xxxxx房屋拆迁有限责任公司xxx年工作总结
Xxxx房屋拆迁有限责任公司
xxxx年工作总结
201*年，在全体职员的共同努力下，公司的拆迁业务得到了进一步的拓展，全年共完成房屋拆迁面积xxx，实现经济收入xx万余元，较为圆满的完成了年初制定的工作目标。在这一年当中，我们坚持以安全生产为基本原则，杜绝了安全事故的发生，实现了良好的社会效益和经济效益。
回顾全年，我们主要做好了以下几点工作：
一、以“安全、快速、低损、高效”为工作宗旨，安全、高效地完成了各项拆迁业务，实现了社会效益和经济效益双丰收
根据我县旧城改造和经济发展的需要，201*年，公司本着“安全、快速、低损、高效”的工作宗旨，承揽并完成了城区内7栋废旧房屋的拆除业务，先后安全、高效地拆除了xx县生资公司仓库2栋，拆除房屋面积近xxx平方米，拆除xx县电力局职工宿舍楼2栋，拆除房屋面积xxx余平方米，拆除xxx县氮肥厂厂房1栋、住宅楼2栋，拆除房屋面积xxx余平方米，全年共安全拆除废旧建筑物xxx余平方米，无一安全事故发生，取得了良好的社会效益和经济效益，同时也为我县的旧城改造和经济发展作出了一定的贡献。
二、严肃安全生产，加大职工安全教育和安全生产资金的投入，确保了各项业务的顺利完成
房屋建筑拆除是一种高危作业，为了杜绝各种安全生产事故的发生，公司加大了职工安全教育和安全生产资金的投入，对安全生产工作常抓不懈；坚持从业人员百分之百岗前培训和在岗培训，在生产过程中，公司不定期的组织安全生产方面的知识教育，进一步强化了职员的安全意识，消除了职员思想上的安全隐患；及时组织一线作业人员参加意外伤害保险，解决了职员的后顾之忧，为确保了各项拆迁业务的顺利完成提供了有力保障。
三、加大管理力度，制定并坚持了专人专职、安全责任到人的管理制度，巩固了工作成果，提高了工作效率
在管理方面，我们力争“外树形象，内强素质”，组织公司管理人员集体参加安全生产知识培训和考试、考核，各管理人员在取得了湖南省建筑施工企业从业人员安全生产知识考核合格卡后，根据各工地的需要，由公司指派到各岗位执证上岗、任职，并制定了专人专职、安全责任到人的管理制度，各岗位责任到人，从而提高了管理人员的工作能动性，保证了各项拆迁业务的安全、顺利完成，巩固了工作成果，提高了工作效率。
四、克服困难，认识不足，坚持安全生产不动摇，确保了公司拆迁业务健康、稳定、可持续性的发展
在各个拆迁项目的具体实施阶段，技术难题、施工工期等各种实际困难相继出现，针对这种情况，公司组成了技术攻关小组，并加强与兄弟单位的合作，在出现施工技术难题时，由主管副经理负责组织技术攻关，在进行可行性论证后，再根据具体施工方案组织施工，杜绝了盲干和蛮干现象的出现；在赶进度、抓工期期间，因为作业工种的特殊性，公司坚持以安全生产为前提，在人员调动上，坚持恶劣天气不出勤、高温天气不加班，宁愿降低材料回收率，以机械代替人力施工来换取生产的安全和有效工期，在这种正确的管理理念的指导下，公司的拆迁业务得到了健康、稳定、可持续性的发展。
一年来，我们虽然取得了一定的工作成绩和工作经验，但我们今后的工作还任重而道远。201*年，我县的旧城改造工作力度将会继续加大，预计拆除重建的旧房面积将在3万平方米以上，这是公司业务进一步发展的大好良机，因此，在来年，我们要再接再厉，继续加强管理，努力提高自身的业务能力和业务水平，力争业务量翻番，经济效益翻番，为公司的发展打开一个全新的局面。
xxxxxx房屋拆迁有限责任公司
xx年xx月xx日
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编号：（）字号
本科生毕业设计（论文）
题目：基于PLC的跳汰机自动控制系统研究姓名：史晋波学号：21106823班级：电气工程及自动化201*-2班
二一二年六月
中国矿业大学
本科生毕业设计
姓名：学院：专业：设计题目：专题：指导教师：
史晋波学号：21106823应用技术学院电气工程及其自动化基于PLC的跳汰机自动控制系统研究张建文职称：教授
201*年6月徐州
中国矿业大学毕业设计任务书
学院应用技术学院专业年级电气二201*-2学生姓名史晋波
任务下达日期：201*年2月20日
毕业设计日期：201*年3月5日至201*年6月4日
毕业设计题目：基于PLC的跳汰机自动控制系统研究
毕业设计专题题目：
毕业设计主要内容和要求：
跳汰机是一种重要的煤炭洗选设备，洗煤厂综合自动化已成为一种主流发展趋势。
本毕业设计要求全面了解跳汰洗选工艺和生产过程、系统组成、监测和控制节点和参数；以PLC为控制核心，设计一种基于PLC的跳汰机自动控制系统，要求对PLC、输入输出模块等进行具体选型，设计出完整的控制系统结构，并进行相应的程序开发和仿真实验。
另外，翻译与本毕业设计内容相关的、最新的、字数不少于3000的外文资料；参阅中外文参考文献资料不少于40篇，其中外文资料不少于15篇。
院长签字：指导教师签字：
中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书
指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③
研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
成绩：指导教师签字：年月
日
中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书
评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学
知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
成绩：
评阅教师签字：年月
日
中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书
评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学
知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
成绩：评阅教师签字：年月
日
中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩
答辩情况回答问题提出问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日
摘要
跳汰选煤作为一种基本的选煤方法，在如今的选煤技术中仍然占有很大一部分的比例。影响洗选过程的因素很多，如：给煤量及均匀性、跳汰机风阀周期特性（跳汰频率及进、排气时间）、风量和水量、床层状态、洗水浓度等。跳汰机的关键设备——电磁风阀直接影响跳汰机的运行。通过改善电磁风阀的控制效果来提高精煤产率，已经成为跳汰选煤的研究热点之一。
本论文研究了基于PLC的跳汰机风阀的自动控制系统，区别于以前的逻辑控制或传统PID控制。首先，介绍了风阀类型及各自的优缺点并简述风阀控制系统的控制策略；其次，重点研究了风阀控制系统的软硬件设计：硬件部分包括PLC选型与I/O分配及外部接线图，软件部分详细介绍了风阀控制系统的组成、程序设计与仿真等。
在整个控制系统中，通过上位机对PLC进行编程，TD200完成参数设定，输出采用中断响应法控制进、排气时间来确保程序执行的实时性，达到了预先设定的控制精度，实现了最优控制，提高了精煤产率，获得预期的效果。
关键词：跳汰机；可编程控制器；风阀控制
ABSTRACT
Jiggerasoneofbasicmethodstillprevailsinpartofthescaleintoday"scoalcleaningtechnology.Therearemanyfactors,whichaffecttheeffectofcoalrunning,suchascoalquantityanduniformity,controlsofair-valve,airandwater,theststusofcoalbed,washwaterconcentrationandsoon.Thekeyequipmentofthejig-electromagnetismair-valvedirectlyaffectstheoperationofthejig.Amendingthecontrolsffectoftheair-valvetoimprovetherefiningcoal’srateisbeingoneofthestudyhotspotinjigger.
Inthisthesis,anauto-controldraftforjiggingair-vavlebasedonPLC,differentfromlogicalcontrolandtraditionalPID.Firstly,introducedtheair-valve’stypeandtherespectiveadvantagesanddisadvantages,andtheair-valvecontrolsystemcontrolstrategy;second,focusontheair-valvecontrolsystemhardwareandsoftwaredesign:thehardwarepartincludestheselectionofPLCandI/Odistributionandtheexternalwiringdiagram,thesoftwarepartintroducestheairvalvecontrolsystemcomposition,programdesignandsimulation.
Inthewholecontrolsystem,throughthehostcomputerprogrammingofPLC,TD200completeparameterset,outputusinginterruptresponsemethodtocontroltheinlet,exhausttimetoensurethattheproceduresfortheimplementationoftherealtime,reachedapredeterminedcontrolprecision,realizetheoptimalcontrol,improvethecleanedcoalyield,obtaintheanticipatedeffect.
