重介質旋流器智能控制系統及其應用研究

花曉中

（潞安集團余吾煤業有限責任公司，山西 長治 046100）

引言

重介質旋流器依靠高速的運動實現將不同特性的物質進行分離，是煤化工生產中的核心設備，混合液體以一定的入料壓力進入到重介質旋流器的內部，在旋流器的作用下產生劇烈的旋轉運動，在強大的離心力的作用下不同密度、粒度的物質進行有序分流，從而實現了高效分選作。根據重介質旋流器的工作原理，其分選時的效率和經濟性主要取決于工作時入料壓力和溢流口處壓力的差值，該差值決定了分選時旋流器底流的濃度，差值越大底流濃度就越大，旋流器分選時的效率和經濟性就越好，因此煤化工企業通常采用提高入料壓力和溢流口處壓力差值的方案來提升旋流器的工作效率，但由于沒有精確的控制系統，多采用依靠人工經驗判斷，效率低、精度差，無法達到科學合理調整分選效率的目的[1]。因此，對一種新的重介質旋流器智能控制系統展開分析。

1 旋流器智能控制系統的分析

根據重介質旋流器的工作原理及精確調控需求，本文所提出的重介質旋流器智能控制系統采用了模糊PID 控制邏輯，整個系統包括了智能控制終端、不間斷穩定電源、壓力監測模塊及智能調控執行模塊，整個旋流器智能控制系統整體結構如圖1所示。

圖1 多點驅動調速控制系統整體結構示意圖

由圖1 可知，該調速控制系統中電源模塊采用了通用的220 V 不間斷穩壓電源，確保整個調控系統中系統運行的穩定性和安全性。在工作中壓力變送器1 對混合液體的入料口壓力進行不間斷監測，壓力變送器2 對混合液體的溢流口處的壓力進行不間斷監測，進而獲取入料壓力和溢流口處壓力的差值[2]。S7-200PLC 控制模塊則通過對壓力差值的分析、利用模糊控制算法對數據進行模糊化計算處理，獲取需要調整的控制量，從而控制溢流閥閥口處的電動球閥，實現對入料壓力和溢流口處壓力差值的連續不間斷監測和調整。壓力變送器則主要用于對旋流器底流出口處的壓力進行監測，然后通過S7-200PLC 控制模塊來調整底流口球閥的開度實現對底流流量的控制，通過控制流量來實現對底流濃度的動態調整。整個控制過程主要依賴于控制系統的模糊調控系統，實現了對參數量和調整量的動態調整控制，滿足精確控制要求。

2 智能控制系統的模糊PID 調控系統的分析

為了確保該控制系統數據控制的精確性，首次采用了雙數據輸入、三數據輸出的非線性模糊控制結構[3]，雙數據主要包括了系統入料口處壓力和溢流口處壓力的理論差值與系統實際測量的壓力差值之間的偏差量e 以及在某一時刻的偏差的變化率ec，三數據輸出主要包括了系統的微分實際時間TD、系統的數據比例系數KP以及積分實際時間TI。系統在工作過程中壓力變送器采集實際的工作壓力，然后將其傳輸到控制中心，對差值情況進行分析，獲取偏差量e 以及在某一時刻的偏差的變化率ec，將其作為數據控制變量輸入到PLC 控制器，經過模糊PID控制分析，輸出微分實際時間TD、系統數據比例系數KP以及積分實際時間TI進而實現對數據參數的修正，滿足對控制量連續、精確控制需求，該模糊PID控制系統結構如下頁圖2 所示[4]。

圖2 模糊PID 控制邏輯示意圖

3 重介質旋流器智能控制系統的應用

為了對該重介質旋流器智能控制系統的應用效果進行分析，以FX-250 型旋流器為對象，對其控制系統進行改造，該旋流器的錐角為14°，旋流器內徑為240 mm，旋流器入料管的直徑為100 mm，出料口直徑為45 mm，整個旋流器控制系統及旋流器結構如圖3 所示。

圖3 旋流智能控制驗證平臺結構示意圖

在進行試驗驗證時，以直徑為100 μm 的沙石作為系統的分選物，將其和水按照1∶5 的質量比例進行充分的混合，利用該控制系統對在分選過程中的底流含水量和溢流含水量（用于表征底流濃度，溢流含水量越大表明底流濃度越大）進行分析，實驗驗證結果如表1 所示。

由實際分析結果可知，系統能夠根據入料壓力和溢流口處壓力的差值來實現對底流濃度的連續性調整，當入料口壓力和溢流口壓力的壓差為0.2 MPa時，系統具有最高的底流濃度，此情況下重介質旋流器具有最高的分選效率和經濟性。整個智能控制系統在工作過程中控制精確性高、穩定性好，實現了連續跟蹤閉環調整，確保了重介質旋流器工作的穩定性和經濟性。

表1 實驗結果匯總表

4 結論

1）重介質旋流器智能控制系統采用了模糊PID控制邏輯，整個系統包括了智能控制終端、不間斷穩定電源、壓力監測模塊及智能調控執行模塊；

2）整個控制過程主要依賴于控制系統的模糊PID 調控系統，實現了對參數量和調整量的動態調整控制，控制精度高、連續性好；

3）當入料口壓力和溢流口壓力的壓差為0.2 MPa 時，系統具有最高的底流濃，整個智能控制系統在工作過程中控制精確性高、穩定性好，實現了連續跟蹤閉環調整，確保了重介質旋流器工作的穩定性和經濟性。