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        浮選加藥自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

        2016-01-19 12:22:55張志偉范鴻卓
        選煤技術(shù) 2016年2期
        關(guān)鍵詞:礦漿煤泥分析儀

        張志偉,范鴻卓

        (1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司,河北 唐山 063012;2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心,河北 唐山 063012;3.哈爾濱華德學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150025)

        目前,我國大部分選煤廠的浮選生產(chǎn)仍在采用人工手動添加浮選藥劑,即浮選操作人員結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗觀察浮選尾礦,在對其分析判斷的基礎(chǔ)上,依靠手動調(diào)節(jié)來添加浮選藥劑。隨著浮選在選煤生產(chǎn)中所占比重的增大,其日益受到選煤工作者的重視,與浮選系統(tǒng)相適應(yīng)的自動控制系統(tǒng)也得到了一定的推廣與應(yīng)用[1],浮選加藥自動控制系統(tǒng)是其中應(yīng)用較多的一種。但目前的浮選加藥自動控制系統(tǒng)的控制效率和控制精度尚不能完全滿足需要,生產(chǎn)過程中生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)境污染的控制難度較大。為此,根據(jù)傳統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的特點,結(jié)合實際生產(chǎn)需要,對浮選加藥自動控制系統(tǒng)進(jìn)行了探索性地優(yōu)化設(shè)計,在其中引入了泡沫圖像分析儀和專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),以期提高控制效率與控制精度。

        1 控制參數(shù)的確定

        要實現(xiàn)浮選生產(chǎn)的自動化且保證控制精度和控制效率,在浮選工藝確定的條件下,首先要對影響工藝指標(biāo)的因素進(jìn)行深入分析。在浮選生產(chǎn)過程中,影響工藝指標(biāo)的因素包括浮選藥劑制度、操作制度、煤泥水特性等[1],其中煤泥水特性中的礦漿濃度、藥劑制度中的藥劑用量和配比是與自動控制有關(guān)的重要因素,也是浮選自動控制系統(tǒng)需要控制的重要參數(shù)。

        1.1 藥劑用量與配比

        常用的浮選藥劑為起泡劑和捕收劑,在實際生產(chǎn)過程中,需要根據(jù)煤泥性質(zhì)選擇合適的藥劑,并根據(jù)試驗確定藥劑最佳用量與配比。藥劑用量與配比不但與浮選效果有關(guān), 而且與浮選生產(chǎn)成本有關(guān)。

        1.2 礦漿濃度

        在浮選生產(chǎn)過程中,影響浮選效果的主要因素之一就是礦漿濃度,而決定礦漿濃度的因素是礦漿中的干煤泥量。因此,只有確定礦漿中的干煤泥量,才能合理加藥,使藥劑的作用處于最佳狀態(tài),進(jìn)而實現(xiàn)浮選效果最佳化[2]。

        2 浮選加藥自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

        在確定可控參數(shù)的基礎(chǔ)上,對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,系統(tǒng)整體控制原理如圖1所示。由圖1可以看出,要實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)、精確控制,需要從四個方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

        圖1 浮選加藥自動控制系統(tǒng)原理框圖

        2.1 藥劑乳化與自動加藥

        在浮選生產(chǎn)過程中,通過檢測入浮礦漿濃度和礦漿通過量,將其反饋給計算機專家數(shù)據(jù)庫,由其依據(jù)檢測參數(shù)、煤質(zhì)數(shù)據(jù)等計算出所需的藥劑用量,再通過計算機模擬量模糊PID計算、調(diào)節(jié)后反饋給加藥裝置,使藥劑按最佳用量添加。此外,為了使藥劑使用效果達(dá)到最佳狀態(tài),在加藥裝置出料端增設(shè)藥劑射流乳化裝置,通過裝置的打散功能使藥劑更加分散,同時其表面積進(jìn)一步增大,與礦漿中煤泥接觸更加充分[3],且有助于節(jié)約藥劑,可使藥劑用量下降20%~30%。