Keywords：jigger；air-valvecontrol；PLC
目录
1绪论.................................................................................................................................1
1.1跳汰选煤技术发展..............................................................................................11.2我国发展现状......................................................................................................22跳汰机及其选煤机理.....................................................................................................2
2.1跳汰机的分类......................................................................................................22.2跳汰机的工作原理..............................................................................................42.3跳汰机操作工艺因素..........................................................................................53跳汰机风阀与控制策略...............................................................................................11
3.1跳汰机风阀........................................................................................................113.2风阀控制系统控制策略....................................................................................164跳汰机风阀控制系统硬件设计...................................................................................17
4.1风阀控制系统原理............................................................................................174.2可编程控制器....................................................................................................184.2.1I/O信号............................................................................................................184.2.2PLC技术指标..................................................................................................194.2.3I/O外部接线图................................................................................................205跳汰机风阀控制系统软件设计...................................................................................21
5.1风阀控制程序....................................................................................................225.2通讯程序............................................................................................................376总结...........................................................................................................................41参考文献...........................................................................................................................42翻译部分...........................................................................................................................44
英文原文...................................................................................................................44中文译文...................................................................................................................52致谢...............................................................................................................................59
中国矿业大学201*届本科生毕业设计第1页
1绪论
1.1跳汰选煤技术发展
跳汰选煤的发展至今已有100多年历史。最初用于选煤的是一种手动的动筛式跳汰机，也就是把人工淘选矿沙的方法应用于选煤。到了19世纪中叶以后，由于冶金、机械工业的兴起，跳汰选煤得到迅速发展。1840年开始，在煤矿中应用了偏心传动的具有固定筛板的活塞式跳汰机。1892年出现了第一台类似现代形式的用压缩空气驱动的无活塞跳汰机。随着选煤技术的发展，在跳汰机的研制方面，也逐步得到改进和完善。从筛侧空气室跳汰机到筛下空气室跳汰机，对提高跳汰机单机处理量有了较大突破，使跳汰机台时处理量由原来的几吨、几十吨，发展到现在的几百吨。跳汰面积由几平方米、十几平方米，逐步发展到如今的40m2的大型跳汰机。在一定的跳汰理论指导下，改进了跳汰机风阀的结构：由原来的滑动风阀改进为旋转风阀，特别是20世纪80年代初期，我国选煤技术人员研制成功的并被广泛使用的数控风阀，使跳汰机内水流脉动更趋于合理。在跳汰机结构设计方面，消化、吸收国外先进技术，研制的SKT系列和X系列新型跳汰机能与世界先进水平相媲美；跳汰机水流脉动合理、脉动水流沿跳汰机筛板宽度分布均匀，产品排放准确畅通，处理量大，分选效率高。
世界各主要国家的选煤方法的比例（201*年）大致如表1.1所示。近来又有些变化，南非又开始研究应用跳汰选煤，而我国由于难选煤和极难选煤的增多和大直径重介旋流器的发展，跳汰选煤所占的比例将有所下降。跳汰选煤分选精度虽然不如重介方法，但它的投资费用和生产费用较低，工艺系统简单可靠，随着跳汰机结构的不断完善和智能化，跳汰选煤具有更广泛的适应性，因此仍是目前主要的选煤方法。
