一种洗煤厂末煤自动配煤系统和方法与流程

1.本发明属于配煤技术领域，特别是涉及一种洗煤厂末煤自动配煤系统和方法。


背景技术：

2.在洗煤厂应用末煤配煤系统，是实现煤炭资源高效利用，减少污染的可行之路，也是洗煤厂满足广大客户群体，扩大经济效益的有效措施，既有很大的社会效益，而且也会给企业带来很好的发展前景。目前，洗煤厂末煤配煤系统存在以下问题：配煤手段是在产品仓下由人工现场操作给煤机闸板，粗略调整不同品种（高灰末煤、低灰末煤、洗末煤）末煤的给出量来完成配煤，配煤的可靠度和精度都无法得到保证，末煤的灰分及煤量难以准确控制。同时，现场作业环境存在煤尘多、噪音大、设备自动化程度低等问题，落后的配煤方式与现代化矿井减人提效的要求极不相符。
3.近些年以来，虽有末煤自动配煤系统应用，代替了部分人工现场工作，但在实际运行中仍存在一定的问题：对给煤机进行变频控制实现煤量给定调节，但并未获取煤量与频率关系而是依靠经验导致配煤精度不高；虽采用plc和组态软件实现设备集控，但现场缺乏必要的视频监控；基本实现了对配煤后灰分的在线监测，但未考虑加入搅拌装置以实现充分混匀导致数据监测不准确。


