煤泥壓濾系統(tǒng)自動化控制的研究與應用

常中興

摘 要：針對煤泥脫水效果差，官地選煤廠結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)狀對快開式隔膜壓濾機的控制系統(tǒng)進行自動化升級改造，基于PID控制理論，采用PLC控制器對壓濾機的控制系統(tǒng)進行改造，改造后系統(tǒng)操作簡單、減少人工成本，提升工效。

關(guān)鍵詞：快開式隔膜壓濾機;PID控制理論;PLC控制器;自動化控制

官地選煤廠是官地礦配套建設的礦井型選煤廠，年設計入洗能力達300萬t，工藝系統(tǒng)采用無壓三產(chǎn)品重介旋流器+煤泥浮選+尾煤壓濾的聯(lián)合工藝系統(tǒng)。煤泥壓濾作為原煤洗選的重要工藝環(huán)節(jié)，隨著礦井生產(chǎn)能力的不斷提高，官地選煤廠對壓濾設備的需求也逐步增加，傳統(tǒng)選煤廠煤泥壓濾系統(tǒng)采用人工操作，需要大量人力的投入，而且系統(tǒng)操作復雜，降低選煤廠的生產(chǎn)效率。

1 設備運行分析

壓濾工藝作為選煤廠的洗選重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的人工操作效率低，操作精度低，嚴重影響整體運行效率提升。對壓濾系統(tǒng)的改造不但可以提升洗選效率，還可實現(xiàn)官地選煤廠的洗水閉路循環(huán)，提高粗煤泥的回收。為此，官地選煤廠對兩臺KMZG250/1600型快開式隔膜壓濾機的控制系統(tǒng)進行自動化優(yōu)化改造，采用PLC控制器對壓濾機的入料系統(tǒng)和壓榨過程的進行自動化控制，通過安裝的監(jiān)測與閥門裝置，實現(xiàn)對壓濾機攪拌桶入料的自動化控制，提升壓濾效率與生產(chǎn)質(zhì)量。

2 壓濾機電氣控制系統(tǒng)原理

選煤廠在煤泥分選環(huán)節(jié)會產(chǎn)生大量的煤泥漿料，而壓濾機主要負責對煤泥過濾、壓榨和反吹。煤泥壓濾系統(tǒng)雖小，但是涉及到眾多的機械設備。傳統(tǒng)的煤泥漿料在壓濾濾板的擠壓作用下形成濾餅，雖然工藝較為簡單，但是傳統(tǒng)的人工壓濾系統(tǒng)需要消耗大量的人力、物力，為提高壓濾工效對快開式隔膜壓濾機的控制系統(tǒng)上的改造非常重要。

壓濾機自動化控制系統(tǒng)運行過程中壓力以及濾液流量等信息通過監(jiān)測系統(tǒng)測得，根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果對壓濾系統(tǒng)進行控制，控制路徑有變頻器、電磁閥以及接觸器等。為了實現(xiàn)壓濾工藝的自動化控制，系統(tǒng)的設計上必須考慮在入料和反吹物料的過程中管路的抗壓強度，在進行風壓榨的過程中，不同粒徑下的煤體顆粒與水的粘合度差異大;絮凝劑的加注量;濾布的通透性等都對壓濾系統(tǒng)的工效造成一定影響。特別是在壓濾工藝后期，隨著長期的運行降低了濾布的通透性，濾布上顆粒物和水粘合力的會大量增加，降低壓濾效率，增加安全隱患。為此，采用電氣控制實現(xiàn)系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，并保證運用的精度。

壓濾機的控制系統(tǒng)核心采用PLC控制器，基于PID控制理論提升可操控的靈活性。PLC控制器可以實現(xiàn)對入料以及風壓機的控制，使得入料過程以及風壓過程保持恒壓，保證了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，提高了工作效率。PID控制理論框架圖如圖1所示。

由圖1可知，PID控制器采用比例、積分、微分的算法，計算輸出量的值和誤差，從而進行調(diào)節(jié)的控制方法。同時該控制系統(tǒng)還具有：比例控制的原理是將系統(tǒng)中的信號按照一定的比例進行反映，其主要是反映系統(tǒng)運行的速度以及穩(wěn)定性，是進行其他控制的基礎;積分控制的原理是將系統(tǒng)誤差中呈現(xiàn)正比的部分進行積分輸出，通過對誤差項進行時間上的積分，不斷減小穩(wěn)態(tài)誤差，直至系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)誤差為零;微分控制的原理是將誤差中呈現(xiàn)正比的部分進行微分輸出，當系統(tǒng)中的誤差發(fā)生變化時，微分控制可以提前進行動作，抑制誤差，該控制方法下，系統(tǒng)的動態(tài)性能良好優(yōu)點。