        2.2 礦漿濃度的監(jiān)測

        礦漿濃度的穩(wěn)定程度對系統(tǒng)的控制平穩(wěn)度有著重要影響,為保證浮選機內(nèi)礦漿濃度處于穩(wěn)定狀態(tài),采用濃度計實時監(jiān)測入浮礦漿濃度。在礦漿濃度發(fā)生變化時,通過模糊PID控制及時調(diào)整藥劑用量,以減少階躍,實現(xiàn)控制的平穩(wěn)過渡,并依據(jù)變化計算出PID控制參數(shù),逐步消除誤差。

        2.3 浮選液位的控制

        利用超聲波液位計實時檢測浮選液位的變化,并通過自整定模糊PID控制器控制執(zhí)行機構(gòu)自動給料與排料,以保持浮選液面的穩(wěn)定,從而使其處于浮選效果最佳的狀態(tài)。

        2.4 浮選效果的監(jiān)測

        采用相關(guān)儀器監(jiān)測浮選效果是實現(xiàn)浮選自動化的主要手段,但目前多數(shù)選煤廠仍然憑借操作人員的經(jīng)驗來對浮選效果進(jìn)行監(jiān)測,其可靠性顯然不高。為此,在傳統(tǒng)浮選自動控制系統(tǒng)中引入泡沫圖像分析儀,采用計算機視覺技術(shù)實時分析浮選槽內(nèi)表層泡沫的特征,進(jìn)而反映出浮選生產(chǎn)的穩(wěn)定性和控制情況,從而為及時調(diào)整浮選工藝參數(shù)提供量化數(shù)據(jù),也為優(yōu)化控制、專家系統(tǒng)的模型建立提供數(shù)據(jù)支持。

        泡沫圖像分析儀能夠準(zhǔn)確提供泡沫真實的大小、不同大小泡沫的數(shù)量、不同大小泡沫所占的百分比、泡沫的平均移動速度、泡沫的平均生命周期、泡沫的RGB彩色特征向量等數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)的綜合分析結(jié)果即為浮選最優(yōu)控制的判決條件。將其輸出的具體數(shù)據(jù)直接反饋到控制系統(tǒng)中,可為系統(tǒng)的進(jìn)一步控制提供數(shù)據(jù)支持[4]。

        3 浮選加藥自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

        根據(jù)上述設(shè)計和控制方案,該控制系統(tǒng)基于上位機、PLC、濃度計、流量計、藥劑定量計量給料泵、液位計、排料機構(gòu)、泡沫圖像分析儀等設(shè)備、儀器實現(xiàn)整體的硬件架構(gòu)[5](圖2)。

        圖2 浮選加藥自動控制系統(tǒng)的硬件架構(gòu)框圖

        該控制系統(tǒng)通過對多個模擬量的采集與控制來實現(xiàn)浮選工藝參數(shù)的最終控制。首先基于對入浮礦漿濃度和礦漿通過量的監(jiān)測,計算出干煤泥量,并結(jié)合對應(yīng)的煤質(zhì)數(shù)據(jù),依據(jù)最初制定的專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),直接調(diào)用藥劑用量與配比,按照固定參數(shù)進(jìn)行洗選,并根據(jù)系統(tǒng)反饋實時調(diào)節(jié)[6]。

        在初期控制相對穩(wěn)定的同時,引入泡沫分析儀數(shù)據(jù),由上位機對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與存儲,并將分析結(jié)果反饋到主控PLC和組態(tài)軟件中,通過數(shù)據(jù)計算后得到最終的控制目標(biāo)和控制量;同時,將計算的經(jīng)驗數(shù)據(jù)錄入專家控制系統(tǒng),實時調(diào)整專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù),并積累經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

        4 輔助系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

        4.1 人機交互系統(tǒng)通訊的建立

        通過 PLC采集、分析數(shù)據(jù),將采集的對應(yīng)傳感器的模擬量數(shù)據(jù)直接傳遞給上位機軟件,并結(jié)合專家數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析調(diào)用,從而實現(xiàn)自我控制[7]。組態(tài)軟件與SQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)互聯(lián),便于將生產(chǎn)中的最佳控制參數(shù)實時錄入專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。PLC與上位機組態(tài)軟件基于profibus-dp通訊協(xié)議通訊,利用組態(tài)界面軟件設(shè)計出簡單、明了的人機交互界面(圖3),這有利于觀察整個控制過程,便于調(diào)節(jié)控制器參數(shù),方便現(xiàn)場應(yīng)用和人員操作[8]。

