高俊梅

（1.中煤科工集團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）

1 概述

朱集西礦井選煤廠重介生產(chǎn)過程中粘度控制精度和懸浮液密度控制精度不夠高，提出了重介工藝參數(shù)自動測控技術(shù)，該技術(shù)以專家經(jīng)驗控制為主線，傳統(tǒng)PID 控制算法為基礎(chǔ)，模糊控制及前饋控制相輔助的控制方式，在針對工藝參數(shù)實時監(jiān)測的同時，綜合考慮被控參數(shù)間的耦合關(guān)系，依據(jù)生產(chǎn)指標(biāo)的需要，及時調(diào)整參數(shù)數(shù)據(jù)，最終使自動過程控制系統(tǒng)得以實現(xiàn)。

2 硬件構(gòu)成

2.1 選煤廠重介工藝參數(shù)自動測控的系統(tǒng)組態(tài)

朱集西礦井選煤廠系統(tǒng)采用雙控閉鎖的控制回路方案，達到集控室以及現(xiàn)場都可以操作的目的，保證了系統(tǒng)運行的可靠性。該系統(tǒng)采用了“優(yōu)化型”解決方案（基于西門子PLC）和“經(jīng)濟型”解決方案（基于研華科技遠程IO 模塊）采集和處理重介系統(tǒng)的工藝參數(shù)，進而通過這兩個方案使重介洗選的工藝系統(tǒng)更加靈敏精確[1-2]。

（1）基于西門子PLC 控制平臺的集成

基于西門子 S7—1200 系列模塊為基礎(chǔ)的“優(yōu)化型”控制平臺適用于小型自動化系統(tǒng)，具有靈活的組態(tài)、緊湊的設(shè)計、強大的指令集功能并且價格低廉，可以控制小型的應(yīng)用。CPU 通過使用IT 和TCP/IP 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的PROFINET 網(wǎng)絡(luò)與其他CPU 或者HMI 進行通訊，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加強了系統(tǒng)的靈活性[2]。“優(yōu)化型”重介工藝參數(shù)自動測控系統(tǒng)如圖1。

圖1 “優(yōu)化型”重介工藝參數(shù)自動測控系統(tǒng)

（2）基于研華科技遠程IO 模塊的集成

基于研華科技遠程IO 模塊平臺以研華科技ADAM—4000 系列模塊為基礎(chǔ)，ADAM—4000 系列模塊建立的重介工藝參數(shù)自動測控系統(tǒng)可以作為一些中小型選煤廠的工藝控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有靈活的配置、清晰的結(jié)構(gòu)以及超強的維護性[2]，因此該系統(tǒng)是一項極為經(jīng)濟的解決方案。“經(jīng)濟型”重介工藝參數(shù)自動測控系統(tǒng)如圖2。

圖2 “經(jīng)濟型”重介工藝參數(shù)自動測控系統(tǒng)

2.2 選煤廠檢測儀表與執(zhí)行機構(gòu)

（1）無輻射智能在線密度計

由唐山研究院自主研發(fā)的無輻射智能化在線密度計，對各種液體或液態(tài)混合物進行連續(xù)在線密度測量，可直接用于生產(chǎn)過程控制。該密度計安裝使用方便，裝入液體即可顯示讀數(shù)，自定義密度單位，便于進行行業(yè)標(biāo)密換算，自帶溫度補償，表頭可顯示溫度值，并可根據(jù)客戶需要調(diào)整溫度補償范圍。防腐型密度計管道內(nèi)外做浸入式襯四氟防腐處理，無死角、氣泡，延長產(chǎn)品使用壽命，在實現(xiàn)精確測量的前提下達到國家環(huán)保要求[3]。

（2）磁性物含量計

選用了CG 型電感式磁性物含量儀作為該系統(tǒng)的磁性物含量計，它的工作原理是根據(jù)導(dǎo)磁物質(zhì)通過空芯線圈繞組而引起電感量變化來測量懸浮液中的磁性物含量。在主管道上升段安裝磁性物含量計，其測量范圍是0～1.000 g/ L[4]。

（3）同位素密度計

同位素密度計具有測量精度高、反應(yīng)快速的特點，因此可以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為了確保測量管道內(nèi)沒有沉淀物和氣泡，一般將密度計安裝在懸浮液的上料管道上，這樣也可以確保密度的變化量與射線強度的變化量成正比[5]。

（4）壓力表

該系統(tǒng)采用布萊迪公司生產(chǎn)的差動遠傳壓力表測量旋流器入口的壓力，該壓力表既可以轉(zhuǎn)換為4～20 mA 或者0～10 mA 的標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出，又可以通過指針現(xiàn)場指示。其測量范圍為0.1～0.6 MPa，精度等級為15 級。