表1.1主要产煤国家的选煤方法的比例（%）选煤方法跳汰重介泡沫浮选其它美国13521817澳大利亚2260108南非085510中国6023143印度4735216德国791560俄罗斯46241018英国30301525随着选煤工业的发展，对跳汰理论的研究也日益被人们所重视。从1867年奥地利人雷庭智开始研究单个颗粒在流体介质中的运动规律起，至今已有100多年的历史。由于跳汰过程的影响因素很多，而且各种因素的变化又很大，因而，跳汰理论的研究相对较困难。至今对跳汰理论的认识还不够充分，虽然已提出了许多种跳汰假说，从不同方面对跳汰分选过程进行了分析、研究和探讨，其中一些比较好的假说，也只能反映跳汰分选过程某些方面的规律性，对选煤生产起一定的指导作用，中国矿业大学201*届本科生毕业设计第2页
但还没有得出一种能为大家一致公认的理论。
1.2我国发展现状
跳汰选煤是在垂直升降的变速介质流中按矿粒密度进行分选的过程。是否采用跳汰方法选煤的关键看原煤的可选性。而原煤的可选性就是原煤在洗选过程中获得一定质量产品的可能性和难易程度。它是一种工艺技术评价指标,主要评价在某种选煤过程中能否获得既定质量的产品。影响原煤可选性难易的因素主要是产品的质量要求、选煤方法和工艺技术。而可选性难易又决定采用哪种选煤方法。原则上,中等可选、易选的和极易选的3种原煤都应采用跳汰选煤方法。难选煤是用跳汰选还是用重介选,应通过技术经济比较后来确定,对极难选煤,原则上必须采用重介法,以求高水平、高质量和高效益。
我国煤炭可选性从整体上说属中等可选和难选,有部分易选和极难选。从选煤业开始至今,由于重介选是一个相对新的工艺,并一直处在不断完善之中,又由于经济实力等原因,除干选等特殊工艺外,一般都采用了成熟且技术经济比合适的跳汰选煤方法,并在实践中进一步完善,如不断提高自动控制水平。从我们对各省矿区选煤工艺调查情况来看也说明了这一点。我国大部分选煤厂采用跳汰方法及其工艺,或与浮选、重介联合的选煤工艺。调查中发现,有的选煤厂由于管理科学、工艺合理,跳汰机虽然使用时间较长,也能正常工作,且能满足正常生产的需要。
2跳汰机及其选煤机理
2.1跳汰机的分类
目前，选煤和选矿用跳汰机已有近百种之多，大致分类如下：
跳汰机水力跳汰风力跳汰定筛跳汰机动筛跳汰机隔膜式空气脉动式活塞式液压式机械式筛侧空气室跳汰机筛下空气室跳汰机图2.1跳汰机类型
筛上空气室跳汰机中国矿业大学201*届本科生毕业设计第3页
按入选物料的粒度来分可分为：块煤跳汰机（入选物料粒度为10或13mm以上的）、末煤跳汰机（入选物料粒度为10或13mm以下的）、不分级煤跳汰机（入选物料粒度为50或100mm以上的）和煤泥跳汰机等。末煤跳汰机也常用于入选不分级原煤。
按所选出的产品种类来分，可分为：单段跳汰机（仅选出两种最终产品），两段跳汰机（能选出三种最终产品）和三段跳汰机（能选出四种最终产品）。
按其在流程中的位置来分可分为：主选跳汰机（入选原煤）和再选跳汰机（处理主选中煤）。
按重产物的水平移动方向来分可分为：正排矸式（矸石层水平移动方向与煤流方向一致的排料方式）和倒排矸式（矸石层水平移动方向与煤流方向相反的排料方式）。
按跳汰机脉动水流的形成方法来分可分为：活塞式跳汰机、隔膜跳汰机和空气脉动跳汰机。
在选煤厂隔膜跳汰机用得较少，活塞式跳汰机也只有地方性的小厂使用，多数是依靠自己的力量就地制造的，而空气脉动跳汰机却被广泛使用。空气脉动跳汰机按其空气室的位置不同，可分为筛侧空气室式跳汰机和筛下空气室式跳汰机两种。
以筛下空气室式跳汰机为例，筛下空气室跳汰机的空气室安设在跳汰机体内的下方。筛下空气室跳汰机的工作过程是将压缩空气经风阀控制，交替地压入和排出空气室，从而使跳汰机中的水位上升和下降，形成脉动水流。筛下空气室跳汰机由矸石段与中煤段组成，在矸石段有两个跳汰室，中煤段有三个跳汰室。每个跳汰室有三个空气室，每段空气室间距相等。在每个跳汰室装设两个电磁风阀，一个风阀为进气阀，另一个为排气阀。压缩空气由空气室的一端给入，在跳汰室顶部有上下两个孔，上面的孔与风阀的进气口相连，压入压缩空气，下面设有五个风水管，分别与空气室的进水孔相通。在每个风水管上装有风阀，用来调节各室的补充水量。结构如下所示：中国矿业大学201*届本科生毕业设计第4页
43原煤25711精煤109681315141矸石中煤
图2.2筛下空气室跳汰机基本结构
1下机体；2上机体；3风水包；4风阀；5风阀传动装置；6筛板；7水位灯光指示器；8空气室；9排料装置；10中煤段护板；11溢流堰盖板；12水管；13水位接点；
14排料装置电动机；15检查孔
2.2跳汰机的工作原理
跳汰是在交替上升和下降的水流中，使受分选的物料按颗粒密度不同进行分离的过程，跳汰机是实现这种过程，且使这种操作得以连续进行的设备。
跳汰机由箱体、隔板、风阀、筛板及自动控制系统组成。隔板是未达机底的垂直隔板，将机箱分成两个部分，带有筛板的工作室和空气室。由于风阀的进、排气作用，在空气室中造成交替上升和下降的脉动水流，受分选的物料中各种不同密度和形状的颗粒，就是在这样的水流中进行分离。
当水流向上冲击时，筛面上的物料被扬起，并呈悬浮状态，轻重、大小不同的矿粒具有不同上升和下沉的速度。互相移动位置，在上升水流末期，不同密度和粒度的颗粒开始按各自的沉降速度下沉，高密度的粗颗粒沉降得最快，位于下层，低密度的细颗粒位于上层，当水流下降时，又产生吸啜作用，高密度的细颗粒在吸啜力下，穿过粗粒间的间隙，透过筛板落入机体下部，称谓“透筛”排料，低密度的细粒煤由于沉降速度慢，覆盖在上层。
在连续跳汰过程中，入料一方面在上升下降交变的水流中按密度分层，另一方面又在水平流的作用下，物料由入料端向排料端移动，上层的轻产物将与水一起，流过溢流堰，排出机外，中煤与矸石分别从矸石段和中煤段的排料闸门排放到机体下部，并与透筛物料一起被斗式提升机运走。中国矿业大学201*届本科生毕业设计第5页
物料在跳汰过程中之所以能分层，起主要作用的内因是矿粒自身的性质，但能让分层得以实现的客观条件，则是垂直升降的交变水流。由于它的存在，原本密集的床层获得松散，同时在已获得松散的床层中，密度、粒度、形状各不相同的颗粒，表现出不同的运动状态，最终得到矸石、中煤和精煤三种产物。
ⅠⅤⅥⅢⅣ中煤段Ⅱ矸石段
图2.3跳汰机的工作原理
Ⅰ原煤；Ⅱ精煤；Ⅲ精煤和中煤的混合物；Ⅳ中煤；
Ⅴ中煤和矸石的混合物；Ⅵ矸石
2.3跳汰机操作工艺因素
影响跳汰选煤效果的主要因素是原料煤性质（密度和粒度组成）、给煤量与均匀性、跳汰机结构和跳汰机的工作制度等。在生产条件下，跳汰机已定，原料煤在一定时期内相对稳定，因此跳汰机工作制度就成为影响跳汰分选效果的重要因素。但工作制度的调整仍与原煤的性质有关。
1．给煤量及均匀性
随着采煤综合机械化水平的提高，资源利用的日益扩大，毛煤和原煤质量日趋恶化，细粒度含量增高，而入选的原料煤大都未经均质化处理。跳汰机入料性质的波动及给煤量的变化将会对跳汰机的工艺效果产生显著的影响。因此，要求入料性质（密度和粒度组成）的波动应尽量小，能够在稳定在适当的范围内，给煤量和给煤速度要均匀，以保持床层稳定，并在一定的风水制度下保持床层处于最佳的分选状态，以降低煤在矸石中的损失，提高分选效率。相反，如果煤炭可选性时易、时难，给料时多、时少、时断、时续，就会导致床层不稳定，这对分选是不利的。同时，给料沿跳汰机宽度上分布要均匀，伴随物料给入的冲水一定要使原煤润湿，防中国矿业大学201*届本科生毕业设计第6页
止打团、漂浮，使精煤质量降低，特别是分选不分级煤和粉煤含量较高时更为重要。要注意给料粒度组成的影响。细粒需要较高的分选密度，而粗粒则分选密度较低。但如果某一中间粒级过少，则会给分选带来困难。床层中要有一定的细料物料量，用来填充床层中的空隙，帮助调节下降流吸啜作用对大粒级的影响，以减少水量消耗又不影响效率。但过量的末煤将会引起床层拥塞和水流脉动的迟缓，使床层失去活动性，应急的解决办法是减缓大粒级的排放速度。
对于分选25~0mm的煤或者10~0mm的煤要采用人工床层。
原煤在入选前要采用电磁除铁器除铁，动筛或手选出矸石、除杂，大块经破碎后入洗。另在跳汰机矸石段、中煤段分别设有除杂装置，给煤机采用变频调速装置（由跳汰机控制柜控制），可有效保证给煤量和均匀性，基本上能保证精煤的纯度。
