系統(tǒng)。依靠位置負(fù)反饋，保證輸入信號準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為閥桿的行程。閥門電動機伺服放大器減速器位置發(fā)信器閥行程輸入信號閥門圖44伺服放大器原理圖圖（44）為伺服放大器的原理圖。伺服電動機輸出轉(zhuǎn)速高、力矩小，必須經(jīng)過減速器的減速，才能推動調(diào)節(jié)機構(gòu)。電動執(zhí)行機構(gòu)中才用的減速器為行星齒輪，可以輸出轉(zhuǎn)角位移，實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的開度。4、可編程序控制器選型本浮選控制系統(tǒng)的數(shù)字量輸入點數(shù)為115點，數(shù)字量輸出點數(shù)為156點，模擬量輸入點數(shù)為61點，模擬量輸出點數(shù)為60點，總數(shù)為392點?？刂埔?guī)模較大，輸入輸出量多。一般的小型PLC難以滿足系統(tǒng)的控制要求，西門子公司生產(chǎn)的S7400/S7300系列大中型PLC專用于中等規(guī)模以上的控制，其可供擴展的信號模塊較多，S7400可擴展的信號模塊為168塊，最大數(shù)字量輸入輸出點數(shù)均為131072點，最大模擬量輸入輸出點數(shù)均為8192點；S7300可擴展的信號模塊為32塊，最大數(shù)字量輸入輸出點數(shù)均為992點，最大模擬量輸入輸出點數(shù)分別為輸入點數(shù)248點，輸出點數(shù)124點。綜合比較考慮，選用S7300系列PLC完全滿足系統(tǒng)控制要求。S7300系列PLC的簡介見下一章的51節(jié)。第4章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計41S7300系列PLC概況S7300是模塊式PLC，主要由機架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成。品種繁多的CPU模塊、信號模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動控制任務(wù)，用搭積木的方式來組成系統(tǒng)，模塊式PLC由機架和模塊組成。用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時更換模塊也很方便。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模擴大和更為復(fù)雜時，可以增加模塊，對PLC進(jìn)行擴展。簡單實用的分布式結(jié)構(gòu)和強大的通信聯(lián)網(wǎng)能力，使其應(yīng)用能夠十分靈活。其今年來，被廣泛應(yīng)用于專業(yè)機床、紡織機械、通用機械工程應(yīng)用、控制系統(tǒng)、機床、樓宇自動化、電器制造工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)等諸多領(lǐng)域。S7300采用緊湊的、無槽位限制的模塊化組合結(jié)構(gòu)，將電源模塊、CPU、信號模塊、功能模塊、接口模塊和通信處理器等安裝在導(dǎo)軌上。軌道為一種專門的金屬架，只需要將模塊掛在符合DIN標(biāo)準(zhǔn)的安裝軌道上，用螺絲鎖緊就可以了。由很多種不同長度的導(dǎo)軌供用戶選擇。S7300系列PLC的電源模塊通過電源連接器或?qū)Ь€與CPU模塊相連，為CPU模塊提供DC24V電源。PS307電源模塊還有一些端子可以為信號模塊提供24V電源。S7300PLC用背板總線將除電源模塊之外的各個模塊連接起來。背板總線集成在模塊上，模塊通過U形總線連接器相連，每個模塊都有一個總線連接器，后者插在各模塊的背后。安裝時先將總線連接器插在CPU模塊上，并固定在導(dǎo)軌上，然后依次裝入各個模塊。信號模塊和通信處理器模塊可以不受限制地插到任何一個槽上，系統(tǒng)可以自動分配模塊的地址。每個機架最多只能安裝8個信號模塊、功能模塊或通信處理器模塊。如果系統(tǒng)任務(wù)需要的這些模塊超過8塊，則可以增加擴展機架。（ER）機架的最左邊是1號槽，最右邊是11號槽，中央機架的1號槽安裝電源模，2號槽安裝的是接口模塊，這3個槽號被固定占用，不能安裝其他模塊，其他模塊只能安裝在411號槽中。S7300的模塊是通過總線連接器連接的，各個槽號是相對的。當(dāng)某個槽位不使用時，例如，5號槽位上沒有安插任何模塊，而4號槽位安插功能模塊，6號槽位上插有信號模塊，雖然5號槽位沒有使用，但占用了一個槽位號。在物理上，6號槽位和4號槽位的模塊是連在一起的。IM360/361接口模塊可以擴展3個機架，中央機架使用IM360，擴展機架使用IM361，各相鄰機架之間的電纜最長為10M。每個IM361需要一個外部24V（DC）電源來對所有的擴展機架上的模塊進(jìn)行供電，可以通過電源連接器連接PS307負(fù)載電源，每個機架上的模塊除了安裝的信號模塊、功能和通信模塊不能超過8模塊外，還要受到背板總線5VDC供電電流的限制。中央機架上的5VDC電源由CPU模塊產(chǎn)生，其額定電流值與CPU的型號有關(guān)，擴展技嘉的背板總線的5VDC電源由接口模塊IM361產(chǎn)生。1、I/O模塊地址的確定I/O模塊又被稱為SM模塊，用于測量輸入信號并控制輸出設(shè)備。信號模塊可用于數(shù)字信號和模擬信號，還可用于連接，如傳感器和啟動器的連接。S7300的信號模塊的字節(jié)地址與模塊所在的機架號和槽號有關(guān)，位地址與信號線接在模塊上的哪一個端子有關(guān)。對于數(shù)字量模塊，從0號機架的4號槽開始，每個槽位4B（4個字節(jié)）的地址，相當(dāng)于32個I/O點（見表51）。最多可能有32個數(shù)字量模塊。模擬量模塊以通道為單位，一個通道占一個字地址，或兩個字節(jié)地址。例如模擬量輸入通道IW640由字節(jié)IB640和IB641組成。S7300為模擬量模塊保留了專用的地址區(qū)域，字節(jié)地址范圍為IB256767?？梢杂醚b載指令和傳送指令訪問模擬量模塊。一個模擬量模塊最多有8個通道，從256開始，給每一個模擬量模塊分配16B（8個字）的地址。SM的字節(jié)地址分配表見51，表52為SM的地址舉例。表51SM的字節(jié)地址分配槽號機架號模塊類型4567891011數(shù)字量0347811121516192023242728310模擬量256270272286288302304319320334336350352366368382數(shù)字量323536394043444748515255566960631模擬量384398400414416430432446448462464478480