花曉中

（潞安集團(tuán)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(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)將不同特性的物質(zhì)進(jìn)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(jìn)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(yùn)動(dòng)，在強(qiáng)大的離心力的作用下不同密度、粒度的物質(zhì)進(jìn)行有序分流，從而實(shí)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(shí)的效率和經(jīng)濟(jì)性主要取決于工作時(shí)入料壓力和溢流口處壓力的差值，該差值決定了分選時(shí)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(shí)的效率和經(jīng)濟(jì)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(yàn)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(duì)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(gè)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(cè)模塊及智能調(diào)控執(zhí)行模塊，整個(gè)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(diǎn)驅(qū)動(dòng)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(gè)調(diào)控系統(tǒng)中系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。在工作中壓力變送器1 對(duì)混合液體的入料口壓力進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)，壓力變送器2 對(duì)混合液體的溢流口處的壓力進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)，進(jìn)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(duì)壓力差值的分析、利用模糊控制算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化計(jì)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(dòng)球閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)入料壓力和溢流口處壓力差值的連續(xù)不間斷監(jiān)測(cè)和調(diào)整。壓力變送器則主要用于對(duì)旋流器底流出口處的壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后通過S7-200PLC 控制模塊來調(diào)整底流口球閥的開度實(shí)現(xiàn)對(duì)底流流量的控制，通過控制流量來實(shí)現(xiàn)對(duì)底流濃度的動(dòng)態(tài)調(diào)整。整個(gè)控制過程主要依賴于控制系統(tǒng)的模糊調(diào)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)參數(shù)量和調(diào)整量的動(dòng)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(shí)際測(cè)量的壓力差值之間的偏差量e 以及在某一時(shí)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(shí)際時(shí)間TD、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)比例系數(shù)KP以及積分實(shí)際時(shí)間TI。系統(tǒng)在工作過程中壓力變送器采集實(shí)際的工作壓力，然后將其傳輸?shù)娇刂浦行?，?duì)差值情況進(jìn)行分析，獲取偏差量e 以及在某一時(shí)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(shí)際時(shí)間TD、系統(tǒng)數(shù)據(jù)比例系數(shù)KP以及積分實(shí)際時(shí)間TI進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)參數(shù)的修正，滿足對(duì)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(duì)該重介質(zhì)旋流器智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果進(jìn)行分析，以FX-250 型旋流器為對(duì)象，對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)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(gè)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(yàn)證平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

在進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，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(jìn)行充分的混合，利用該控制系統(tǒng)對(duì)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(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果如表1 所示。

由實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)，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(jì)性。整個(gè)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(shí)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(jì)性。

表1 實(shí)驗(yàn)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(gè)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(cè)模塊及智能調(diào)控執(zhí)行模塊；

2）整個(gè)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(shí)現(xiàn)了對(duì)參數(shù)量和調(diào)整量的動(dòng)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(shí)，系統(tǒng)具有最高的底流濃，整個(gè)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(shí)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(jì)性。