跳汰機各工藝參數之間相關性強，調整時需互相協調。跳汰過程由兩個基本過程組成，即物料按密度分層和最終產品的分離過程，兩個過程既相互獨立又相互影響，物料按密度分層是全過程的關鍵。這是因為，只有在精確分層的基礎上，才可能分離出更多的合格產品；而且作為排料依據的床層檢測元件—浮標所處層位的可靠性和準確性均依賴於分層效果。分層過程是煤和矸石、中煤相對運動的結果，煤相對向上、向前運動就產生了分層，相對運動的阻力大，相對位移困難，分層也困難，反之亦然。因此，相對運動阻力的大小直接反映了分層難易程度。
跳汰機主要參數控制系統，通過調整風、水、給煤、排料、周期等參數，將相對運動阻力控制在壹定範圍內，使其不要過大，也不要過小，以保證物料順利地按密度分層，同時，在壹定程度上也保證了浮標檢測的準確性和自動排料系統的可靠運行，最終保證了建立在自動排料基礎上的煤質劃分系統的可靠性。
3.2 跳汰機及其周邊關聯設備的自動啟停系統
該系統能在接到啟車指令後，進行必要的打點聯絡，在得到回應後逆煤流啟車，接到停車指令後順煤流停車。在緩沖倉料位計和總水流量計等儀器的配合下還可實現欠煤、欠水、設備故障報警，同時使跳汰機處於休眠或半休眠等待狀態，保持床層，待報警解除後自動恢復正常運行。
3.3 跳汰機處理量優化控制系統
該系統給料控制，除人為給定外還可有下面兩種選擇：①在不要求大處理量的場合，根據來煤量自動調整入洗量以減少等待和設備的啟停次數，做到長期均衡入洗，穩定產品質量。②根據自感知的入料性質（矸石和中煤排量和粒度組成），自動調整給料量使其達到較為理想的分選效果的同時，盡可能加大處理量。
3.4 入料煤質變化自感知系統
該跳汰機采用了漏鬥倉式穩靜滾輪排料方式，可實現連續排料，排料體積量與排料輪轉速成正比；同時采用了給料量與變頻調速器頻率對應較好的給料機。因此，在分選過程中對當前的給煤和中煤、矸石量的相對情況，系統是可感知的，系統可根據矸石和中煤的相對排放量，粗略地劃分出分選的難易程度（易選、中等可選、難選等九級模糊分類）。同時實踐表明，床層橫向推力檢測裝置的信號壹定程度地反映了入料整體平均粒度的大小，所以系統也可根據粒度組成的大概情況將其進行模糊分類。
跳汰機風閥自動控制
1 前 言
目前跳汰機數控風閥控制，均采用手動調節的開環控制方式，跳汰機作為選煤廠的關鍵設備，其風閥控制的自動化問題長期以來未能解決。跳汰司機在生產操作過程中，需要根據入料性質、給料量、工作風壓、床層狀態等外部條件的變化，不斷調整風閥參數，操作繁瑣，產品質量得不到保證。同時，由於風閥系統的執行元件動作頻繁，故障率相對較高，現有控制方法無法判斷故障和發出有效的報警信號，致使設備帶故障運行，更嚴重地影響分選指標。本文在分析跳汰機工作原理的基礎上，提出利用空氣室水位信號進行風閥參數自動調節的方法，從而實現跳汰機風閥控制自動化。使跳汰床層始終保持適宜的振幅，保證較高的洗選效率和處理量，不但克服了由於風壓波動、給煤量改變等因素造成的不良跳汰現象，同時，當風閥系統的執行氣缸、電磁閥及其接線發生故障時，能夠及時報警,通知維修人員進行處理，從而將邁出實現跳汰機崗位無人值守的重要壹步。
2 跳汰過程
施行風閥自動調整的外部條件為：控制用風壓力為0.4～0．5MPa；工作用風壓力為0.03～
0.04MPa（篩下空氣室）；跳汰機水量和篩上水位正常；各室的進氣閥和排氣閥最大開度（行程）已調整合理。
為了避免床層“翻花”，設備開機時的跳汰周期從排氣期開始，之後是壓縮期、進氣期和膨脹期，如圖1所示。以上的風閥跳汰參數，是以電控設備發出的電平信號為時間基準的。其對應的機械動作過程和工藝分選過程均滯後於電平信號。為敘述方便起見，以進氣期開始分析其動作過程。
圖1 跳汰波形曲線
進氣期：進氣閥電平打開，排氣閥電平關閉。在進氣過程中，工作風進入空氣室，室內水位下降。水流經過導流板後上升，將跳汰機篩板上的物料床層托起。托起的速度取決於風壓和進氣閥開度，托起的高度取決於進氣期（進氣時間）。通常，入選物料粒級越寬，要求托起的速度和高度越大；反之，粒級越窄，要求托起的速度和高度越小。進氣期的作用是保證物料被整體有序地托起，且形成足夠的沈降分層距離，同時進氣過程也具有某些分層作用。