对于用同一种跳汰机可能分选几个矿原煤的选煤厂和分选性质差异较大的几个煤层煤的选煤厂，为了确保入料性质均匀性，应尽可能采取均质化或配煤入洗的措施，以使原煤均质化入洗。
2．跳汰频率与脉动水流振幅
跳汰频率和脉动水流振幅是跳汰过程中的重要调整参数，频率决定一个跳汰周期所经历的时间，而脉动水流的振幅决定床层在上升期间扬起的高度，它们直接影响床层的松散度和跳汰分层。
影响跳汰频率和振幅的因素是：物料粒度与床层厚度，给煤量及物料的相对密度。一般，跳汰频率低，处理量相对较大。高频率跳汰仅能使床层小部分膨胀，因此对于分级块煤或易选煤频率太高是不可取的。当给料中细粒煤含量过多（超过25%）时最好预先脱泥。低密度物要求较低的跳汰速度，因为沉降速度较慢。
在风阀进、排气口面积一定的情况下，增大频率加快了进、排气口的打开速度，空气室升压速度加快，以较大的爆发力驱动水流运动。反之，升压缓慢则水流振动无力。正常情况下，可以通过改变跳汰频率来调整床层的松散度。
加大频率通常都是振幅降低，吸啜力增加，适合于细颗粒煤洗选。当原料煤粒度发生变化时，可用改变跳汰频率的方法来调整床层状态。一般情况下，末煤跳汰频率高于55次/min，块煤低于45次/min，不分级煤跳汰频率为30~60次/min。采用这样的频率一般都能满足床层松散度的需要，得到较好的分选效果。
为了满足矸石段、中煤段各自不同的分选需要，有的跳汰机（如SKT201*型）采用多频脉动技术，矸石段、中煤段可根据需要分别设定不同的频率。矸石段物料密度高、粒度大，可采用较低的频率；中煤段物料密度低、粒度小，可采用较高的频率。
一般可用改变风压、风量（调节风门）、风阀进气孔和排气孔面积以及频率的方法调整振幅。调整振幅，同时也改变了床层的松散度。有的跳汰机（如SKT型）为了方便调整，在进、排气口分别设有手动或电动蝶阀，用来适当调整进、排气口面积，以达到所需的洗水振幅。进、排气口面积同时加大才能提高洗水振幅。中国矿业大学201*届本科生毕业设计第7页
跳汰频率对整个跳汰周期中各阶段的时间都按比例增减，但对洗水振幅的影响较大。在现场实际操作中，振幅和频率的调整要相互配合，合理搭配。
床层必须扬起的高度主要与给料的粒度及床层的厚度有关。矸石段粒度大、床层厚，就要求有较大的洗水频率。中煤段粒度大、床层薄，要求有较小的洗水频率。在同段内，顺煤流方向由大变小。SKT系列跳汰机的跳汰频率可根据需要调整，调整范围可达30~150mm。
3．风阀周期
风阀周期是指风阀进气、膨胀、排气和压缩（休止）期时间的设置比例。在煤质稳定的情况下，一般很少再调节。
在一个周期内，进气使床层升起，膨胀使床层松散度分层，排气是粉矸透筛。各期的选择应根据物料的性质来确定。物料中矸石含量多时，应选用较长的进气期；粉矸多时，为了加强吸啜透筛，减少粉矸污染精煤，排气期应长一些。若物料中细颗粒煤含量较多，排气期应短一些，以防止精煤损失。
理想的情况是水流在相对较短的时间内做上升运动后，床层沿全高度的松散度能达到最大值，然后使颗粒尽可能按各自的相对密度干扰沉降，知道颗粒密实后开始第二个周期。在操作过程中，要注意进气期不能太长，进气期过长，床层翻花不利于分层，应以达到跳汰所需的振幅为宜；排气期要设置合理，空气室内要留有一定的余压。排气期过长，排气口会出现喷水现象，甚至无法正常跳汰分选。此外，在同一段中各室风阀的周期特性要保持连续，以使床层向前运动是均匀协调。脉动水流特性主要决定风阀的周期特性。合适的风阀特性必须由实践来确定，用产品质量、处理量、数量效率等指标来衡量。
图为某筛侧空气室跳汰机风阀周期的进、排气期的分配情况。
5次脉动=6s膨胀压缩进气排气0.5s0.55s0.075s360°360°360°（a）风阀周期中国矿业大学201*届本科生毕业设计第8页
150.0°进气压缩排气膨胀22.5°图2.4某筛侧空气室跳汰机风阀周期的进、排气期的分配
新型SKT跳汰机采用多室共用数控立式锥形变径滑动风阀，各段周期特性一致，可以保证床层的整起散落，为跳汰分选创造了有利的条件。
4．风量和水量
风（压缩空气）的作用是鼓动水流脉动。单位时间内风量越大，压入的水量越多，床层升起越高，排气期下降水速也相对较大（与空气室剩余风量和风压有关）。
风是跳汰选煤的动力源。风量可以改变振幅，从而通过水量来改变床层的松散度。增大风量使床层升的更高，造成水流较强的上下脉动。
矸石段的风量要比中煤段的风量大一些，粒度大时适当增加风量，粒度小时适当减少风量。通常，筛侧空气室跳汰机用的风压为0.018~0.025MPa，筛下空气室跳汰机用的风压为0.025~0.05MPa。用风量参见下表。鼓风机能力一般约为7.5m3/m2筛板面积。
表2.1跳汰机用风量跳汰机的类型筛下空气室跳汰机筛侧空气室跳汰机混合入选选块煤选末煤水的作用是作为一种介质使床层升起，形成分选空间，使矿粒相对运动实现分层，并从跳汰机中排出。
用水量包括筛下顶水（反向水）和与给料一起进入的冲水（上部水）。顶水提供水流脉动，吸啜作用和促进活动性，而上部冲水则是湿润给料和使其划入跳汰室。
22.5°165.0°（b）风阀周期划分
单位筛面空气耗量/m3（m2min）-15～65～65～65～63～中国矿业大学201*届本科生毕业设计第9页
冲水量约占总水量的20%~30%，顶水约占70%~80%（粗略计，顶水和冲水的比例大约是2：1）。增加顶水量，能提高床层松散度，减弱吸啜作用和细颗粒透筛，并加大水平流速。过多的上部冲水，将造成过快的水平流，加大了颗粒粒度和形状对分选的影响。
通常，分选0~50mm不分级煤时，水量消耗约为2.5~3m3/t（原煤）。大型跳汰机的用水量要少些，约为1.5~2.5m3/t（煤）（其中约0.75~1.25m3/t是筛下水）；分选块煤时，水量消耗约为4~5.5m3/t（原煤）。现代高效选煤厂的水量消耗一般小于1m3/t（原煤）。
水的总量随着给料总量和风阀周期而变。细粒和未分级的原煤要求的水量大大少于预先分级的物料。细粒含量高的原煤需要较多的上部冲水，已克服细小矿粒“打团”现象，避免在床层上部滚动，不能被分选并污染精煤产品。
水的压力也非常重要。其它设置都调好后，再调水压，调好后不应随意改变。带有溢流的定压水箱是较好的压力源。
筛孔尺寸对水流运动和水流作用于床层的速度有重要的影响。通常用直径上小下大的锥形孔，或者条形筛孔，防止堵塞。大孔产生大的下降流。筛孔一般为5~30mm，5~20mm的小孔用于粗粒煤跳汰（120mm×0.5mm），而大孔则用于人工床层（长石）的细粒煤的跳汰。这是用筛孔控制下降流常用的方法。
风量和水量的正确配合对分选至关重要。在一定范围内增加风量或者水量都能提高床层的松散度。若减小脉动，需要降低风量和水量；若增大下降流，需增加风量或减少水量。反之，减少风量增加水量。加大风量能提高下降期的吸啜作用，而加大水量却是减弱它的作用。在筛下顶水的分配上，矸石段比中煤段用量大，而且各分室通常是从入料端到排料端依次减少。下图表明了跳汰机各室风阀和水阀开启的相对大小。在实际操作中，应根据具体情况和工作经验灵活运用。
全开风阀水阀关室第一段第二段
图2.5跳汰机各室风水调节中国矿业大学201*届本科生毕业设计第10页
采用多室共用风阀的SKT跳汰机，风量的调整只能是分段进行。各室水量可用电动阀门随意调整，以达到满意的跳汰分选条件。
5．床层状态
床层运动状态决定着矿粒按密度分层的效果。
床层厚度变化的原因来自两个方面，一是给料变化，当粒度组成发生变化时，溢流和底流床层的厚度比值随之波动；二是排料系统，常因排料连续性较差而引起床层厚度比例失调。
排料口大小决定重产物层厚度。当给料中含有大于100mm的大块时，床层厚度应大于最大粒度的3倍，以保证它们在固水介质中有效分选，以防止原料煤刚进入跳汰机就立刻沉降到筛板上。在满足上述要求时，床层应尽可能薄，以使其在脉动水流中快速而有效的运动。
为保持床层厚度相对稳定，要有准确测床层厚度的传感器，有良好的自动化排料系统以改善其对入料变化的适应能力。
整个床层必须具有可动性。这可用探杆（木棒或金属棒）来探测。水流上升时，探杆稍稍升起，水流下降时向前沉下，稍施压力即能停在筛板上。较好的情况是，在上升流情况下向床层插入探杆时，感到细粒向上推，而在下降流时是向下推动。如果感到太猛烈，则先要减少水量和空气量。如果床层过死或者床层上部出现硬盖，都将严重影响产品质量。