技术实现要素：

4.本发明的目的是解决传统末煤自动配煤系统煤量调节依靠人工经验导致配煤精度不高，配煤现场无视频覆盖，配煤后缺乏混煤装置导致灰分监测不准确等问题。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种洗煤厂末煤自动配煤系统，包括现场设备层、控制层和管理层；其中，现场设备层用于采集现场数据，并接收控制层的命令实现设备控制；控制层用于接收现场设备层采集的现场数据，进行数据处理，将命令下发给现场设备层，并将数据上传给管理层；管理层用于接收控制层上传的数据，并实现数据存储、显示、查询以及人机交互。
6.其中，现场设备层至少包括皮带机、带式给煤机、变频器、电液推杆、搅拌机、皮带秤、灰分仪和云台摄像仪；所述带式给煤机电机由变频器控制，通过建立煤量-频率曲线实现煤量的精准给定，所述带式给煤机闸板由电液推杆控制，实现远程控制和自动控制。
7.其中，控制层包括pac控制器和交换机；所述pac控制器包括cpu模块、电源模块、信号模块，所述cpu模块采用以太网接口与交换机进行连接，所述电源模块为pac控制器供电，所述信号模块用于接收现场设备层数据并下发命令；所述交换机采用以太网接口与云台摄像仪连接。
8.其中，管理层包括上位机、视频服务器、硬盘录像机和电视墙；
所述上位机、视频服务器、硬盘录像机采用以太网接口与交换机连接，所述电视墙采用bnc接口与视频服务器连接；所述上位机安装有自动配煤系统软件和视频管理软件。
9.此外，本发明构造一种洗煤厂末煤自动配煤方法，使用如前述技术方案所述的洗煤厂末煤自动配煤系统进行自动配煤，包括步骤：步骤一：系统初始化，建立pac控制器和上位机数据通讯；步骤二：数据输入，在上位机输入入仓灰分、目标灰分、目标煤量、开启的给煤机、灰分和煤量超限值等数据，并由上位机传输给pac控制器；步骤三：频率计算，根据入仓灰分、目标灰分计算参与配煤的两种煤比例，根据目标煤量和两种煤比例计算参与配煤的两种煤煤量，根据煤量-频率关系得出参与配煤的带式给煤机频率；步骤四：设备启动，分别启动皮带机、搅拌机，将电液推杆打开至设定位置，根据步骤三计算的频率启动给煤机；步骤五：超限判断，采集实时的反馈灰分及煤量，然后每秒选取各1个灰分值和煤量值进行30s平均值滤波得出平均值，与灰分和煤量超限值进行比较，若小于超限值则进入步骤六，若大于超限值则进入步骤七；步骤六：执行配煤算法，对灰分和煤量进行双闭环控制，将步骤五中灰分和煤量的30s平均值分别与给定灰分、给定煤量进行滞环比较控制后调整给煤机频率，循环执行直至按下停车按钮；步骤七：结束配煤，当超限时或者按下停车按钮结束自动配煤。
10.其中，步骤六中滞环比较控制原则为灰分平均值与给定灰分差为 0.8和-1.2时，两种煤的比例值分别改变0.05，煤量平均值与给定煤量差为 80和-120时，目标煤量改变50。
11.本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明现场设备层下带式给煤机采用变频控制来调节输出煤量是以煤量-频率曲线为依据，可实现煤量的精准控制。(2)本发明现场设备层下带式给煤机闸板的电液推杆可实现远程控制和自动控制，提高了系统自动化程度。(3)本发明现场设备层的云台摄像仪可实现关键岗位的视频监控，在地面集控室可看到现场情况听到现场声音，真正实现无人化值守。(4)本发明现场设备层的搅拌机可以实现均匀混煤，确保灰分检测数据的稳定和准确。
附图说明
12.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：图1是本发明提供的一种洗煤厂末煤自动配煤系统的结构示意图。
13.图2是本发明提供的一种洗煤厂末煤自动配煤系统的设备连接示意图。
14.图3是本发明提供的一种洗煤厂末煤自动配煤系统的给煤机变频控制示意图。
15.图4是本发明提供的一种洗煤厂末煤自动配煤系统的给煤机变频控制频率-煤量曲线图。
16.图5是本发明提供的一种洗煤厂末煤自动配煤系统的给煤机闸板电液推杆控制示意图。
17.图6是本发明提供的一种洗煤厂末煤自动配煤方法的流程示意图。
18.图7是本发明提供的一种洗煤厂末煤自动配煤方法中灰分和煤量双闭环控制示意图。
19.图8是本发明提供的一种洗煤厂末煤自动配煤方法中灰分和煤量滞环控制示意图。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明做进一步的详细说明。应当理解，此外所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都将属于本发明保护的范围。
21.参照附图1，本发明提供了一种洗煤厂末煤自动配煤系统，包括现场设备层、控制层和管理层；其中，现场设备层用于采集现场数据，并接收控制层的命令实现设备控制；控制层用于接收现场设备层采集的现场数据，进行数据处理，将命令下发给现场设备层，并将数据上传给管理层；管理层用于接收控制层上传的数据，并实现数据存储、显示、查询以及人机交互。
22.其中，现场设备层至少包括皮带机、带式给煤机、变频器、电液推杆、搅拌机、皮带秤、灰分仪和云台摄像仪；所述带式给煤机电机由变频器控制，通过建立煤量-频率曲线实现煤量的精准给定，所述带式给煤机闸板由电液推杆控制，实现远程控制和自动控制。
23.其中，控制层包括pac控制器和交换机；所述pac控制器包括cpu模块、电源模块、信号模块，所述cpu模块采用以太网接口与交换机进行连接，所述电源模块为pac控制器供电，所述信号模块用于接收现场设备层数据并下发命令；所述交换机采用以太网接口与云台摄像仪连接。
