0　引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)自動化、智能化的迅猛發(fā)展，煤炭行業(yè)的自動化、智能化建設(shè)成為企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的迫切需要。在洗選廠精煤壓濾機(jī)系統(tǒng)的自動化設(shè)計與改造中，選擇一種能夠準(zhǔn)確測量的液位計，成為精壓自動化控制的關(guān)鍵，為此，洗選廠結(jié)合精礦池泡沫多，比重大，易沉降等問題，選擇一款拉繩式傳感器，并設(shè)計一套液位計，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際需求進(jìn)行了設(shè)計和應(yīng)用[1] 。

1　浮選精壓系統(tǒng)工藝流程

洗選廠干壩子廠區(qū)細(xì)煤泥分選與回收采用濃縮浮選 + 箱式壓濾機(jī)回收工藝（附圖 1，浮選精壓工藝流程圖）。其細(xì)煤泥水進(jìn)入 Φ24m 耙式濃縮機(jī)濃縮沉淀通過底流泵輸送至 XY-3.0 型礦漿預(yù)處理器再進(jìn)入 XJM-S20 型浮選機(jī)，浮選精礦自流進(jìn)浮選精礦池，再由泵輸送箱式壓濾機(jī)回收，浮選尾礦至 Φ24m 耙式濃縮機(jī)和箱式壓濾機(jī)回收。

2　精煤壓濾系統(tǒng)自動化控制的設(shè)計

2.1　正常流程基本設(shè)計

精煤壓濾系統(tǒng)自動化控制考慮的方向是自動化、智能化，也就是精礦池液位到達(dá)一定的液位高度時 , 精煤箱式壓濾機(jī)入料泵自動啟動，箱式壓濾機(jī)入料壓力達(dá)到設(shè)定壓力值和規(guī)定時限后，壓濾機(jī)先后自動進(jìn)入壓榨程序、反吹程序、卸料程序。然后壓濾機(jī)自動壓緊濾板進(jìn)入下一個循環(huán)。設(shè)計上，由液位計作為壓濾機(jī)入料泵啟停的條件，實(shí)施 PLC全過程自動化控制，南新公司負(fù)責(zé)編程設(shè)計。運(yùn)行期間，崗位司機(jī)只進(jìn)行巡檢和觀察[2] 。

2.2　涉及液位計的特殊流程設(shè)計

在入料泵正常運(yùn)行期間，當(dāng)液位低于一定液位時入料泵自動停止入料；當(dāng)液位達(dá)到規(guī)定上限范圍值時，入料泵又重新自動啟動；當(dāng)進(jìn)入壓濾機(jī)下一循環(huán)時，如液位計未達(dá)到液位要求時，入料泵處于停止?fàn)顟B(tài)；在壓濾機(jī)進(jìn)入壓榨、反吹、卸料環(huán)節(jié)時，液位計就不能控制入料泵啟動。

3　液位計的種類分析

3.1　連通器式液位計

連通器式液位計就是應(yīng)用zui普通的玻璃液位計。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價廉、直觀 , 適于現(xiàn)場使用 , 但易破損 , 內(nèi)表面沾污 , 造成讀數(shù)困難 , 不便于遠(yuǎn)傳和調(diào)節(jié)。

3.2　頂裝式磁翻柱液位計

（1）恒頂裝式磁翻柱液位計。恒頂裝式磁翻柱液位計是依靠浮標(biāo)或浮子浮在液體中隨液面變化而升降 ,它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價格較低 ,適于各種貯罐的測量。（2）變頂裝式磁翻柱液位計。變浮力式亦稱沉筒式液位計 ,當(dāng)液面不同時 ,沉筒浸泡于液體內(nèi)的體積不同 ,因而所受浮力不同而產(chǎn)生位移 ,通過機(jī)械傳動轉(zhuǎn)換為角位移來測量液位。此類儀表能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳和自動調(diào)節(jié)[3] 。

3.3　吹泡式液位計

吹泡式液位計是應(yīng)用靜壓原理測量敞口容器液位。當(dāng)液位zui低時 , 氣泡吹出沒有阻力，背壓力零 ,壓力計指零；當(dāng)液位增高時，氣泡吹出要克服液柱的靜壓力，背壓增加，壓力指示增大。因此，背壓即壓力計指示的壓力大小 , 就反映了液面的高低。吹泡式液位計結(jié)構(gòu)簡單、價廉，適用于測量具有腐蝕性、粘度大和含有懸浮顆粒的敞口容器的液位，但精度較低，對易分層物料無法適應(yīng)。

3.4　差壓式液位計

差壓式液位計有氣相和液相兩個取壓口。氣相取壓點(diǎn)處壓力為設(shè)備內(nèi)氣相壓力，液相取壓點(diǎn)處壓力除受氣相壓力作用外 , 還受液柱靜壓力的作用 ,液相和氣相壓力之差 , 就是液柱所產(chǎn)生的靜壓力。這類儀表包括氣動、電動差壓變送器及法蘭式液位變送器，安裝方便，容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳和自動調(diào)節(jié)，工業(yè)上應(yīng)用較多，但受易沉降堆積物料堵塞的影響。

