潘一選煤廠浮選入料脫泥池溢流量控制系統(tǒng)的自動(dòng)化改造

章宏令

(淮南礦業(yè)集團(tuán) 選煤分公司，安徽 淮南 232046)

潘一選煤廠浮選入料脫泥池溢流量控制系統(tǒng)的自動(dòng)化改造

章宏令

(淮南礦業(yè)集團(tuán) 選煤分公司，安徽 淮南 232046)

為了解決潘一選煤廠浮選入料脫泥池溢流量人工手動(dòng)調(diào)節(jié)存在滯后性和精度低的問(wèn)題，針對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定自動(dòng)化改造方案并予以實(shí)施。生產(chǎn)實(shí)踐表明：在新系統(tǒng)投入應(yīng)用后，浮選入料脫泥池溢流量的穩(wěn)定性提高，有利于分級(jí)和脫泥作用的發(fā)揮，且能較好地解決脫泥池溢流量與浮選入料泵流量之間的不平衡問(wèn)題，滿(mǎn)足浮選作業(yè)的特殊要求。

浮選入料；脫泥池；溢流量；自動(dòng)化改造

淮南礦業(yè)集團(tuán)潘一選煤廠地處淮南煤田潘謝礦區(qū)，于1986年建成投產(chǎn)，是一座處理能力為5.00 Mt/a的礦井型動(dòng)力煤選煤廠。2011年11月該選煤廠開(kāi)始進(jìn)行煉焦煤系統(tǒng)改造，經(jīng)兩次改造后其成為礦井型煉焦煤選煤廠，生產(chǎn)系統(tǒng)處理能力同為5.00 Mt/a；原煤以不脫泥方式入選，采用70～0 mm粒級(jí)原煤由無(wú)壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選、>0.25 mm粒級(jí)粗煤泥由煤泥重介質(zhì)旋流器分選 、<0.25 mm粒級(jí)細(xì)煤泥由浮選機(jī)分選、浮選精礦由加壓過(guò)濾機(jī)脫水、浮選尾礦由沉降過(guò)濾離心機(jī)和壓濾機(jī)脫水的聯(lián)合工藝；主導(dǎo)產(chǎn)品為2#精煤，用于生產(chǎn)焦炭。

考慮到該選煤廠的煤泥灰分高、易泥化、極難選，采用脫泥浮選工藝對(duì)其進(jìn)行處理。在浮選生產(chǎn)過(guò)程中，浮選入料泵采用變頻裝置通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)控制底流量和上升水流速度(溢流量)，以達(dá)到調(diào)整分級(jí)粒度的目的[1]。但實(shí)際生產(chǎn)中需要根據(jù)浮選入料中的細(xì)泥含量和物料灰分，在線(xiàn)調(diào)節(jié)脫泥池的溢流量，控制分級(jí)粒度。由于人工手動(dòng)調(diào)節(jié)存在滯后性，難以保證浮選入料脫泥池溢流量的穩(wěn)定，進(jìn)而影響物料的分級(jí)和脫泥效果；此外，人工手動(dòng)調(diào)節(jié)精度低，易使浮選入料泵的流量產(chǎn)生較大變化，進(jìn)而使浮選機(jī)的入浮煤漿量波動(dòng)較大，影響浮選效果。因此，必須對(duì)該選煤廠浮選入料脫泥池的溢流量控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 控制原理與設(shè)計(jì)思路

通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器頻率來(lái)調(diào)節(jié)浮選入料泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制浮選入料脫泥池的底流量，能夠達(dá)到控制其溢流量的目的[2-6]。當(dāng)浮選入料脫泥池的溢流量增大時(shí)，增加變頻器的頻率；反之，當(dāng)其溢流量減小時(shí)，降低變頻器的頻率，保證浮選入料脫泥池的溢流量和液位處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

為了獲得良好的控制效果，采用閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)浮選入料脫泥池的溢流量進(jìn)行自動(dòng)控制(圖1)。PLC通過(guò)重錘式液位計(jì)采集浮選入料脫泥池的實(shí)際液位數(shù)據(jù)，并與上位機(jī)給定的液位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，再根據(jù)差值進(jìn)行運(yùn)算；通過(guò)模擬量輸出模塊輸出信號(hào)，控制變頻器進(jìn)行升頻(降頻)操作，確保實(shí)際液位與給定液位一致，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脫泥池溢流量和液位的穩(wěn)定。

圖1 浮選入料脫泥池溢流量自動(dòng)控制系統(tǒng)控制原理圖

1.2 方案設(shè)計(jì)