24.图2是洗煤厂末煤自动配煤系统设备连接示意图。控制层设备pac控制器是核心，由cpu模块、电源模块、信号模块组成，信号模块又分为数字量输入模块(di)、数字量输出模块(do)、模拟量输入模块(ai)、模拟量输出模块(ao)。搅拌机、带式输送机、皮带机、变频器的启停信号接入do模块由pac控制器控制，运行和故障信号接入di模块；变频器的频率给定信号采用4-20ma方式接入ao模块由pac控制器输出，其频率反馈信号采用4-20ma方式接入ai模块；电液推杆的开闭信号接入do模块由pac控制器控制，其位置反馈信号采用4-20ma方式接入ai模块；皮带秤和灰分仪的测量信号分别通过4-20ma的方式接入ai模块，分别用于测量煤的重量和煤的灰分；云台摄像仪用于现场视频画面的采集，通过以太网口接入交换机；pac控制器通过以太网口接入交换机，将数据上传至上位机配煤软件并接受其数据；硬盘录像机用于视频信号存储，通过以太网口接入交换机；上位机用于人机交互，通过以太网口接入交换机；视频服务器通过以太网接入交换机，用于视频格式转换、画面分割、上墙都管理，同时通过bnc接口连接电视墙实现画面上墙。
25.图3是洗煤厂末煤自动配煤系统给煤机变频控制连接示意图。外部供电电源经三
相交流输入接入变频器，变频器经三相交流输出接入给煤机电机，变频器启停命令接pac控制器do，受其输出进行启停控制，变频器运行和故障信号接入pac控制di进行信号反馈，变频器频率反馈接入pac控制器ai进行信号反馈，变频器频率给定接入pac控制器ao，受其输出进行频率设定。通过调整频率调整电机转速，进而控制出煤量。为精确控制煤量，对给煤机闸板电液推杆某一开度下(配煤时电液推杆自动到达的位置，通过测试，闸板开一半即可以满足配煤所需的最大最小煤量，于是推杆一般打开至500mm)给煤机频率和煤量进行测量，并进行了曲线拟合，如图4所示，频率和煤量关系式为：y=21.8x 280(x为频率，单位hz，y为煤量，单位t，20≤x≤50)，这样通过调整频率就可以精确控制煤量。
26.图5是洗煤厂末煤自动配煤系统给煤机闸板电液推杆控制示意图。电液推杆由电机、行程传感器、推杆、油缸、液压控制阀组成。其中，油缸是执行机构，液压控制阀是控制机构，电机是动力源，行程传感器用于测量推杆位置，电机通过正反转驱动液压控制阀正反输出液压油至油缸实现推杆的伸缩动作。电液推杆接入三相交流输入驱动电机，电机的启停信号接入pac控制器do模块，接收pac输出命令进行启停控制，运行和故障信号接入pac控制器di模块，行程传感器接入pac控制器ai模块。通过pac控制器即可实现对电液推杆的远程控制和自动控制。
27.远程控制的实现是：操作人员在上位机软件界面通过点击推杆伸长和缩短按钮命令，随后命令下发到pac控制器，由do模块输出给电机进行正反转控制来实现。自动控制的实现是：操作人员在上位机软件界面输入推杆预定位置，随后pac控制器根据监测到的推杆当前位置，与预定位置作差，然后差值的绝对值与推杆运行速度相除得出推杆动作时间，进而通过pac控制器时间继电器控制来实现自动打至指定位置。
28.其中，管理层包括上位机、视频服务器、硬盘录像机和电视墙；所述上位机、视频服务器、硬盘录像机采用以太网接口与交换机连接，所述电视墙采用bnc接口与视频服务器连接；所述上位机安装有自动配煤系统软件和视频管理软件。
29.图6是洗煤厂末煤自动配煤系统的配煤方法流程示意图。步骤一为系统初始化，采用以太网的方式，通过参数配置建立起pac控制器和上位机数据通讯。步骤二为数据输入环节，操作人员在上位机输入入仓灰分、目标灰分、目标煤量、开启的给煤机、灰分和煤量超限值等数据，并由上位机传输给pac控制器，其中入仓灰分即是参与配煤的各煤种灰分，目标灰分是配煤后煤的灰分，目标煤量是配煤后煤量的总重量，开启的给煤机是指参与配煤的给煤机；步骤三为给煤机初始频率计算，根据入仓灰分和目标灰分计算参与配煤的两种煤比例，根据目标煤量和两种煤比例计算参与配煤的两种煤煤量，根据煤量-频率关系得出参与配煤的带式给煤机频率；步骤四为设备启动，分别启动皮带机、搅拌机，将电液推杆打开至设定位置(通常为总长度的50%)，根据步骤三计算的频率分别启动给煤机；步骤五为超限判断，设备启动后就开始出煤，采集混煤的实时灰分和煤量，然后每秒中选取各1个灰分值和煤量值进行30s平均值滤波计算得出平均值，使用该平均值与步骤二输入的超限值进行比较，若小于超限值则进入步骤六，若大于超限值则进入步骤七，此处采用30s平均值比较使得数据更加准确，系统运行更为可靠。步骤六为执行配煤算法，分别对灰分和煤量进行双闭环控制，将步骤五中灰分和煤量的30s平均值分别与步骤二输入的给定灰分、给定煤量进行滞环比较控制后调整给煤机频率，随后系统一直循环执行直至按下停车按钮；步骤七为
结束配煤，当步骤五判断后超限或者按下停车按钮时结束自动配煤，陆续将各设备进行停机。
30.图7是洗煤厂末煤自动配煤系统的配煤方法中灰分和煤量双闭环控制示意图。灰分仪对混煤灰分进行测量，给定灰分和反馈灰分进行比较，对其结果进行灰分控制(滞环控制)，灰分控制后得出的是参与配煤的两种煤的比例；皮带秤对混煤煤量进行测量，给定煤量和反馈煤量进行比较，对其结果进行煤量控制(滞环控制)，煤量控制后得出的是参与配煤的两种煤总煤量，与两种煤比例进行计算得出每种煤的煤量，通过煤量-频率(f-t)曲线得出每种煤下给煤机的频率，输出到给煤机进行频率调整。
31.图8是洗煤厂末煤自动配煤系统的配煤方法中灰分和煤量滞环控制示意图。滞环比较控制原则为灰分平均值与给定灰分差为 0.8和-1.2时，两种煤的比例值分别改变0.05，煤量平均值与给定煤量差为 80和-120时，目标煤量改变50。即a、b两种煤进行配煤(a种煤灰分＞b种煤灰分，a种煤比例为a，b种煤比例为b，a b=1，a、b混合后总煤量为c，目标煤量为d)。混煤的灰分平均值-给定目标灰分≥0.8时，说明配煤后灰分比目标值高，那么灰分高的煤种比例减少(a-0.05)，灰分低的煤种比例增加(b 0.05)；混煤的灰分平均值-给定目标灰分≤-1.2时，说明配煤后灰分比目标值低，那么灰分高的煤种比例增加(a 0.05)，灰分低的煤种比例减少(b-0.05)。混煤后煤量c-目标煤量d=80时，说明配煤后煤量比目标多，于是减少原设定的目标煤量为d-50；混煤后煤量-目标煤量d=-120时，说明配煤后煤量比目标少，于是增加原设定的目标煤量为d 50。而两种煤的煤量均是通过其各自比例与目标煤量想乘所得。
32.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。