膨脹期：進氣期結束後，進氣閥電平關閉，排氣閥電平仍關閉。在膨脹過程中，空氣室內的水位處於低位，振蕩趨穩。篩板的上升水流停止，物料依其密度在水介質中按不同的速度沈降分層。密度越大，沈降速度越快；反之，密度越小，沈降速度越慢。膨脹期（膨脹時間）是物料最主要的分層過程，應保證重物料（該分選段的產品）沈降停止。
排氣期：排氣閥電平打開，進氣閥電平關閉。在排氣過程中，空氣室內氣體排至大氣，室內水位上升。篩板的水流下降，在膨脹期未充分沈降的上層較輕物料迅速落下，少部分細顆粒高密度物料透篩排出。排氣速度取決於排氣閥開度，排氣期（排氣時間）應保證空氣室水位恢復到進氣期開始時的位置。
壓縮期：排氣期結束後，排氣閥電平關閉，進氣閥電平仍關閉。在壓縮過程中，空氣室內的水位處於高位，振蕩趨穩。篩板下降水流停止，物料床層穩定。此延時時間應大於排氣閥的關閉動作過程，以避免排氣閥和進氣閥在動作過渡期（均處於半開狀態）將工作風“短路”掉。
跳汰周期是進氣期、膨脹期、排氣期和壓縮期之和。在同壹個產品段內，各分選室間的進氣期、排氣期分別同步動作，以免打亂床層。不同的產品段（如矸石段、中煤段）間可以同相或反相動作，壹臺跳汰機的各分選室工作在***同的跳汰周期，該跳汰周期的值等於各分選室要求跳汰周期的最大值。
每壹個跳汰周期，空氣室水位經歷壹個循環變化，空氣室的水位波動狀態將隨著不同的跳汰參數而改變，不合理的跳汰參數將導致不良的跳汰床層，如圖2所示。保持穩定和適當的水位振幅，是跳汰機篩上物料良好分層的必要條件，跳汰機的各個空氣室具有不同的水位振幅要求。在矸石段，物料床層較厚，需要較大的振幅；在中煤段，物料床層較薄，需要較小的振幅。
圖2 床層現象分析
3 故障原因
造成常見故障現象的原因是：該空氣室的進氣量和排氣量不平衡。當進氣量大於排氣量時，氣體就會從空氣室下沿溢出，上升至篩板並穿過物料層在水面形成大量氣泡，沖亂已經形成的床層，這就是“翻花”現象；反之，當進氣量小於排氣量時，空氣室水位振蕩範圍不斷上移，直至空氣室頂端，水位振幅減小，最終使篩板上物料失去分選動力，形成“偏振”現象。跳汰機在運行過程中，由於工作風壓、床層厚度以及跳汰參數（尤其是風閥參數）的異常變化，就會形成上述現象。在特殊情況下，風閥控制系統中電路故障、接線脫落、控制風壓失常，氣源三聯體、電磁閥或者執行氣缸損壞等，也會形成上述現象。
事實上，空氣室水位的變化對風閥的進、排氣期調整效果具有壹種制衡作用。設想當進氣期和排氣期都等於某壹值時，空氣室水位穩定在高水位G和低水位D之間振蕩。
增加進氣期，水位將穩定在偏下的兩點間振蕩，僅當進氣期增加較多時，才會產生“翻花”現象，如果空氣室有足夠的高度，低水位時具有的反水壓足以平衡工作風壓，則無論如何增加進氣期，也不會有“翻花”產生。增加排氣期，水位將穩定在偏上的兩點間振蕩，僅當排氣期增加較多時，才會產生“偏振”現象，如果空氣室為篩側式的，高水位時空氣室內氣壓等於大氣壓，則無論如何增加排氣期，也不會有“偏振”產生。
由上述分析可以看出，當空氣室頂端和底端均具有壹定高度時，進、排氣期可以任意調整而不會出現問題。但是，這樣做就將極大增加機體重量，並且返回到篩側式跳汰機時代，其代價是不可接受的。
可以適當設計空氣室的高度，利用其制衡作用，再輔以空氣室水位電控，完全能夠保證跳汰床層始終處於正常起振狀態。
4 控制原理
要達到理想的控制目標，需要在每個空氣室安裝壹臺水位傳感器，同時在每個分選室的篩板上安裝壹臺床層料位傳感器，風閥自動控制裝置將根據對物料振幅的要求，以及空氣室水位不超越上、下限的要求，自動調整各室的進氣期、膨脹期、排氣期和***同的跳汰周期。對傳感器的基本要求是精度高、跟蹤速度快、防塵防水、可靠性好、壽命長，而且，安裝固定這些傳感器的機械部分也同樣要求適應傳感器的性能。由於床層料位傳感器和其安裝機構較為復雜和昂貴，目前配備起來仍有困難。為了避繁就簡，考慮只安裝水位傳感器的簡單控制系統，基本可滿足現有選煤廠在資金緊張情況下設備改造的需要，保證控制系統的可靠性（圖3）。具體控制過程如下：安裝在空氣室側邊的水位傳感器，不斷檢測空氣室水位的變化，並在每壹個跳汰周期結束時，控制器采集並存儲壹個最高水位信號值G和壹個最低水位信號值D，當G與D的差（水位振幅）大於水位振幅設定值與死區的和時，自動步進減小進氣期H和排氣期L的值，以使檢測的水位振幅逐步減小，直至接近設定的水位振幅。相反，當G與D的差小於水位振幅設定值與死區的差時，自動步進增大進氣期H和排氣期L的值，以使檢測的水位振幅逐步增大，直至接近設定的水位振幅。
