PLC在跳汰机风阀控制中的应用

董卫峰

(太原煤炭气化有限责任公司，山西 太原 030024）

1 原理概述

跳汰选矿是指：物料在垂直升降的变速水流中，按密度进行分层和分选的过程。目前广泛使用的空气脉动跳汰机的工作原理是压缩空气经风阀控制，交替地压入和排出筛板下面的密闭空气室；给入压缩空气时，跳汰机中的水位被强制抬升；当室内的压缩空气排出时，则在重力作用下物料和水位下降；由于密度差异，物料在跳汰室的上下脉动水流中进行松散、分层，最终实现物料的分选操作[1]。

图1 电磁风阀工作系统结构

电磁风阀装置是跳汰机的主令控制装置，可对跳汰周期（进气、排气的时间间隔）进行调整，从而精确控制脉动周期和吸缀过程，获得良好的床层松散度和精度较高的分选效果。电磁风阀装置主要由气路系统、数控装置、进排气电磁风阀等组成，见图1。气路系统包括高压风管和低压风管，高压空气用于进排气电磁阀的驱动，低压空气则是工作介质，用于推动水流和物料上下脉动。数控装置是风阀的风水控制系统。进排气风阀的通、断使高压空气（0.4～0.6 MPa）按给定程序向进、排气盖板阀气缸交替进、排气，带动进、排气盖板开启或关闭，实现低压空气（0.035～0.05 MPa）周期性地进入跳汏室，形成脉动水流，鼓动洗水完成跳汰过程。PLC(Programmable Logic Controller)可编程序控制器是以微处理器为核心的通用工业控制装置，具有体积小、可靠性高、功能强、编程简单、使用维护方便等优点，得到广泛应用。本文采用PLC实现跳汰机风阀控制的原理，见图1。

2 系统结构

图2为控制系统的结构框图。拨码开关选用OMRON公司的A7BS型，其输出为8421四位二进制编码，24 V直流供电。拨码开关共6组（5个跳汰室各一组，跳汰频率的一组），跳汰室的5组中每组由4对组成，每对中又分为个位和十位，用来调节各跳汰室的进气开始、进气结束、排气开始、排气结束的时长（在整个跳汰周期中的百分比时刻）。跳汰频率的一组拨码开关也由个位和十位组成，用于调节跳汰机的跳汰频率。

选通送数电路为二进制解码电路，由74LS138译码器、74LS240驱动器、2003反相器组成，其作用是将PLC提供的编码信号解码为11路选通信号，每路选通信号选通两组拨码开关，依次读入相应风阀控制参数。选通送数由送数按钮控制，当调节好各跳汰参数和跳汰频率后，按下送数按钮，PLC依次选通各组拨码开关，将跳汰参数采集、并更新程序控制过程。系统输出包括输出电路、电磁风阀、显示装置。输出电路板采用固态继电器输出，它有极快的开关速度，并有内部的光电隔离，实现了强弱电的隔离。显示装置采用红、绿发光二极管，能动态显示电磁阀的通断情况[2]。

图2 系统结构

控制使用三菱公司的FX2N-48MT可编程序控制器，开关量输入24点，开关量输出24点，输出类型为晶体管输出，可满足高频率输出信号的要求。本系统共有17个开关量输入，12个开关量输出。其中16个为各跳汰室拨码盘的BCD码输入，可同时接受一次选通的两组拨码开关的16位BCD码；尚有1个为送数按钮的输入。输出端的前10个控制五个跳汰室的进排气阀，每两个分别控制一个跳汰室的进气和排气阀（当输出端为1时，控制阀打开；为0时，关闭）；后4个为选通信号输出端，输出四位二进制编码信号，用于选通6组21对拨码开关。上位机通过RS232通讯适配器与PLC，并由组态软件实现跳汰过程动画显示。整个系统由人工设定拨码开关的跳汏参数，PLC控制选通送数电路和输入电路采集设定参数，由程序实现跳汰的逻辑控制。

3 软件设计

软件系统由初始化程序、选通送数子程序、主程序组成[3]，见图3。1）初始化程序用于对各跳汰控制计数器和定时器赋初值。2）选通送数子程序在送数按钮按下后调用一次，由PLC输出选通信号，依次读取各风阀参数和跳汰频率，然后计算跳汰周期及控制风阀的计数器和定时器的值，并赋值给主程序中的计数器和定时器。选通送数子程序还有输入跳汰参数的自动判别功能；当输入参数不符合跳汰过程的前后逻辑时间时（如排气阀门的打开时刻早于进气阀门的关闭时刻，此时会造成风阀内部的气路短路），自动保留正在使用的跳汰参数，并提醒操作者重新输入合适参数。3）主程序采用定时中断子程序控制各电磁阀的动作，见图4。中断子程序根据设定的跳汰频率f，算出跳汰周期t，将其分成100份，其百分之一作为定时中断时间间隔。在达到相应的电磁风阀所要求的打开（或关闭）时刻（即进气开始、进气结束、排气开始、排气结束的时刻）时，PLC输出相应控制信号。4）为了防止跳汰风量的不足，程序尚可实现跳汰I段（包括I、II跳汰室）、II段（包括III、IV、V跳汰室）的跳汰反相（I段进气时，II段排气；I段排气时，II段进气），可保证跳汰机在风量不足情况下的不间断工作。程序对所有跳汰参数设有掉电保护措施，当重新上电时，自动恢复掉电前所设置的参数。

图3 系统程序框图

图4 主程序框图

4 结束语

跳汰机电磁风阀采用可编程序控制器控制后，跳汰过程可靠性高、操作简单、维护工作量小，克服了以往单片机控制系统存在的可靠性和稳定性低等缺点，为洗煤厂的可靠运行起到重要保障作用。

[1] 李洪庆.跳汰机风阀自动控制[J].选煤技术,1999(5):33-36.

[2] 李军利,黄艳芳,熊诗波.跳汰机电磁风阀的PLC控制[J].煤矿机械,2001(2):48-52.

[3] 侯玉刚,于春风.基于PLC跳汰机控制系统的研制[J].中国煤炭,2007(8):56-60.