通过调整筛板倾角和风水量，可以控制床层水平移动速度，使它与床层分层速度相适应，物料到达排料闸门时应按密度分好层，并使矸石床层和中煤床层沿跳汰室全宽的水平移动速度与原煤中矸石和中煤的含量相适应，以保证合适的重产物层厚度，并创造良好的分选条件。
正确的床层厚度由排料口控制，这要有些实践经验，。当给料组成在规定范围内时，为防止床层厚度随上升水流剧烈变化，由浮标排料装置来控制，自动保持床层厚度。厚度和流动性要常检查，不同物料层在跳汰室中运动速度也不同（如下图），要防止矸石床层厚度变薄。矸石层缺失时可从斗子内的产品中看出，它含有粗粒煤并与普通粒度的矸石混在一起。中国矿业大学201*届本科生毕业设计第11页
水面水煤600～900mm/s50～75mm/s中煤矸石5～12mm/s5～9mm/s
图2.6床层运动速度
筛板现代跳汰机多采用取消溢流堤的连续“稳静”排料方式，或者低堰式自动测控排料系统，在一定程度上改善了对入料变化的适应能力。但在操作的过程中仍要注意根据原煤性质的变化随时调整活动溢流堤或阀门的高度，以确保合适的重产物层厚度与稳定的透筛排料。
6．洗水浓度
矿粒在水中的沉降末速是其密度和粒度的函数，大块煤与小块矸石可达相同的沉降末速。水中细粒固体物越多，介质密度相对增大，同效分选的粒度范围越宽。
然而实践经验确是，在清水中洗选总是可以得出更纯净的最终产品。这与上述理论似有矛盾。有人解释是，随着“介质”相对密度的增高，举起矿粒所需要的水速减小。于是相同的水流上升速度，能将更大的矸石升到较高层位上。当然，这一水速不应过大，否则可能污染精煤。
我国多数选煤厂为混合入选，对目前的一些跳汰机型而言，供跳汰用的洗水浓度不宜大于50～80g/L。使用更高浓度的洗水虽然也可以分选，但将使分选变的困难，影响精煤质量，降低分选效率。
3跳汰机风阀与控制策略
3.1跳汰机风阀
风阀是跳汰机的关键装置，它控制跳汰机空气室周期性地与风包和大气相通，从而造成周期性的进气和排气，是水流产生合理的脉动，是物料达到较为理想的松散分层。风阀的结构直接影响着水流在跳汰机中的振动特性。因此，此装置在不断地加以改进和发展，从作垂直往复运动的滑动风阀发展到作旋转运动的旋转风阀，而后又发展到用电子数控装置和电磁阀控制的数控风阀。中国矿业大学201*届本科生毕业设计第12页
1.滑动风阀
滑动风阀的构造见图。它是由顶部封闭的圆筒形壳体1和圆筒形的空心滑阀2组成。壳体固定在跳汰机的空气室之上，其上端进气管与压缩空气源联接，下端则与空气室相通。外壳四周开有三排窗孔（排气孔），滑阀上对应地开有窗孔。滑阀用拉杆与偏心轮联接，偏心轮转动时滑阀上下作往复运动。
当滑阀向下运动时，外壳体上部的进气孔打开，排气孔封闭，压缩空气经空心滑阀进入跳汰机的空气室，这便是进气期。当滑阀向上运动时，关闭进气孔而打开排气孔，空气室的空气被排放至大气中，这就是排气期。为使进气孔与排气孔不致窜通，进气与排气之间有一短时间的间歇，此时进气孔已关闭而排气孔尚未打开，压缩空气在空气室内继续膨胀，故称为膨胀期。在排气后期和进气初期之间同样也有一段短暂的间歇时间，这时排气孔已关闭而进气孔尚未打开，空气室内的空气因水位上升而受到压缩，故称压缩期。
164325
（a）（b）
图3.1滑动风阀的构造及工作原理
1外壳；2空心滑阀；3进气管；4进气孔；5排气孔；6拉杆
滑动风阀就是利用滑阀上下作往复运动，使跳汰机空气室周期性的进气、膨胀、排气和压缩，促使在跳汰室产生脉动水流，实现物料在跳汰机中进行分选。调整拉杆的长短可在小范围内改变进气期和排气期的长短。但此结构特别复杂，难以采用。所以目前现有风阀的特性曲线是固定不变的，即在一个周期内，其进气期100°、膨胀期10°、排气期170°、压缩期10°。
在同样的分选条件下，跳汰机使用旋转风阀要比使用滑动风阀的处理量大。所以，滑动风阀现已大多被旋转风阀所代替，仅在一些老厂中尚还使用。
2.旋转风阀
各种跳汰机的旋转风阀，其结构和参数虽有所不同，但其工作原理是基本相同中国矿业大学201*届本科生毕业设计第13页
的。旋转风阀主要是由水平放置的铸铁外壳定子、带有手柄可以转动的进、排气调整套和转子组成。定子下部有两个矩形开口，一个开口与风箱接通进气口，另一个开口用管子穿过风箱与跳汰机空气室相联排气口。转子是一个中间被隔板分成进气和排气两部分的空心铸铁圆筒，在这两部分的相背方向分别开有矩形的进气孔和排气孔；转子套在转子轴上，转子轴分别装在左右两端堵盖的滚动轴承上；进气端的堵盖用螺钉固定在外壳端部，并构成封密；排气端的堵盖是通的，只是用以支持轴承，从跳汰室排出的压缩空气可以通过这个堵盖排到大气中。在定子与转子之间套着用来调整风阀进、排气口面积的调整套。调整套上开有矩形孔口，并装有手柄以转动调整套位置。为了不使调整套被转子所带动，手柄上有固定爪，固定爪嵌合在外壳的扇形齿板上。并用压紧螺钉固定。进气和排气调整套可以分别独立地进行调整。风阀进、排气口面积是指定子与转子进、排气孔相遇的开口面积。
当转子的进气孔与定子的进气孔相遇时，从进气导管通入的压缩空气进入空气室，这时排气孔被关闭，形成进气期；转子继续转动，当定子的进气孔被转子盖住，而排气孔仍未与转子的排气孔相遇，压缩空气在空气室内继续推动水面，这就是所谓的膨胀期；直到转子的排气孔与定子的排气孔相遇时，膨胀过的压缩空气才从转子的排气孔沿排气端堵盖排至大气中，这就是排气期。多数旋转风阀没有压缩期，即转子的排气孔一离开定子的排气孔时，转子的进气孔与定子的进气孔就马上相遇。
在跳汰室中水流的上升期常常滞后于风阀的进气期，这是因为只有当跳汰室的气压上升超过下降水流的动能以及两室间的液位差所形成的压力时，跳汰室内的水流才能回升。所以需要在空气室里有一段升压的时间，这段时间的长短取决于风压的大小、空气室的容积和风阀的结构特点（特别是风阀的进、排气面积）等因素。利用电子示波器测试筛侧空气室跳汰机的滞后角度为40°～60°，筛下空气室跳汰机的滞后角为700°～100°。
跳汰室中水流下降期开始的时间一般都发生在排气孔打开之后，若风阀的膨胀期较长，下降水则与排气孔打开同时发生；若风阀特性没有膨胀期或膨胀期较短，则下降水稍有滞后。这是因为水流运动具有惯性的缘故。
风阀进气孔的面积要保证跳汰机空气室的气压在进气初期能迅速上升到所需的压力，使脉动水流具有所需要的最大速度和加速度。因此，风阀进气孔面积大小与使用的风源压力、跳汰机的结构和入选物料粒度等因素有关。在其他条件不变的情况下，风源压力高，开口可小些；跳汰机空气室和水的沿程阻力大，进气孔面积也要求大些。块煤分选机比末煤分选机所需要的进气孔面积大。风阀进气面积差别很大，大约为跳汰机面积的。由于排气时压力比进气时压力低，所以排气孔面积比进气孔面积大些，特别是筛侧空气室跳汰机，进气孔面积约为排气孔面积的50～90%。
风阀进气孔的弧线长度占其圆周的度数称为风阀开口角。由风阀特性曲线可中国矿业大学201*届本科生毕业设计第14页
知，在风阀进气孔面积不变的情况下，开口角度愈小，曲线上升就愈陡，跳汰机空气室压力上升愈快，上升水流更强有力（加速度较大），对提高分选效果有时会有某些好处。但是在风阀进气孔面积不变的情况下，减小风阀开口角度，必然要增大风阀半径，导致风阀体积和重量都要作相应增大。风阀的这些参数通常是在调查研究的基础上由试验来确定的。
旋转风阀与滑动风阀比较有以下几个特点：
①用旋转风阀的跳汰机处理能力较高，一般在6～17t/hm2范围。当处理具有相同可选性的煤时，其处理量比用滑动风阀高2t/hm2左右。
②旋转风阀结构较轻巧，转动平稳，制作快，投资少，所起的作用大。③用旋转风阀的跳汰周期适于选不分级煤，因此可以把入选上限提高到150～200mm。
④对细粒级的精选一般是滑动风阀有效，分选下限达0.3mm，这给用简单办法回收煤泥的精选创造条件。
⑤旋转风阀的周期可随煤质变化进行适当的调整。3.数控风阀
数控风阀是二十世纪七十年代设计的用电子数控装置和电磁风阀控制进、排气的一种新型的跳汰机风阀。
操作时，其频率和风阀特性曲线可以作任意调整。数控风阀按阀体形式的不同，有盖板阀和滑动阀两种；滑动阀又按其滑阀安装方式不同分为卧式滑阀和立式滑阀。
数控风阀整个系统由三部分组成：
①电子数控装置：通过电子脉冲计数控制系统控制电磁风阀的通电和断电时间，从而控制跳汰频率和周期。
②控制风动部分：这部分由高压风管、气动三联体（过滤器、油雾器、调压器）、电磁阀和气缸构成。其作用是将高压风滤清、调压、油雾后送入气缸，驱动进气阀活塞上下运动。
