潘一選煤廠浮選入料脫泥池溢流量控制系統(tǒng)的自動化改造

章宏令

(淮南礦業(yè)集團 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)的自動化改造

章宏令

(淮南礦業(yè)集團 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調(diào)節(jié)存在滯后性和精度低的問題，針對生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況，制定自動化改造方案并予以實施。生產(chǎn)實踐表明：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題，滿足浮選作業(yè)的特殊要求。

浮選入料；脫泥池；溢流量；自動化改造

淮南礦業(yè)集團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的礦井型動力煤選煤廠。2011年11月該選煤廠開始進行煉焦煤系統(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粒級原煤由無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選、>0.25 mm粒級粗煤泥由煤泥重介質(zhì)旋流器分選 、<0.25 mm粒級細煤泥由浮選機分選、浮選精礦由加壓過濾機脫水、浮選尾礦由沉降過濾離心機和壓濾機脫水的聯(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其進行處理。在浮選生產(chǎn)過程中，浮選入料泵采用變頻裝置通過手動調(diào)節(jié)控制底流量和上升水流速度(溢流量)，以達到調(diào)整分級粒度的目的[1]。但實際生產(chǎn)中需要根據(jù)浮選入料中的細泥含量和物料灰分，在線調(diào)節(jié)脫泥池的溢流量，控制分級粒度。由于人工手動調(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，進而影響物料的分級和脫泥效果；此外，人工手動調(diào)節(jié)精度低，易使浮選入料泵的流量產(chǎn)生較大變化，進而使浮選機的入浮煤漿量波動較大，影響浮選效果。因此，必須對該選煤廠浮選入料脫泥池的溢流量控制系統(tǒng)進行自動化改造。

1 方案設(shè)計

1.1 控制原理與設(shè)計思路

通過調(diào)節(jié)變頻器頻率來調(diào)節(jié)浮選入料泵的轉(zhuǎn)速，進而控制浮選入料脫泥池的底流量，能夠達到控制其溢流量的目的[2-6]。當浮選入料脫泥池的溢流量增大時，增加變頻器的頻率；反之，當其溢流量減小時，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)對浮選入料脫泥池的溢流量進行自動控制(圖1)。PLC通過重錘式液位計采集浮選入料脫泥池的實際液位數(shù)據(jù)，并與上位機給定的液位數(shù)據(jù)進行比較，再根據(jù)差值進行運算；通過模擬量輸出模塊輸出信號，控制變頻器進行升頻(降頻)操作，確保實際液位與給定液位一致，進而實現(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控制系統(tǒng)控制原理圖

1.2 方案設(shè)計

(1)控制技術(shù)。PID控制技術(shù)以結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便等優(yōu)點成為現(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、微分計算出控制量進行控制[7-9]。比例環(huán)節(jié)能夠即時、成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號，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)的無差度；積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)，該常數(shù)越大，積分作用越弱，反之積分作用越強。微分環(huán)節(jié)能反應(yīng)偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號值過大前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，并減小調(diào)節(jié)時間。

(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PID參數(shù)整定可以達到目的，PID參數(shù)整定是浮選入料脫泥池溢流量自動控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容，它需要根據(jù)脫泥池溢流量控制過程的特性確定合適的比例增益KP、積分時間常數(shù)Ti、微分時間常數(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，其表達式為

(1)

式中：K、τ、T分別為對象模型的開環(huán)增益、純滯后時間常數(shù)、慣性時間常數(shù)。

式(1)的傳遞函數(shù)為

(2)

通過MATLAB軟件仿真模擬和現(xiàn)場試驗可知：當Kp=13、Ti=0.6、Td=0.15時，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性強，動態(tài)性能優(yōu)，調(diào)節(jié)質(zhì)量高，仿真曲線如圖2所示。

圖2 浮選入料脫泥池溢流量自動控制系統(tǒng)仿真曲線

參數(shù)整定時需要注意以下兩點：比例增益、積分時間常數(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)時頻率不宜過低，應(yīng)該注意煤漿的流速和泵的揚程；煤漿在管道內(nèi)流動時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。

如果變頻器頻率過低，則煤漿流量過小，導(dǎo)致煤漿流速小于臨界流速，進而其在管道內(nèi)沉淀，致使管道被堵塞。此外，由于泵的揚程與其速度平方成正比，其運行速度大幅降低將使揚程大大下降，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。該自動控制系統(tǒng)的硬件平臺主要包括工控機、PLC控制系統(tǒng)(PACSystems RX7i 控制器主站+GE90-30分站)、液位計、變頻器。

(2)軟件組成。該自動控制系統(tǒng)采用Proficy Machine Edition軟件進行PLC程序編制，上位機監(jiān)控畫面采用iFIX4.0軟件進行組態(tài)，實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控和過程控制。GE Fanuc的Proficy Machine Edition是一個適用于人/機界面開發(fā)、運動控制及控制應(yīng)用的通用開發(fā)環(huán)境，其提供統(tǒng)一的用戶界面，具有全程拖放的編輯功能，支持項目需要的多目標組件編輯。iFIX是全球最領(lǐng)先的HMI/SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件，具有生產(chǎn)操作的過程可視化、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，易于擴展和集成，提供真正的分布式、客戶/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控制系統(tǒng)通過在潘一選煤廠集中控制系統(tǒng)(PACSystems RX7i 控制器主站+GE90-30分站)上擴展來實現(xiàn)，將液位計的4～20 mA電流信號接在集中控制系統(tǒng)模擬量輸入模塊進行A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)編寫的程序(核心程序見圖3、圖4、圖5)，通過CPU運算輸出控制信號，經(jīng)過模擬量輸出模塊進行D/A轉(zhuǎn)換，并輸出4～20 mA電流信號，其為變頻器的輸入信號，從而實現(xiàn)對浮選入料泵轉(zhuǎn)速的控制[10]，上位組態(tài)畫面(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控制系統(tǒng)PLC程序1

圖4 浮選入料脫泥池溢流量自動控制系統(tǒng)PLC程序2

圖5 浮選入料脫泥池溢流量自動控制系統(tǒng)PLC程序3

圖6 浮選入料脫泥池溢流量自動控制系統(tǒng)組態(tài)畫面

4 結(jié)語

該系統(tǒng)在潘一選煤廠投入應(yīng)用后，運行穩(wěn)定可靠，控制精度較高，不但可以實現(xiàn)浮選入料脫泥池溢流量的自動控制，提高脫泥池溢流量的穩(wěn)定性，而且具有在線設(shè)定溢流量、自動/手動控制切換、過程數(shù)據(jù)實時監(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，進而滿足浮選工藝的特殊要求，具有良好的應(yīng)用價值和推廣前景。

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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)的自動化改造[J]. 選煤技術(shù)，2016(5)：84-87.