圖3 水位傳感器安裝示意圖
除了控制空氣室水位的振幅之外，水位還必須在空氣室的上、下限之內波動。否則，跳汰機床層將會出現“翻花”或“偏振”現象，“翻花”將攪亂已形成的床層，而“偏振”將難以形成良好的床層。這就要求當G大於設定上限時，自動步進增加進氣期H的值，同時，減小排氣期L的值，以使水位振幅保持不變，而振蕩中心線下移。反之，當D小於設定下限時，自動步進減小進氣期H的值，同時增大排氣期L的值，以使水位振幅保持不變，而振蕩中心線上移。
進氣期H和排氣期L的值不是可以無限增加或減小的，在振幅壹定的情況下，影響其值的主要因素有：進氣閥和排氣閥的最大開度（行程）、工作風壓力、物料床層厚度等。在各因素可以允許的波動範圍內，H和L的值通常為0.15～0．50s。
膨脹期的長短取決於跳汰機篩上重物料的振幅和在水中的幹擾沈降速度。總的來說：密度越大、顆粒越大、形狀圓滑的物料沈降速度越快，如果振幅越小，則需要的膨脹期越短；密度越小、顆粒越小、形狀不規則的物料沈降速度越慢，如果振幅越大，則需要的膨脹期越長。由於物料振幅小於水位振幅，而且物料在膨脹期初期由上升狀態轉化為沈降狀態需要壹個過渡時間，忽略正負兩方面的因素，根據設定的水位振幅，可以近似計算各室膨脹期的時間：
P*=(S*。h。kb)/vc=k。S*
式中：P*——某室膨脹期的計算值（s)。計算結果通常在0.20～0.60之間；
S*——某室水位振幅設定值（％）。設定範圍20％～70％；
h——水位傳感器標定長度（m）。如0.6、0.8等；
kb——空氣室水平截面與該室篩面之比。通常為0.5左右；
vc——該段重物料的平均沈降速度（m/s）。矸石為0.3～0.4，中煤為0.2～0．3；
k——綜合沈降常數。當h=0.6m, vc=0.3m/s,kb=0.5時，k=1。
從上式可以看出，膨脹期的大小應正比於設定振幅。調整設定振幅的大小，膨脹期的時值就被自動地改變。壓縮期的時值，應略大於排氣閥關閉動作的過渡時間。蓋板式風閥、滑動式風閥和蝶閥式風閥的動作速度稍有差異,通常其壓縮期可在0.1～0．15s間選取。風閥自動控制裝置按照上述計算方法，對每壹個空氣室的進氣期、膨脹期、排氣期和壓縮期分別計算，求和得到多個不同的計算周期，取其最大值，作為各室***同的候選跳汰周期，與原有跳汰周期進行比較，其差值小於死區範圍時，保留原有跳汰周期；其差值大於死區範圍時，啟用候選跳汰周期。保證跳汰周期既能夠自動調整又避免頻繁變化。壓縮期應取相同的值並設為同步點，跳汰周期內多余的時間歸入膨脹期。
應當註意的是：盡量合理調整風閥行程，使跳汰機的風閥整齊動作，以保持各分選室間的床層同步，減少紊流對床層的破壞作用。壹個產品段內相鄰分選室的跳汰振幅應當接近，相位應當同步，這樣才能使整機分選效率有較大的提高。設計的程序框圖見圖4。當某空氣室高水位超過上限，同時該室進氣期已調到最大值，排氣期到最小值，即：G＞95％，H=0.50s，L=0.15s，此時進行上限報警。故障直接原因有：進氣缸常閉、排氣缸常開、工作風壓消失等。
圖4 風閥控制程序框圖
當某空氣室高水位低於下限，同時該室進氣期已調到最小值，排氣期到最大值，即：G＜5%，H=0.15s，L=0.50s，此時進行下限報警。故障的直接原因有：進氣缸常開、排氣缸常閉、控制風壓消失等。
當某空氣室水位振幅小於下限，同時該室的進、排氣期均已調整到最大值，即：G-D＜20％，H=L=0.50s，此時進行振幅下限報警。故障的直接原因有：工作風壓消失、控制風壓消失等。
廠房巡檢員能夠根據報警情況，迅速查明原因，及時清除故障並恢復系統正常運轉。
5 結 語
基於空氣室水位的風閥閉環自動調節，還可以簡化跳汰機給料自動控制和風壓自動控制系統。通過前面的介紹可以判斷，這種全新概念的風閥自動控制方法，必將以其優越的控制原理、低廉的改造代價和巨大的改造效益，在不久以後應用於越來越多的選煤廠。