3 PID控制系統(tǒng)的設計

PID控制系統(tǒng)的軟件部分是實現(xiàn)控制功能以及監(jiān)測功能的重要手段。軟件控制系統(tǒng)中涉及到對運行數(shù)據(jù)的存儲、處理以及對工作效率的評價。控制系統(tǒng)采用手動與自動控制方式，兩者的區(qū)別是手動控制下，需要人工在相關(guān)設備上進行操作，自動控制則在顯示界面進行參數(shù)以及設備運行狀態(tài)的調(diào)節(jié)，當設備參數(shù)設定后，系統(tǒng)將按照參數(shù)設置進行運動，實現(xiàn)了智能化控制?？刂破鬟\行方式流程圖如圖2所示。

對于風壓機的控制，采用變頻控制進行驅(qū)動，設置壓榨管網(wǎng)的壓力范圍在0.7～1.3MPa之間，通過傳感器獲得系統(tǒng)運行過程中壓榨管網(wǎng)實際壓力，在PID算法的計算下，實時改變風機的頻率，進而調(diào)節(jié)壓榨管網(wǎng)的壓力。當壓榨管網(wǎng)的運行壓力在給定區(qū)域內(nèi)時，保持當前的運行狀態(tài)，當運行壓力不在給定范圍內(nèi)時，PID算法計算得到合適的壓力標準值，通過頻率調(diào)節(jié)改變電機的運行速度，使得運行壓力達到壓力標準值。

壓濾機的入料泵控制系統(tǒng)工藝流程，將入料泵的初始壓力設置為0.75MPa，當實際運行壓力低于初始值時，通過PID算法進行調(diào)控提高運行壓力;當實際運行壓力大于初始值時，同樣通過PID算法進行調(diào)控降低運行壓力，使得設備以恒定的壓力運行，保證了設備的安全穩(wěn)定性。

4 運行效果分析

控制系統(tǒng)的操控界面觸摸屏主要顯示設備的運行技術(shù)參數(shù)，通過編程語言可以與PLC控制器連接實現(xiàn)良好的交互性，本文采用MCGS上位機觸摸屏進行界面的顯示，該觸摸屏界面簡單、操作容易且便于后期的維護，通過與硬件以及數(shù)據(jù)模塊進行連接實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集處理，礦井也可根據(jù)自身要求進行模塊的組態(tài)形成適用自己的系統(tǒng)。在電氣自動控制系統(tǒng)以及軟件的研究和設計基礎上，在礦井選煤廠進行了實際應用。根據(jù)需求，對壓濾工藝的顯示界面進行了設計，監(jiān)控界面可以實時顯示系統(tǒng)運行過程中各設備的狀態(tài)，可以根據(jù)自身需求進行界面的切換，了解其他工況信息。

將改進后的系統(tǒng)與原系統(tǒng)下壓濾工藝進行比較，得到表1所示的結(jié)果，從表1中可以看出，原系統(tǒng)下得到的煤泥含水率高達28%，電氣自動控制系統(tǒng)下煤泥含水率降低了35%，而改進后的電氣自動控制系統(tǒng)循環(huán)時間也明顯減少，在單位時間的煤泥處理量上得到明顯的提高，增加了約9.2%。且在系統(tǒng)運行的過程中，減少人工操作，設備運行效率有效提升高。

5 結(jié)論

官地選煤廠為提升壓濾機的自動化運行效率，基于PID控制原理對快開式隔膜壓濾機的控制系統(tǒng)進行升級改造，實現(xiàn)對壓濾機運行狀態(tài)的計算與調(diào)控，系統(tǒng)運行可靠程度高，實踐取得聯(lián)合效果。經(jīng)改造后的煤泥含水率降低35%，單位時間的煤泥處理量提升了約9.2%，還節(jié)約大量的勞動力，優(yōu)化工序提高生產(chǎn)效率，提高官地選煤廠的自動化控制水平。

參考文獻：

[1]蔡江.煤泥壓濾機集中控制系統(tǒng)智能化和信息化的建設與運用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（003）：118-118.

[2]王喆.選煤廠煤泥壓濾系統(tǒng)智能化改造[J].山西焦煤科技，2019（10）.