重介質(zhì)旋流器智能控制系統(tǒng)及其應(yīng)用研究

花曉中

（潞安集團余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治 046100）

引言

重介質(zhì)旋流器依靠高速的運動實現(xiàn)將不同特性的物質(zhì)進行分離，是煤化工生產(chǎn)中的核心設(shè)備，混合液體以一定的入料壓力進入到重介質(zhì)旋流器的內(nèi)部，在旋流器的作用下產(chǎn)生劇烈的旋轉(zhuǎn)運動，在強大的離心力的作用下不同密度、粒度的物質(zhì)進行有序分流，從而實現(xiàn)了高效分選作。根據(jù)重介質(zhì)旋流器的工作原理，其分選時的效率和經(jīng)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(jīng)濟性就越好，因此煤化工企業(yè)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(tǒng)，多采用依靠人工經(jīng)驗判斷，效率低、精度差，無法達(dá)到科學(xué)合理調(diào)整分選效率的目的[1]。因此，對一種新的重介質(zhì)旋流器智能控制系統(tǒng)展開分析。

1 旋流器智能控制系統(tǒng)的分析

根據(jù)重介質(zhì)旋流器的工作原理及精確調(diào)控需求，本文所提出的重介質(zhì)旋流器智能控制系統(tǒng)采用了模糊PID 控制邏輯，整個系統(tǒng)包括了智能控制終端、不間斷穩(wěn)定電源、壓力監(jiān)測模塊及智能調(diào)控執(zhí)行模塊，整個旋流器智能控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 多點驅(qū)動調(diào)速控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1 可知，該調(diào)速控制系統(tǒng)中電源模塊采用了通用的220 V 不間斷穩(wěn)壓電源，確保整個調(diào)控系統(tǒng)中系統(tǒng)運行的穩(wěn)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(jiān)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(jiān)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(shù)據(jù)進行模糊化計算處理，獲取需要調(diào)整的控制量，從而控制溢流閥閥口處的電動球閥，實現(xiàn)對入料壓力和溢流口處壓力差值的連續(xù)不間斷監(jiān)測和調(diào)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(jiān)測，然后通過S7-200PLC 控制模塊來調(diào)整底流口球閥的開度實現(xiàn)對底流流量的控制，通過控制流量來實現(xiàn)對底流濃度的動態(tài)調(diào)整。整個控制過程主要依賴于控制系統(tǒng)的模糊調(diào)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對參數(shù)量和調(diào)整量的動態(tài)調(diào)整控制，滿足精確控制要求。

2 智能控制系統(tǒng)的模糊PID 調(diào)控系統(tǒng)的分析

為了確保該控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)控制的精確性，首次采用了雙數(shù)據(jù)輸入、三數(shù)據(jù)輸出的非線性模糊控制結(jié)構(gòu)[3]，雙數(shù)據(jù)主要包括了系統(tǒng)入料口處壓力和溢流口處壓力的理論差值與系統(tǒng)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(shù)據(jù)輸出主要包括了系統(tǒng)的微分實際時間TD、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)比例系數(shù)KP以及積分實際時間TI。系統(tǒng)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?shù)娇刂浦行模瑢Σ钪登闆r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(shù)據(jù)控制變量輸入到PLC 控制器，經(jīng)過模糊PID控制分析，輸出微分實際時間TD、系統(tǒng)數(shù)據(jù)比例系數(shù)KP以及積分實際時間TI進而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)參數(shù)的修正，滿足對控制量連續(xù)、精確控制需求，該模糊PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下頁圖2 所示[4]。

圖2 模糊PID 控制邏輯示意圖

3 重介質(zhì)旋流器智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用

為了對該重介質(zhì)旋流器智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果進行分析，以FX-250 型旋流器為對象，對其控制系統(tǒng)進行改造，該旋流器的錐角為14°，旋流器內(nèi)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(tǒng)及旋流器結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 旋流智能控制驗證平臺結(jié)構(gòu)示意圖

在進行試驗驗證時，以直徑為100 μm 的沙石作為系統(tǒng)的分選物，將其和水按照1∶5 的質(zhì)量比例進行充分的混合，利用該控制系統(tǒng)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(jié)果如表1 所示。

由實際分析結(jié)果可知，系統(tǒng)能夠根據(jù)入料壓力和溢流口處壓力的差值來實現(xiàn)對底流濃度的連續(xù)性調(diào)整，當(dāng)入料口壓力和溢流口壓力的壓差為0.2 MPa時，系統(tǒng)具有最高的底流濃度，此情況下重介質(zhì)旋流器具有最高的分選效率和經(jīng)濟性。整個智能控制系統(tǒng)在工作過程中控制精確性高、穩(wěn)定性好，實現(xiàn)了連續(xù)跟蹤閉環(huán)調(diào)整，確保了重介質(zhì)旋流器工作的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

表1 實驗結(jié)果匯總表

4 結(jié)論

1）重介質(zhì)旋流器智能控制系統(tǒng)采用了模糊PID控制邏輯，整個系統(tǒng)包括了智能控制終端、不間斷穩(wěn)定電源、壓力監(jiān)測模塊及智能調(diào)控執(zhí)行模塊；

2）整個控制過程主要依賴于控制系統(tǒng)的模糊PID 調(diào)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對參數(shù)量和調(diào)整量的動態(tài)調(diào)整控制，控制精度高、連續(xù)性好；

3）當(dāng)入料口壓力和溢流口壓力的壓差為0.2 MPa 時，系統(tǒng)具有最高的底流濃，整個智能控制系統(tǒng)在工作過程中控制精確性高、穩(wěn)定性好，實現(xiàn)了連續(xù)跟蹤閉環(huán)調(diào)整，確保了重介質(zhì)旋流器工作的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。