③工作风动部分：主要由板阀或滑阀、管路、低压风箱和排气风箱等几部分装在工作风包上，排气阀装在气箱上，排气箱与消音包相连，消音包与大气相通。中国矿业大学201*届本科生毕业设计第15页
去消音排气包高压风管0.5MPa9109104456121271183风压0.03～0.05MPa
图3.2电控气动风阀系统示意图
1进气电磁阀；2进气阀；3分配箱；4油雾器；5排气电磁阀；6排气阀；7排气管；
8进气管；9滤气器；10调压阀；11电子数控系统；12高压风管
数控电动风阀的风阀特性曲线如下图所示。曲线陡峭，达到阀口全开的时间甚短，约0.02～0.013s，托举床层的爆发力强，且进、排气期等各期段可调。对于中等可选性的煤，风压适当时进气期约占20%～25%，排气期约为25%～30%，休止期约为5%～10%，余为膨胀期。各时段所占比例与原料煤可选性、粒度组成及风压等有关。相对而言，进气期和排气期与普通旋转风阀相比要短，因为达最大进、排气面积的时间一般仅为普通风阀的1/3左右。
进气面积排气期休止期t排气面积进气期膨胀期一个周期
图3.3数控电动风阀特性曲线
数控风阀的优点是：中国矿业大学201*届本科生毕业设计第16页
（1）风阀开关速度快，对物料分选有利。由于利用高压风动可以在0.01～0.02s左右迅速打开或关闭风阀，可使床层迅速托起，增长分选时间，对物料分选有利。因此，不完善度和分选效率均优于旋转风阀。
（2）跳汰周期和频率无须停车即可对各室进行无极调节。因此，当原煤的粒度、密度发生变化时，数控风阀可以在0.67～1.5s内随时调整周期和频率，以适应原煤性质的变化。
（3）振幅大，处理量大，分选效率高。由于进风量大而迅速，使跳汰机振幅增大，为提高处理量创造有利条件。经工业性试验和生产实践表明，与旋转风阀相比，数控风阀可提高处理能力20%左右，并可提高数量效率2%左右。
（4）噪声小。数控风阀由于排气迅速，为了降低噪声将其引到消音排气包，因此基本达到无噪声。
缺点是：需另配置高压风系统，气缸加工精度要求较高，机电部件多。维修工作量较大。
3.2风阀控制系统控制策略
电磁风阀作为跳汰机的主令控制装置，它的工作可靠性直接影响跳汰机的整机运行和生产。八十年代初使用的跳汰机风阀控制器由分离元件组成，体积大，故障点多且难以查找，设置时间不精确等问题；九十年代初出现的以单片机为核心的跳汰机风阀控制器，此系统虽然精度能达到要求，但根据现场使用情况存在集成度低，抗干扰能力差，维护复杂等缺点。
选煤厂工作环境煤尘多、湿度大、干扰强、振动大，要求控制装置可靠性要高。因此我们用为工业自动控制而设计的可编程控制器来实现对电磁风阀的控制。
本跳汰机有5个隔室，每个隔室有一个空气室，空气室有两组电子数控气动风阀单元对进气阀和排气阀控制。可编程控制器根据设定的进气期、膨胀期、排气期和压缩期参数来控制五个进气阀和五个排气阀的动作。各室的进、排气阀按照一定的顺序开关，使每室在一个跳汰周期内经历以上四个时期。由此，可编程控制器要实现的功能就是根据TD200设定的参数产生控制信号，控制五个进气阀和排气阀的动作。
我们使用可编程控制器和上位机组成的两级控制系统来实现风阀的自动控制。上位机利用PC友好的人机界面实现人机对话和实时监控，PLC作为下位机完成数据采集和实时控制任务。
在风阀自动控制中，上位机可修改风阀各室参数和跳汰频率，并通过PC/PPI传至可编程控制器，经过处理，控制风阀动作并将修改后的各个参数显示在TD200上。
为了处理突发事件和便于现场操作，我们可以利用手动操作系统。它是由PLC,TD200显示面板，输出电路构成。在必要时，现场工人可根据经验利用TD2中国矿业大学201*届本科生毕业设计第17页
手动输入修改风阀的控制参数和跳汰频率来控制风阀动作。并可以将修改后的数据传送至上位机显示。在下面的两章将分别就控制系统的硬件和软件设计做详细介绍。
4跳汰机风阀控制系统硬件设计
4.1风阀控制系统原理
风阀控制系统原理图如下图所示。本系统由上位机、可编程控制器、TD200显示装置输出电路等组成。
TD200风阀参数数据通讯上位机PLC控制信号风阀系统
图4.1风阀控制系统原理图
1．上位机
上位机是一种加固的增强型个人计算机，它可以作为一个工业控制器在工业环境中，面对工业现场强烈震动灰尘特别多另有很高的电磁场力干扰且连续作业而可靠运行。
它在整个控制系统中起到的作用是对PLC进行编程，在线或离线状态编制系统的应用程序在线修改PLC程序的相关参数；同时还可以实现对生产过程的实时监控，完成对主要数据的统计分析存储处理等功能。
2．可编程控制器
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算顺序运算计时计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
考虑到风阀动作的频繁性，PLC采用晶体管输出型以保证长的使用寿命。它通过PC-PPI电缆与上位机通讯，实现风阀控制参数的传送，便于上位机实时监测跳中国矿业大学201*届本科生毕业设计第18页
汰机的运行情况，也可以及时地响应上位机对参数做出的调整。PLC的输出经过由固态继电器、熔断器和保护回路等组成的输出电路控制电磁阀的动作。
3．TD200显示装置
TD200是所有SIMATICS7-200系列操作员界面问题的最佳解决方法。TD200连接很简单，只需用它提供的连接电缆接到CPU22X系列PPI接口上即可，不需要单独的电源。它具有以下作用：
1）文本信息的显示：
①用选择项确认方法可显示最多80条信息，每条信息最多可包含4个变量。②五种系统语言可设定实时时钟。③提供强制I/O点诊断功能。④提供密码保护功能。
⑤过程参数的显示和修改，参数在显示器中显示并可用输入键进行修改。⑥可编程的8个功能键可以替代普通的控制按钮，作为控制键。这样还可以节省8个输入点。
⑦可选择通讯的速率。2）输入和输出的设定：
①8个可编程功能键的每一个都分配了一个存储器位。
②可选择显示信息刷新时间。
4.2可编程控制器
4.2.1I/O信号
整个系统要求的输入输出信号如下所示：输入信号：均为开关量
手动、自动按钮；通断电按钮；急停、故障按钮；撤出按钮；启动按钮；停止按钮；气室选择按钮；
1#室进气按钮，1#室排气按钮；2#室进气按钮，2#室排气按钮；
1#室进气阀原位、1#室进气阀终位；1#室排气阀原位、1#室排气阀终位；2#室进气阀原位、2#室进气阀终位；2#室排气阀原位、2#室排气阀终位；输出信号：均为开关量
通断电指示灯；原位指示灯；完成指示灯；报警指示灯；自动指示灯；手动指示灯；急停指示灯；
1#室进气阀指示灯、1#室排气阀指示灯；2#室进气阀指示灯、2#室排气阀指示灯；
1#室进气阀继电器输出、1#室排气阀继电器输出；2#室进气阀继电器输出、2#室排气阀继电器输出；
由上面分析可知，共有19个输入点、14个输出点，I/O地址分配表如下所示。中国矿业大学201*届本科生毕业设计第19页
表4.1I/O地址分配I/O地址I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4说明自动按钮手动按钮气室选择按钮通断电按钮急停按钮故障按钮撤出按钮启动按钮停止按钮1#室进气按钮1#室排气按钮2#室进气按钮2#室排气按钮1#室进气阀原位1#室进气阀终位1#室排气阀原位1#室排气阀终位2#室进气阀原位2#室进气阀终位2#室排气阀原位2#室排气阀终位I/O地址Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7说明通断电指示灯原位指示灯完成指示灯报警指示灯自动指示灯手动指示灯急停指示灯终位指示灯1#室进气阀指示灯1#室排气阀指示灯2#室进气阀指示灯2#室排气阀指示灯1#室进气阀继电器输出1#室排气阀继电器输出2#室进气阀继电器输出2#室排气阀继电器输出根据PLCI/O点数估算的一般法则，为系统信号扩展，应考虑适当的I/O的冗余量，通常根据统计的输入输出点总数，再增加10%～20%的I/O点数。
考虑，本系统控制核心采用的是SIEMENSS7-200CPU226，电源采用100～230VAC电源、24VDC输入、继电器输出。由于本身具有24点输入、16点输出，共有40个数字量I/O点，满足控制系统需求的同时还有一定的冗余量，故不需要再扩展输入/输出模块。如果在今后的使用中需要进行扩展，可以考虑数字量I/O混合模块EM223（具有8I/O、16I/O、32I/O等多种配置）和模拟量混合模块EM235（4路模拟量输入、1路模拟量输出。）4.2.2PLC技术指标