(1)控制技術(shù)。PID控制技術(shù)以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)成為現(xiàn)代工業(yè)控制的主要技術(shù)之一，其原理是根據(jù)系統(tǒng)誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制[7-9]。比例環(huán)節(jié)能夠即時(shí)、成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，如果系統(tǒng)產(chǎn)生偏差，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用，以減小偏差。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度；積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)，該常數(shù)越大，積分作用越弱，反之積分作用越強(qiáng)。微分環(huán)節(jié)能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率)，并能在偏差信號(hào)值過(guò)大前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，并減小調(diào)節(jié)時(shí)間。

(2)參數(shù)整定。根據(jù)浮選工藝的特殊要求，不但需要保證浮選入料脫泥池的溢流量穩(wěn)定，而且需要保證脫泥池的底流量相對(duì)穩(wěn)定。為了避免脫泥池的底流量發(fā)生較大變化影響浮選效果，采用均勻控制方法使脫泥池的溢流量和浮選入料泵的入料量(或變頻器頻率)均勻、緩慢地在工藝允許范圍內(nèi)變化，以緩解兩者之間的矛盾。

通過(guò)PID參數(shù)整定可以達(dá)到目的，PID參數(shù)整定是浮選入料脫泥池溢流量自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，它需要根據(jù)脫泥池溢流量控制過(guò)程的特性確定合適的比例增益KP、積分時(shí)間常數(shù)Ti、微分時(shí)間常數(shù)Td。各參數(shù)之間的作用關(guān)系是：比例作用是主要調(diào)節(jié)方式，起主導(dǎo)作用；積分作用是輔助調(diào)節(jié)方式，微分作用是補(bǔ)償作用。結(jié)合浮選入料脫泥池溢流量控制特性，可以采用一階慣性加純滯后模型近似描述，其表達(dá)式為

(1)

式中：K、τ、T分別為對(duì)象模型的開(kāi)環(huán)增益、純滯后時(shí)間常數(shù)、慣性時(shí)間常數(shù)。

式(1)的傳遞函數(shù)為

(2)

通過(guò)MATLAB軟件仿真模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可知：當(dāng)Kp=13、Ti=0.6、Td=0.15時(shí)，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，動(dòng)態(tài)性能優(yōu)，調(diào)節(jié)質(zhì)量高，仿真曲線(xiàn)如圖2所示。

圖2 浮選入料脫泥池溢流量自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真曲線(xiàn)

參數(shù)整定時(shí)需要注意以下兩點(diǎn)：比例增益、積分時(shí)間常數(shù)都要比定值控制系統(tǒng)大很多，這樣才能保證脫泥池溢流量和浮選入料泵的入料量緩慢、均勻變化。在變頻調(diào)節(jié)時(shí)頻率不宜過(guò)低，應(yīng)該注意煤漿的流速和泵的揚(yáng)程；煤漿在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)平均流速必須大于臨界流速，即V必須大于V1，

V=4Q/πD2，

(3)

(4)

式中：Q為煤漿流量，m3/h；D為管道直徑，m；F1為速度系數(shù)；ρ0為煤的密度，kg/m3；ρ1為煤漿載體的密度，kg/m3。

如果變頻器頻率過(guò)低，則煤漿流量過(guò)小，導(dǎo)致煤漿流速小于臨界流速，進(jìn)而其在管道內(nèi)沉淀，致使管道被堵塞。此外，由于泵的揚(yáng)程與其速度平方成正比，其運(yùn)行速度大幅降低將使揚(yáng)程大大下降，故變頻器的頻率應(yīng)設(shè)定下限。

2 系統(tǒng)組成

(1)硬件組成。該自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)主要包括工控機(jī)、PLC控制系統(tǒng)(PACSystems RX7i 控制器主站+GE90-30分站)、液位計(jì)、變頻器。

(2)軟件組成。該自動(dòng)控制系統(tǒng)采用Proficy Machine Edition軟件進(jìn)行PLC程序編制，上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面采用iFIX4.0軟件進(jìn)行組態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控和過(guò)程控制。GE Fanuc的Proficy Machine Edition是一個(gè)適用于人/機(jī)界面開(kāi)發(fā)、運(yùn)動(dòng)控制及控制應(yīng)用的通用開(kāi)發(fā)環(huán)境，其提供統(tǒng)一的用戶(hù)界面，具有全程拖放的編輯功能，支持項(xiàng)目需要的多目標(biāo)組件編輯。iFIX是全球最領(lǐng)先的HMI/SCADA自動(dòng)化監(jiān)控組態(tài)軟件，具有生產(chǎn)操作的過(guò)程可視化、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，易于擴(kuò)展和集成，提供真正的分布式、客戶(hù)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。

