摘要：精煤压滤机喂料泵的运行状况直接影响到压滤机的运行安全，以及选煤厂经济效益。在对压滤机的工作原理以及喂料要求分析的基础上，设计了喂料泵电机的变频调速系统。详细介绍了该调速系统的工作原理、系统的基本构成、变频器的选择及控制回路的设计、流量传感器的选择等内容。实际运行表明，该系统实现了压滤机喂料环节运行的安全、节能、高效。

　　关键词：压滤机; 喂料泵; 变频调速系统; 变频器控制回路; 流量传感器

　　Abstract: The operation status of the cleaned coal filter press feed pump affects the safe operation of filter press directly, as well as the economic benefits of coal preparation plant. Based on the analysis of the filter press works and the feed requirements, designed the frequency control system of the feed pump motor. The working principle of the speed control system, the system's basic structure, the choice of converter and control loop design, the choice of flow sensors are given. Practical operation shows that the system realizes the filter press feed link in the security operation, energy saving, high efficiency.

　　Key words: filter press, feed pump, frequency control system, converter and control loop, flow sensors

　　0 引言

　　精煤压滤机是我国近年来出现的一种新型浮选精煤脱水设备，是选煤厂的关键设备，其运行的稳定、安全性直接影响到选煤厂的效益。而压滤机喂料泵的运行状况直接影响到精煤压滤机的运行安全。目前，传统的压滤机喂料泵运行未采用自动控制，料泵出口压力是采用人工手动控制，不能随着压滤机滤室的压力变化而变化，从而造成流量变化不定，因压力波动和冲击损坏压滤机的虑板、送料管道破裂等事故[1，2]。因此，对压滤机喂料泵电机进行变频调速改造，实现压滤机喂料泵运行自动控制，使喂料泵出口压力能随着压滤机滤室的压力变化而变化，按照精煤压滤机工艺要求，对泵的流量进行调节，以减少因压力冲击造成的虑板损坏，提高虑板的使用时间，是非常必要的。

　　1 压滤机的工作原理以及喂料要求[1]

　　精煤压滤机的结构与主要设备如图1所示。压滤机的工作原理由三个过程组成，首先，供料泵通过管路将精煤输送到压滤机的各个滤室，进行流体静压力过滤脱水，当压力升到规定值后，该过程完成;其次，液压机通过液压式顶紧系统推动橡胶隔膜，产生二维变向剪切压力，使滤饼几何结构发生形变，降低其所含的水分;最后，用压缩空气强气压穿透滤饼颗粒空隙，冲掉空隙内剩余水分，完成深度脱水。

　　由压滤机的工作原理看出，在压滤机的第一个流体静压力过滤脱水阶段，主要是利用给料泵将矿浆以一定的流量和压力输送到压滤机的滤腔内，当滤室充满矿浆后，压滤过程开始，矿浆借助泵的压力进行固液分离。因此，在压滤初期，矿浆在滤室内的滤饼厚度不大，滤饼的阻力较小脱水速度快，要求刚进料时流量要大，压力要低。随着滤饼增厚，透水性越来越差，过滤阻力越来越大，流量越来越少。这就要求喂料泵用提高扬程的办法来加大过滤流量并降低过滤介质的水分，以维持压滤机连续正常的生产，反映在喂料泵的流量扬程曲线上，其特性曲线越陡越好。同时要求喂料泵提高扬程后，不要憋得泵壳升温和盘根漏料。

　　这要求喂料泵的工作方式是间歇式的，喂料过程中的工作点是动态变化的，喂料泵的的驱动电机应根据给料过程中喂料泵的工作点的变化，而改变的电机的运行速度，从而改变喂料泵的出口压力和扬程。

　　2 喂料泵电机的变频调速系统及工作原理[3]

　　压滤机喂料泵电机的变频调速系统如图1与图2所示。采用“触摸屏+PLC+变频器”结构。整个系统由西门子S7-300PLC(CPU315-2DP)1台，西门子触摸屏1台，施耐德变频器2台，压力传感器2个，流量传感器2个，触摸屏与PLC采用Profibus现场总线通信。

　　图1 压滤机喂料泵电机的变频调速系统总体框图

　　图2 PLC控制系统原理框图

　　PLC实现喂料泵的流量闭环控制以及喂料泵起动、停止、切换、故障显示等各种电气控制功能，以及与管理计算机信息交换，与液压式顶紧系统的链接，实现与压滤机的其他环节的同步运行。