表4.2CPU226技术指标程序存储器用户存储器8192字5120字中国矿业大学201*届本科生毕业设计第20页存储器类型存储卡数据后备（超级电容）编程语言程序组织本机I/O扩展模块数量数字量I/O映像区模拟量I/O映像区布尔指令执行速度计数器/定时器顺序控制继电器基本运算指令增强功能指令FOR/NEXT循环整数运算（算术运算）实数运算（算术运算）内置高速计数器内置模拟电位器脉冲输入通信中断定时中断输入中断口令保护通信中断4.2.3I/O外部接线图
EEPROMEEPROM190hLAD、FDB和STL1个组织块（可以包含子程序和中断程序）24点输入/16点输出7个模块256点（128点输入/128点输出）32路输入/32路输出0.37μs/指令256/256个256个11项8项有有有6个（30kHz）2个（8位分辨率）2个高速输出（20kHz）1发送器/2接收器2个（1～255ms）4个3级口令保护2个RS-485通信接口可用作PPI接口、MPI从站接口和自由口CPU226接线规则如下：
（1）24个数字量输入点分成两组。第一组由输入端子I0.0～I0.7、I1.0～I1.7共13个输入点组成，每个外部输入的开关信号由各输入端子接出，通过一个直流电源至公共端1M；第二组由输入端子I1.5～I1.7、I2.0～I2.7共11个输入点组成，每个外部输入的开关信号由各输入端子接出，通过一个直流电源至公共端2M。由于是直流输入模块，所以采用直流电源作为检测各个输入接点状态的电源。M、L+两个端子提供DC24V/400mA传感器电源，可以作为传感器的电源输出，也可以作为输入端的检测电源使用。
（2）16个数字量输出点分成3组。第一组由Q0.0～Q0.3共4个输出点与公共端1L组成；第二组由Q0.4～Q0.7、Q1.0共5个输出点与公共端2L组成；第三组由Q1.1～Q1.7共7个输出点与公共端3L组成。每个负载的一段与输出点相连，另中国矿业大学201*届本科生毕业设计第21页
一端经电源与公共端相连。由于是继电器输出方式，所以既可以带直流负载，也可带交流负载。输出端子排的右端N、L1端子是提供电源AC120V/240V输入端。该电源的电压允许范围为AC85～264V。
1M0.00.10.20.30.40.50.60.71.01.11.21.31.42M1.51.61.72.02.12.22.32.42.52.62.7ML+1L0.00.10.20.3限位开关自动手动通断电指示灯原位指示灯完成指示灯报警指示灯气室选择按钮通断电按钮急停按钮故障按钮撤出按钮启动按钮停止按钮1#室进气按钮1#室排气按钮2#室进气按钮2#室排气按钮1#室进气阀原位1#室进气阀终位2#室进气阀原位2#室进气阀终位1#室排气阀原位1#室排气阀终位2#室排气阀原位2#室排气阀终位2L0.40.50.60.71.03L1.11.21.31.41.51.61.7NL1AC自动指示灯手动指示灯急停指示灯终位指示灯1#室进气阀指示灯1#室排气阀指示灯2#室进气阀指示灯2#室排气阀指示灯1#室排气阀继电器输出1#室排气阀继电器输出2#室进气阀继电器输出2#室排气阀继电器输出AC120V/240VDC24V
图4.2PLC输入/输出外部接线图
5跳汰机风阀控制系统软件设计
风阀控制系统的软件组成主要包括两部分：PLC风阀控制程序和PLC通讯程序。前一部分完成风阀控制的算法；后一部分完成风阀参数的与上位机的数据交换。
风阀控制系统总体结构框图如下所示：中国矿业大学201*届本科生毕业设计第22页
开始风阀参数初始化排序计算启动中断程序判断修改否调用通讯子程序判断上位机更新数据否结束
图5.1风阀控制系统总体结构框图
5.1风阀控制程序
在本设计系统中，主要分为主程序、子程序和中断程序三部分组成。先结合梯形图就主要部分进行说明。
（1）主程序
程序一：系统启动与调用子程序中国矿业大学201*届本科生毕业设计第23页
系统启动后，需要加一个自锁功能，使得在启动按钮按下后，系统可自行运行。同时，由产生的启动位控制调用子程序，完成对PLC的初始设定，设定内容在子程序部分做详细解释。系统停止程序类似，只是不需要停止位的自锁功能。
程序二：气室的自动/手动启动程序中国矿业大学201*届本科生毕业设计第24页
这一部分主要介绍了自动手动启动。自动启动是一般跳汰机控制的首选，经过设定后跳汰机自动工作，不需要人工干预且操作简便。手动程序主要是在自动控制出现问题或者自动程序执行出错的情况下，工人需要凭借经验处理现场问题时使用。
程序三：完整跳汰周期
为了防止跳汰风量的不足,程序可实现跳汰Ⅰ段(包括Ⅰ、Ⅱ跳汰室)、Ⅱ段(包括Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ跳汰室)的跳汰反相,即Ⅰ段进气时,Ⅱ段排气;Ⅰ段排气时,Ⅱ段进中国矿业大学201*届本科生毕业设计第25页
气,可保证跳汰机在风量不足情况下的不间断工作。
仿真图如下所示：
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完整跳汰周期包括进气期、膨胀期、排气期和休止期，PLC主要控制电磁阀在进气期和排气期的通断操作。进气期作为一个跳汰周期的开始，可以通过原位启动和自动/手动启动两种方式，进气结束后需要自动进入膨胀期，这在程序中主要通过定时器来完成。依次类推，直到休止期结束。
在一个跳汰周期结束后，需要判断是否自动循环，或是否在一个洗选运行周期完毕后停止。这样就需要在休止期加入一个停车位标志来判定，如网络14所示。若要自动进入下一周期，程序如下：
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1#室与2#室的完整跳汰周期一样，在此不再累述。
（2）子程序
PLC上电运行后进行参数的初始化，包括相位、周期以及各期的时间设定。要求每段的进气期、膨胀期、排气期、休止期时间可以自由调节，跳汰机的相位调节就是一段的进气期起始时刻与二段进气期的起始时刻相差的周期数（一般相差1/2周期）。两段相位相差50%表示相差半个周期，用50表示，其中一段与二段之间的相位也可以从0～50自由调节。当最小为0时，表示两段同步工作，煤层同步起落；当相位为50时，两段异步工作，煤层交替起落。控制系统具体调节范围见表5.1。
表5.1参数调整范围调整内容频率进气期排气期休止期相位调节调整范围30~900~500~500~150~50单位次/分%%%%说明占整个周期的百分比占整个周期的百分比占整个周期的百分比占整个周期的百分比1%=3.6度中国矿业大学201*届本科生毕业设计第30页
初始化完成后，由于在触摸屏上输入的是一个洗选周期的百分数，因此需要在PLC程序中进行计算来获取每段具体的定时时间。中国矿业大学201*届本科生毕业设计第31页
跳汰机控制系统的基本要求是在保证产品质量的前提下最大限度提高生产效率。也就是既要保证预期的精煤灰分的要求，又要保证产品的产率。要提高产品的中国矿业大学201*届本科生毕业设计第32页
产率就要在减少排出的矸石和中煤中错配物的情况下最大限度地减少精煤流失，提高生产运行速率。要达到这个要求，风阀控制系统的基本控制策略就是要尽可能的提高风阀控制精度。为了达到这个目标，确保程序执行的实时性，本系统PLC输出控制采用中断响应法。
西门子编程软件STEP7-Mirco/Win32提供两种时基中断：定时中断和定时器中断。
定时器中断使用且只能使用1ms定时器T32和T96对一个指定时间段产生中断。T32和T96的使用方法同其他定时器，只是在定时器中断被允许时，一旦定时器的当前值和预设值相等，则执行被连接的中断程序。在使用过程中若要连续工作，必须要不断触发才可以。即要使定时器中断连续的执行，必须使其在每个扫描周期内触发一次，因此扫描周期越长定时器中断响应的实时性就会越差，这与我们的控制策略相悖。
