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節(jié)存在滯后性和精度低的問題，針對生產現場實際情況，制定自動化改造方案并予以實施。生產實踐表明：在新系統投入應用后，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，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改造，經兩次改造后其成為礦井型煉焦煤選煤廠，生產系統處理能力同為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品重介質旋流器分選、>0.25 mm粒級粗煤泥由煤泥重介質旋流器分選 、<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合工藝；主導產品為2#精煤，用于生產焦炭。

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。在浮選生產過程中，浮選入料泵采用變頻裝置通過手動調節(jié)控制底流量和上升水流速度(溢流量)，以達到調整分級粒度的目的[1]。但實際生產中需要根據浮選入料中的細泥含量和物料灰分，在線調節(jié)脫泥池的溢流量，控制分級粒度。由于人工手動調節(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，人工手動調節(jié)精度低，易使浮選入料泵的流量產生較大變化，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進行自動化改造。

1 方案設計

1.1 控制原理與設計思路

通過調節(jié)變頻器頻率來調節(jié)浮選入料泵的轉速，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據，并與上位機給定的液位數據進行比較，再根據差值進行運算；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控制原理圖

1.2 方案設計

(1)控制技術。PID控制技術以結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便等優(yōu)點成為現代工業(yè)控制的主要技術之一，其原理是根據系統誤差，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、成比例地反應控制系統的偏差信號，如果系統產生偏差，調節(jié)器立即產生控制作用，以減小偏差。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統的無差度；積分作用的強弱取決于積分時間常數，該常數越大，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，在系統中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統的動作速度，并減小調節(jié)時間。

(2)參數整定。根據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變化，以緩解兩者之間的矛盾。

通過PID參數整定可以達到目的，PID參數整定是浮選入料脫泥池溢流量自動控制系統設計的核心內容，它需要根據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Ti、微分時間常數Td。各參數之間的作用關系是：比例作用是主要調節(jié)方式，起主導作用；積分作用是輔助調節(jié)方式，微分作用是補償作用。結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、慣性時間常數。

式(1)的傳遞函數為

(2)

通過MATLAB軟件仿真模擬和現場試驗可知：當Kp=13、Ti=0.6、Td=0.15時，控制系統穩(wěn)定性強，動態(tài)性能優(yōu)，調節(jié)質量高，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仿真曲線

參數整定時需要注意以下兩點：比例增益、積分時間常數都要比定值控制系統大很多，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。在變頻調節(jié)時頻率不宜過低，應該注意煤漿的流速和泵的揚程；煤漿在管道內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；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，導致煤漿流速小于臨界流速，進而其在管道內沉淀，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，故變頻器的頻率應設定下限。

2 系統組成

(1)硬件組成。該自動控制系統的硬件平臺主要包括工控機、PLC控制系統(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)，實現系統的數據監(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)、運動控制及控制應用的通用開發(fā)環(huán)境，其提供統一的用戶界面，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是全球最領先的HMI/SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件，具有生產操作的過程可視化、數據采集和數據監(jiān)控功能，易于擴展和集成，提供真正的分布式、客戶/服務器結構。

3 程序控制

浮選入料脫泥池溢流量自動控制系統通過在潘一選煤廠集中控制系統(PACSystems RX7i 控制器主站+GE90-30分站)上擴展來實現，將液位計的4～20 mA電流信號接在集中控制系統模擬量輸入模塊進行A/D轉換，根據編寫的程序(核心程序見圖3、圖4、圖5)，通過CPU運算輸出控制信號，經過模擬量輸出模塊進行D/A轉換，并輸出4～20 mA電流信號，其為變頻器的輸入信號，從而實現對浮選入料泵轉速的控制[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PLC程序1

圖4 浮選入料脫泥池溢流量自動控制系統PLC程序2

圖5 浮選入料脫泥池溢流量自動控制系統PLC程序3

圖6 浮選入料脫泥池溢流量自動控制系統組態(tài)畫面

4 結語

該系統在潘一選煤廠投入應用后，運行穩(wěn)定可靠，控制精度較高，不但可以實現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，而且具有在線設定溢流量、自動/手動控制切換、過程數據實時監(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，具有良好的應用價值和推廣前景。

[1] 中華人民共和國煤炭工業(yè)部.選煤廠水力分級設備工藝效果評定方法：MT/T 738—1997[S].北京：中國標準出版社，1997.

[2] 邵裕森,巴筱云.過程控制系統及儀表[M].北京：機械工業(yè)出版社,2002.

[3] 李霄霞.變頻自動控制技術在集中供熱系統中的應用[J].科技情報開發(fā)與經濟,2010,20(27):191-193.

[4] 張吉泉,賈光旭，劉玉濤.自動控制系統在污水處理中的應用[J].機電一體化,2000(3):55-56.

[5] 耿立明，劉漫洲，劉雨剛，等.基于PLC的太陽能熱水器的自動控制系統[J].電氣傳動,2006，36(11):54-56.

[6] 郭建斌.變頻調速技術在選煤廠入料泵上的應用[J].能源與節(jié)能，2009(5)：29-30.

[7] 楊 智,朱海鋒，黃以華.PID控制器設計與參數整定方法綜述[J].化工自動化及儀表,2005,32(5):1-7.

[8] 邱 麗，曾貴娥，朱學峰，等.幾種PID控制器參數整定方法的比較研究[J].自動化技術與應用，2005,24(11)：28-31.

[9] 郭 巍，曲延濤，趙 英.基于組態(tài)軟件和Matlab的PID控制器設計及參數自整定方法研究[J].微計算機信息，2006,22(19)：54-56.

[10] 廖常初.大中型 PLC 應用教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

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的自動化改造[J]. 選煤技術，2016(5)：84-87.