　　变频器根据压滤机喂料情况的需要，及时调整喂料泵电机的速度，改变喂料泵的扬程，调整喂料压力，减少对虑板的冲击，提高虑板的使用时间。

　　触摸屏主要是完成各种控制参数的输入、压滤机喂料泵运行状态和运行参数的显示。有模拟图和表格两种显示模式。

　　A/D转换模块主要实现压力、流量等模拟量信号的输入;D/A转换模块主要实现变频器速度控制量的输出。

　　根据压滤机对喂料的要求，变频调速系统的工作原理为：在喂料初期，将流量控制在设定值，减小泵的出口压力和流量，以减少对滤板的冲击，降低损坏率。随着压滤机虑腔充满料后，流量减少，管壁压力加大，当压力达到一定范围内，稳定运行一段时间。同时，测量喂料泵的流量，当流量降到设定值时，泵转入全速运行。最后，当压滤机转入下一工序时，自动停止泵。

　　3 变频器的选择及控制回路的设计[2，3]

　　3.1变频器的选型

　　由于喂料泵电机是由变频器直接拖动的，因此，变频器选型很重要。在选择变频器时，变频器的容量与喂料泵电机功率必须匹配，如果变频器功率太小，则无法拖动电机，就会造成变频器频繁跳闸现象，导致喂料泵电机经常停机，影响生产，严重会引发安全事故;而变频器功率太大，虽然可以拖动电机，但由于变频器功率越大价格越高，势必增加设备成本。因此，我们在变频器选型时，按照以下条件进行选择。

　　(1)变频器电压等级须与喂料泵电机相符;

　　(2)变频器额定电流为喂料泵电机额定电流的1.1～1.5倍。

　　3.2 变频器控制回路的设计

　　根据生产工艺，对变频器的控制基本要求为：

　　(1)用户可根据工作需要选择“工频运行”或“变频运行”;

　　(2)在“变频运行”时，变频器能够根据PLC送来的控制信号，调节喂料泵电机的转速;另一方面，在变频器因故障而跳闸时，可自动切换为“工频运行”方式，同时进行声光报警。

　　根据以上控制要求，设计的喂料泵电机如图3所示。

　　(1)主电路。接触器KM1用于将电源接至变频器的输入端，KM2用于将变频器的输出端接至电动机。KM3用于将工频电源直接接至电动机，热继电器KR用于工频运行时的过载保护。对控制电路的要求是：接触器KM2和KM3绝对不允许同时接通，互相间必须有可靠的互锁。

　　(2)控制电路。当手动按下“工频”起动按钮SF2，接触器KM3动作，电动机进入“工频运行”状态。当手动按下“工频”停止按钮SS2,使接触器 KM3均断电，电动机停止运行。在“工频”起动与运行状态利用接触器 KM3的动开接点切断接触器KM1和KM2控制回路的电源防止，隔离变频器。

　　“变频” 运行方式时，由PLC通过中间继电器K2和K3启动接触器KM1和KM2，接通变频器主回路。变频器的启动由PLC通过中间继电器K1来完成。变频器的运行速度由PLC的D/A换模块输出的电压控制量控制。

　　变频器的运行状态和故障信号通过中间继电器K4和K5送往PLC和指示灯。

　　图3 变频器控制回路

　　4 流量传感器的选择[4]

　　喂料泵输出物料的流量测量精度与可靠性决定着压滤机喂料泵电机的变频调速系统控制的精度和可靠性。由于喂料泵输出的物料是水煤浆，是固液两相流体，含有大量的固态颗粒，如果采用传统的流量传感器(如差压流量传感器、叶轮式流量传感器、靶式流量传感器等)，容易被固态颗粒粘附，造成测量精度降低或传感器工作失效。为此我们选用电磁流量传感器来测量喂料泵输出水煤浆的流量。电磁流量传感器的测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管, 因不易阻塞适用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体。电磁流量计不产生因检测流量所形成的压力损失, 节能效果显著, 对于要求低阻力损失的大管径供水管道最为适合。电磁流量计所测得的体积流量, 不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率(只要在某阈值以上)变化明显的影响。与其他大部分流量传感器相比,前置直管段要求较低。所以，我们选用了电磁流量传感器。

　　5 结论

　　压滤机喂料泵电机的变频调速系统已实际应用。应用表明。该系统能够根据压滤机的工作原理以及喂料工艺要求，实时地控制喂料泵出口压力和流量，有效地减少了水煤浆对滤板的冲击，降低损坏率，大地提高了压滤机运行的安全性;另一方面，由于采用了变频调速系统，通过控制电机运行的速度来控制喂料泵的水煤浆流量，避免了由于采用节流阀，而电机满负荷运转的控制方式，实现了压滤机喂料环节运行的安全、节能、高效。

　　参考文献

　　[1]罗嗣林. 精煤压滤机入料泵运行分析. 江苏煤炭, 2002 No.02,P34～35.

　　[2]李舒斌,刘学军，王雷等.微机监测管理控制系统在选煤厂压滤系统巾的应用. 煤矿机械, 2006,Vol.27,No.6:P1073～1074.

　　[3]廖常初. S7-300/400PLC应用技术.北京:机械工业出版社.2005.1，P20～120

　　[4]陈金星.ADMAG电磁流量计在水煤浆测量中的应用.石油化工自动化,2002，NO.5:P75～77.