3.5　電容式液位計

電容式液位計是采用測量電容的變化來測量液面的高低的。它是一根金屬棒插入盛液容器內(nèi) , 金屬棒作為電容的一個極 , 容器壁作為電容的另一極。兩電極間的介質(zhì)即為液體及其上面的氣體。由于液體的介電常數(shù) ε1 和液面上的介電常數(shù) ε2 不同，比如 :ε1>ε2，則當(dāng)液位升高時，兩電極間總的介電常數(shù)值隨之加大因而電容量增大。反之當(dāng)液位下降，ε 值減小，電容量也減小[4] 。

3.6　超聲波物位計

是利用超聲波在氣體、液體或固體中的衰減、穿透能力和聲阻抗不同的性質(zhì)來測量兩種介質(zhì)的界面。此類儀表精度高、反應(yīng)快，但成本高、維護(hù)維修困難，都用于要求測量精度較高的場合，當(dāng)測量介質(zhì)中含有液體和氣泡性，將嚴(yán)重影響測量精確度[5] 。

4　液位計的類型選擇與設(shè)計

4.1　液位計選擇難點(diǎn)分析

（1）為確保自動化控制系統(tǒng)的高可靠性，液位檢測的準(zhǔn)確性就成了整個精煤壓濾系統(tǒng)自動化控制的關(guān)鍵，為此要尋找一種適合浮選精礦用的液位計[6] 。（2）浮選精礦含起泡劑，導(dǎo)致池內(nèi)泡沫多，對超聲波等非接觸式傳感器的影響。（3）選用液位計要克服浮選精礦濃度大、易沉降的問題。（4）液位計的選用與現(xiàn)場應(yīng)用設(shè)計。

4.2　液位計類型選擇

結(jié)合上述液位計和浮選精礦特點(diǎn)，以及選煤廠使用不同類型液位計的經(jīng)驗(yàn)，決定選擇使用拉繩式位移傳感器為主體，由浮筒式液位計演化與拉繩位移傳感器組合而成，設(shè)計一套頂裝式磁翻柱液位計。拉繩式傳感器的參數(shù)為型號：MPS-M-2000-MA，電壓：24V，二線制（4-20mA），有效測量行程：2m。

4.3　頂裝式磁翻柱液位計設(shè)計

4.3.1　設(shè)計思路

只要浮力足夠浮筒就不受流體上的浮泡和流體內(nèi)細(xì)小顆粒物所影響，但頂裝式磁翻柱液位計無法形成電信號傳輸，就不能給 PLC 信號用于自動化控制，而拉繩式位移傳感器是由可拉伸的不銹鋼繩繞在一個有螺紋的輪轂上，此輪轂與一個精密旋轉(zhuǎn)感應(yīng)器連接在一起，感應(yīng)器可以是增量編碼器，絕對（獨(dú)立）編碼器，混合或?qū)щ娝芰闲D(zhuǎn)電位計，所以浮筒與拉繩式位移傳感器組合就可以把機(jī)械運(yùn)動轉(zhuǎn)換成可以計量，記錄或傳送的電信號，以便 PLC 進(jìn)行信號采集實(shí)現(xiàn)自動控制[7] 。

4.3.2　頂裝式磁翻柱液位計的結(jié)構(gòu)

由拉繩位移傳感器、安裝導(dǎo)軌、浮筒、浮筒導(dǎo)軌、噴淋裝置組合而成。見圖 2。

4.3.3　工作原理

浮筒導(dǎo)軌安裝在桶內(nèi)，保持浮筒上下位移，而不會再桶內(nèi)左右位移，浮筒隨液位上下變化而發(fā)生上下位移帶動拉繩移出或縮回，帶動傳感器內(nèi)電位器轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生電信號傳輸。為防止泡沫在桶內(nèi)粘積，加裝噴淋裝置由 plc 控制定時沖洗浮筒導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)，以保證浮筒不被細(xì)小顆粒物卡死[8] 。

4.3.4　浮筒的尺寸設(shè)計

因拉繩位移傳感器要有大于 500g 拉力才能將鋼繩拉出，所以浮筒的重量就必須大于 500g 才能將拉繩拉出，又要有足夠的浮力使浮筒上浮拉繩縮回[9] 。根據(jù)阿基米德原理物體浮力等于物體下沉?xí)r排開液體的重力，其計算公式為：

在體積一定的情況下，與液體接觸面積越大其表面張力越大，浮筒尺寸選擇為直徑 150mm 高 100mm的厚度為 1mm 的不銹鋼筒體，其重量為 770g，滿足拉繩液位計拉力，體積為 0.17m 3 ，滿足浮力條件[10] 。

5　結(jié)論

浮筒在精礦池內(nèi)可以隨液位變化順暢的移動，不受其浮泡和細(xì)小顆粒物影響。拉繩位移傳感器線性進(jìn)度達(dá) 0.05%，分辨率 0.003 mm/ 脈沖，能實(shí)時反映液位變化。使用頂裝式磁翻柱液位計能夠準(zhǔn)確測量精礦池這類條件較為苛刻的液位變化情況 , 為實(shí)行精煤壓濾機(jī)控制全自動化創(chuàng)造了堅(jiān)實(shí)的條件，同時為各選煤廠思考精煤壓濾機(jī)系統(tǒng)全自動化設(shè)計提供了一種有效的參考，適應(yīng)選煤廠發(fā)展自動化和智能化的大趨勢。