3 程序控制

浮選入料脫泥池溢流量自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)在潘一選煤廠集中控制系統(tǒng)(PACSystems RX7i 控制器主站+GE90-30分站)上擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)，將液位計(jì)的4～20 mA電流信號(hào)接在集中控制系統(tǒng)模擬量輸入模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)編寫(xiě)的程序(核心程序見(jiàn)圖3、圖4、圖5)，通過(guò)CPU運(yùn)算輸出控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)模擬量輸出模塊進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，并輸出4～20 mA電流信號(hào)，其為變頻器的輸入信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)浮選入料泵轉(zhuǎn)速的控制[10]，上位組態(tài)畫(huà)面(圖6)在工控組態(tài)軟件IFIX4.0上編制。

圖3 浮選入料脫泥池溢流量自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC程序1

圖4 浮選入料脫泥池溢流量自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC程序2

圖5 浮選入料脫泥池溢流量自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC程序3

圖6 浮選入料脫泥池溢流量自動(dòng)控制系統(tǒng)組態(tài)畫(huà)面

4 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)在潘一選煤廠投入應(yīng)用后，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制精度較高，不但可以實(shí)現(xiàn)浮選入料脫泥池溢流量的自動(dòng)控制，提高脫泥池溢流量的穩(wěn)定性，而且具有在線(xiàn)設(shè)定溢流量、自動(dòng)/手動(dòng)控制切換、過(guò)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能，能夠較好地解決脫泥池溢流量與浮選入料泵入料量之間的矛盾，進(jìn)而滿(mǎn)足浮選工藝的特殊要求，具有良好的應(yīng)用價(jià)值和推廣前景。

[1] 中華人民共和國(guó)煤炭工業(yè)部.選煤廠水力分級(jí)設(shè)備工藝效果評(píng)定方法：MT/T 738—1997[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.

[2] 邵裕森,巴筱云.過(guò)程控制系統(tǒng)及儀表[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[3] 李霄霞.變頻自動(dòng)控制技術(shù)在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì),2010,20(27):191-193.

[4] 張吉泉,賈光旭，劉玉濤.自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理中的應(yīng)用[J].機(jī)電一體化,2000(3):55-56.

[5] 耿立明，劉漫洲，劉雨剛，等.基于PLC的太陽(yáng)能熱水器的自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].電氣傳動(dòng),2006，36(11):54-56.

[6] 郭建斌.變頻調(diào)速技術(shù)在選煤廠入料泵上的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2009(5)：29-30.

[7] 楊 智,朱海鋒，黃以華.PID控制器設(shè)計(jì)與參數(shù)整定方法綜述[J].化工自動(dòng)化及儀表,2005,32(5):1-7.

[8] 邱 麗，曾貴娥，朱學(xué)峰，等.幾種PID控制器參數(shù)整定方法的比較研究[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2005,24(11)：28-31.

[9] 郭 巍，曲延濤，趙 英.基于組態(tài)軟件和Matlab的PID控制器設(shè)計(jì)及參數(shù)自整定方法研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006,22(19)：54-56.

[10] 廖常初.大中型 PLC 應(yīng)用教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

Application of the automated flotation feed desliming pond overflow rate control system at Panyi Coal Preparation Plant

ZHANG Hong-ling

(Coal Preparation Palnt, Huainan Mining Group, Huainan, Anhui 232046, China)

The overflow rate of the flotation feed desliming pond was originally under manual control-a control made with low accuracy and lagging trouble. In the light of the specific operating conditions, a technical renovation scheme is worked out and put into practice. Practice shows that the application of the automated control system can meet the specific requirement of the flotation circuit for its capability to maintain higher stability of overflow rate of desliming pond, give full scope to sizing and desliming effects, and keep the overflow rate of desliming pond and flotation feed pump flowrate well balanced.

flotation feed; desliming pond; overflow rate; automatic control

1001-3571(2016)05-0084-04

TD948.9

B

2016-09-19

10.16447/j.cnki.cpt.2016.05.023

章宏令(1985—)，男，安徽省廬江市人，工程師，碩士，從事選煤廠機(jī)電設(shè)備管理工作。

E-mail：zhanghongling10@163.com Tel： 13516421713

章宏令.潘一選煤廠浮選入料脫泥池溢流量控制系統(tǒng)的自動(dòng)化改造[J]. 選煤技術(shù)，2016(5)：84-87.