        圖3 上位機人機交互界面

        此外,上位機還有一個圖像采集與分析的數(shù)據(jù)處理界面,其主要作用就是采集圖像數(shù)據(jù),在對圖像數(shù)據(jù)計算與分析的基礎(chǔ)上,計算出泡沫圖像數(shù)據(jù)特征量。依據(jù)特征量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,利用計算機視覺和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立泡沫特征參數(shù)與浮選效果之間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,從而實現(xiàn)浮選過程的最優(yōu)控制;參考專家數(shù)據(jù)系統(tǒng)的配比,實時調(diào)整實際生產(chǎn)參數(shù),為專家數(shù)據(jù)系統(tǒng)的更新提供進(jìn)一步參考。圖像數(shù)據(jù)分析界面如圖4所示。

        4.2 專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立

        為了進(jìn)一步完善控制系統(tǒng),適應(yīng)不同煤泥的數(shù)質(zhì)量變化需要,有必要建立一個可以實時調(diào)用的藥劑用量與配比專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。由于該數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)形式單一,建立相對簡單,且考慮到與上位機數(shù)據(jù)的聯(lián)接與同步,故基于SQL數(shù)據(jù)庫平臺組建該數(shù)據(jù)庫。通過試驗,總結(jié)出針對整體工藝系統(tǒng)的最佳藥劑配比和單位干煤泥的藥劑用量,并確定不同煤泥在浮選機不同分室的藥劑配比,同時使組態(tài)軟件可以直接調(diào)用該數(shù)據(jù)庫,從而實現(xiàn)與SQL Server數(shù)據(jù)庫的無縫連接,實時更新數(shù)據(jù)庫的有關(guān)數(shù)據(jù)[9-12]。調(diào)用數(shù)據(jù)進(jìn)行浮選生產(chǎn)后,依據(jù)圖像分析儀分析所得數(shù)據(jù),以進(jìn)一步完善專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù),確保達(dá)到最終的控制目的。

        圖4 泡沫圖像數(shù)據(jù)分析界面

        5 技術(shù)特點

        5.1 控制方式與監(jiān)測設(shè)備的優(yōu)化

        與目前應(yīng)用的浮選加藥自動控制系統(tǒng)相比,該控制系統(tǒng)對整體控制方式和監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化,不但有助于保證生產(chǎn)的連續(xù)性,而且有利于提高控制單元的適應(yīng)性,這為防止控制的超調(diào)提供了保障,進(jìn)而使系統(tǒng)控制更精確、更穩(wěn)定。

        5.2 圖像分析儀與上位專家系統(tǒng)的設(shè)計

        在專家數(shù)據(jù)庫指導(dǎo)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上,通過在控制系統(tǒng)中引入泡沫圖像分析儀,實現(xiàn)了更細(xì)微的控制,進(jìn)而實現(xiàn)了浮選精煤的精確回收,這不但有利于藥劑的節(jié)約利用,而且提高了整個系統(tǒng)的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn);此外,人機操作界面和圖像分析界面的優(yōu)化及遠(yuǎn)程通訊的實現(xiàn),也為遠(yuǎn)程監(jiān)控和集團(tuán)化生產(chǎn)的集中控制奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

        6 結(jié)語

        浮選生產(chǎn)不是一個簡單的工業(yè)過程,其中包含有很多復(fù)雜的技術(shù),隨著智能化控制技術(shù)的不斷發(fā)展,將有更好的控制模式出現(xiàn)并應(yīng)用于浮選生產(chǎn)。從行業(yè)的發(fā)展趨勢來看,浮選生產(chǎn)自動化是浮選技術(shù)發(fā)展的必然趨勢,其在提高選煤企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益中的作用將會越來越大。

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