定时中断可以设置一个周期性触发的中断响应，通常用于模拟量的采样周期或执行一个PID控制。周期时间以1ms为增量，周期可以设置为5ms～255ms。S7-200系列的PLC提供了两个定时中断：SMB34和SMB35。定时中断0的周期值写入SMB34，定时中断1的周期值写入SMB35。当定时中断被允许，则定时中断相关定时器开始计时，在定时时间值与设置周期值相等时，相关定时器溢出，开始执行定时中断连接的中断程序。每次重新连接时，定时中断功能能够清除前一次连接时的各种累计值，并用新值重新开始计时。要改变周期时间则必须先修改SMB34和SMB35中的周期时间值，然后重新将中断事件和中断服务程序相关联。由于定时中断只需在程序首次扫描时触发一次，然后就连续运行，在指定时间间隔每次溢出时，转入执行被连接的中断程序，且可在中断程序中修改时间间隔，不受扫描周期的影响。
由于定时中断只需在程序首次扫描时触发一次，然后就连续运行，在指定时间间隔每次溢出时，转入执行被连接的中断程序，且可在中断程序中修改时间间隔，不受扫描周期的影响。鉴于此，我们选用定时中断。
由于每个空气室的跳汰周期相同，可将一个周期映射为100等分，根据设定的频率自动计算出每一跳汰周期所需的时间。气室参数分配原则是指按每个空气室在一个跳汰周期内各阶段所占百分比分配，即进气期+膨胀期+排气期+压缩期=一个跳汰周期(100)，如下图所示。中国矿业大学201*届本科生毕业设计第33页
S开孔面积进气期排气期膨胀期压缩期
图5.2跳汰周期示意图
在各气室进、排气时间内由PLC控制电磁阀，从而在各室产生相应的进、排气动作，实现相应的跳汰特性。各气室的进气起始时刻可分别设置，而各气室压缩期参数则随其他参数的调整而自动改变。修改这些跳汰参数，电磁风阀的控制也随之得到改变。
当跳汰周期为T(s)，频率为f(次/min)时，1等分对应的计算时间为600/fms，其中，f的变化范围是40-60次/min。
方案一：当跳汰频率给出后，计算出T(s)，并将其分成100份，用户给出的参数就是在一个跳汰周期内占的份数。设定时中断的时间间隔为跳汰周期的一份，即每个跳汰周期中断程序被调用100次，在中断程序中统计中断程序被调用的次数，把它与用户给出的参数相比较，由此决定输出。此方案实现起来很简单，但误差较大，可达到6-7ms，例如，当跳汰频率为49时，1等份对应的时间分别为:
f=49T=600/49=12.2449
假设在跳汰频率为49的一个跳汰周期内，膨胀期占30份，计算误差：标准值：T*30=12.2449*30=367.347实际输入：12*30=360
可见误差输入大约7ms。
方案二：
在计算出跳汰周期后，将用户给定的参数与之相乘，直接计算出各风阀开、闭的时间参数，然后将这些参数从小到大排序，依次把相邻的两个数的差值作为定时中断的时间间隔，最小的那个数就作为第一个定时中断间隔值，同时在中断程序中统计中断次数。程序执行完一个差值，给出相应的输出，而后执行下个送入中断的差值，依次类推，直到整个周期完成，然后再启动下一周期。这种方案中断程序执行的次数要少得多，误差不超过1ms。
通过比较，选用方案二。在中断开始执行的时候修改周期时间值，重新连接定时中断，这样在新值重新开始计时执行中断程序可以减小误差。为进一步减小误差，输出采用立即置(SI)、复(RI)位指令。
因为立即置(SI)、复(RI)位不受扫描周期的影响，程序执行到该点，直接对物理中国矿业大学201*届本科生毕业设计第34页
输出口进行操作。
排序程序如下：给参数分配固定地址，从VW48开始。对参数值进行排序，使得输出脉冲信号与10个风阀的动作相对应。M3.0作为标志位进行检测，如果检测到参数有变，调用排序程序，使得脉冲信号准确控制风阀。
排序完成后，需要计算中断终值，然后启用SMB34定时设定的时间周期进行中断处理，具体程序如下所示：中国矿业大学201*届本科生毕业设计第35页
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下图为中断程序结构框图：中国矿业大学201*届本科生毕业设计第37页
开始指针指向参数序列中的下一个数Y比较此数是否与前一数相等N计算定时中断终值判断是否>255Y计算与255的差值N将计算结果送入SMB34/SMB35启动下次中断计时将255送入SMB34/SMB35启动中断计时Y计时到N根据条件令响应的输出口立即置复位将差值送入SMB34/SMB35修改输出控制条件启动下一个周期结束
图5.3中断程序结构框图
5.2通讯程序
本系统中，通讯程序包括PLC与TD200的通讯和PLC与PC的通讯。1.PLC与TD200的通讯
此通讯模块的主要功能是读取设置的参数，定义TD200功能键，监视TD200的按键情况，并做出相应的响应(修改参数值，实现同/反相切换，实现自动/手动转换，启/停输出等)。
在参数块的设置过程中，STEP7-Mirco/Win32会立即为所设参数分配一个存储中国矿业大学201*届本科生毕业设计第38页
地址，而在数据块生成之后，该参数也有一个存储地址，我们要使用的是数据块生成之后的地址，才能保证存储信息的正确性。
同时，还要注意程序其他编址地址和参数块所用地址相冲突，否则TD200显示面板上会出现乱码或不正确的信息。
2.PLC与PC的通讯
该模块主要完成的任务是将传感器信号，TD200设置的参数，PLC运行的状态上传到上位工控机，同时接收上位工控机下传的参数，并将其送入输出控制模块参与控制。
1)通信方式一般通讯端口分为四种工作方式：
PPI(点到点Point-to-point)：S7-200PLC专用通信协议，主要应用于S7-200的编程、S7-200之间的通信、S7-200与HMI产品的通信。
MPI(多点接口，Multi-point)：S7系列产品的之间的一种专用通信。它可以是主/主协议或主/从协议，协议如何操作有赖于通信设备的类型。
PROFIBUS(用于分布式I/O设备(远程I/O)的高速通讯，通常有一个主站和几个I/O从站)：它是以西门子公司为主由10多个公司和研究所一起开发的一种现场总线技术。
自由口通讯：借助于自由口通信，可以通过用户程序对通信口进行操作，自己定义通信协议。通过设定特殊存储字节SMB30（端口0）或SMB130（端口1）允许自由口模式，用户程序可以通过使用发送中断、接受中断、发送指令（XMT）和接受指令（RCV）对通信口操作。应该注意的是，只有在CPU在RUN模式下才能允许自由口模式，此时编程器无法与S7-200进行通信。本系统采用自由口通信方式。
2)通信协议
由于PC计算机及笔记本等设备的串口为RS-232信号，而PLC的通信口为RS-485，两者之间要进行通信，必须有装置将两种不同信号进行转换。PC/PPI电缆就是一种实现该功能的部件。
在通信时，如数据由RS-232向RS-485传输，则电缆时发送状态，反之是接受状态。接收状态与发送状态相互转换要一定时间。转换时间与设置的波特率有关，它们之间的关系参见下表。通常情况下电缆是出于接收状态。当检测到RS-232发送数据时，电缆立即从接收状态转换到发送状态。若电缆处于发送状态的时间超过电缆转换时间，电缆自动切换为接收状态。
表5.2开关设置于波特率对应关系开关1,2,3000001传输速率/(b/s)3840019200转换时间/ms0.5中国矿业大学201*届本科生毕业设计第39页0100111001011109600480024001201*0024714283)通讯格式
本系统中S7-200的RS-232通讯口设置为9600bps，8位数据位、1位停止位、无奇偶校验。通讯报文格式如下所示：
AFlagD1～～～Dn图5.4通讯报文格式
VB注：A：数据传输的起始符（可以设置为其他字符）
Flag：通讯错误标志，？－标志上次传输的错误数据；
＠－标志上次传输的正确数据
D1～Dn：字节，传送数据的报文，n－传送数据的个数V：校验字节，数据校验采用字节异或校验方式B：数据传输的结束符（可以设置为其他字符）
4)数据校验
为了保证传输数据的可靠性，防止在传输过程的错误指令被执行，所有传输数据都要进行异或循环校验：前两个字节异或结果再与第三个字节异或，依次类推，直到最后一个字节，其结果就是发送数据中的校验码，存在发送数据校验字节内。若校验码前后的相一致，则表明传输数据正确；若不一致，则表明传输有误，需要重新发送。
通讯程序的结构框图如下所示：中国矿业大学201*届本科生毕业设计第40页
开始通讯口初始化接收数据NYN接收数据校验正确Y相应数据处理采样完成NY采样数据校验填写相应报文格式发送数据
图5.5通讯程序结构框图
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