（5）超聲波液位計

該系統(tǒng)采用SIMATIC 非接觸式超聲波液位計測量合介桶的液位，其傳感器采用的Tefzel 材料。該超聲波液位計具有超強的抗干擾能力和較高的測量精度，因此適用于比較惡劣的工業(yè)環(huán)境[6]。

（6）電動執(zhí)行機構(gòu)

該系統(tǒng)采用的是角行程電動執(zhí)行器，用于分流和加水，其具有機械和電氣的雙重保護功能，可以防止事故的發(fā)生。該執(zhí)行器通過伺服放大器可以實現(xiàn)4～20 mA 信號給定，在特殊情況下，還可以通過執(zhí)行器的手動/電動開關(guān)進行調(diào)節(jié)。

3 軟件功能

3.1 選煤廠自動測控軟件功能的原理

（1）自動測控重介質(zhì)的懸浮液密度原理

由于選煤廠的重介生產(chǎn)過程是非線性系統(tǒng)，并且具有耦合參數(shù)多、變化慢的特征，因此在原有的PID 控制算法上加以改進，通過與專家經(jīng)驗的控制相結(jié)合的模糊算法構(gòu)成一個新型的控制算法，如圖3。一個正常的選煤過程，重介系統(tǒng)的密度會逐漸變大，合介桶的液位會隨之變小，因此，采用補加水為主要手段，補加濃介質(zhì)以輔助來控制懸浮液的密度值。給定密度與測量密度同時進入PID 控制器的程序，PID 程序負(fù)責(zé)調(diào)解產(chǎn)生的偏差信號，將比對結(jié)果經(jīng)專家經(jīng)驗庫系統(tǒng)校正后，直接送入到加水執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行電機驅(qū)動操作。

圖3 重介質(zhì)懸浮液密度自動測控框圖

如果給定密度小于測量密度，打開加水執(zhí)行器，加大給水量，以確保密度及時降下來；如果給定密度和測量密度的差值控制在0.002 范圍內(nèi)時，PID控制器不做反應(yīng)，此段區(qū)間看做是死區(qū)；如果給定密度和測量密度的差值大于0.001 時，要根據(jù)合介桶液位是否正常來加以調(diào)整。當(dāng)液位正常時，不管如何計算黏度值，直接給定分流量到45%；當(dāng)液位明顯低于下限值時，只能是通過補加濃介質(zhì)和補加水來分別提升密度值和液位值。

（2）煤泥含量自動測控原理

對于一個重介質(zhì)選煤廠來說，影響分選效果的重要因素就是懸浮液中的煤泥含量，通過弧形篩下的分流裝置控制分流量，進而可以控制煤泥含量。當(dāng)煤泥含量小于設(shè)定值，降低PID 調(diào)節(jié)器的輸出，通過伺服放大器驅(qū)動電動分流裝置，減少稀介質(zhì)桶的分流；當(dāng)煤泥含量大于設(shè)定值，提高PID 調(diào)節(jié)器的輸出，通過伺服放大器驅(qū)動電動分流裝置，增大稀介質(zhì)桶的分流；當(dāng)煤泥含量等于設(shè)定值，PID 調(diào)節(jié)器的輸出和分流量都保持不變。煤泥含量自動測控原理如圖4。

圖4 煤泥含量自動測控框圖

（3）合格介質(zhì)桶的液位自動測控原理

在重介質(zhì)選煤中另一個重要參數(shù)就是合介桶液位，液位過高過低都會影響分選效果。如果液位過高就會出現(xiàn)介質(zhì)外流，既會造成不必要的損失，也會造成環(huán)境污染；如果液位過低，會造成旋流器的入口壓力不足，導(dǎo)致打空泵。所以，選煤廠及時地檢查和調(diào)節(jié)合介桶液位是至關(guān)重要的[7]。液位自動測控系統(tǒng)如圖5。

圖5 合介桶液位自動測控框圖

3.2 選煤廠自動測控軟件功能的實現(xiàn)

該系統(tǒng)可采用性價比較高的組態(tài)王或者結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化的SIMATIC WinCC 分別建立各自的方案。由于監(jiān)測數(shù)據(jù)和相關(guān)管理信息分散在選煤廠不同區(qū)域，要完成檢測控制以及數(shù)據(jù)分析很困難。本自動測控系統(tǒng)有著實時在線、全網(wǎng)覆蓋和遠距離傳輸?shù)忍卣骶徒鉀Q了這一難題。因此，自動測控系統(tǒng)使選煤廠的管理由分散變?yōu)榧校裙?jié)約了成本又提高了效率，為煤炭企業(yè)發(fā)展提供了有力的保障。

選煤廠的重介過程控制系統(tǒng)主要包括五方面，分別是“液位的監(jiān)控系統(tǒng)”“趨勢的監(jiān)控系統(tǒng)”“煤泥含量的監(jiān)控系統(tǒng)”“數(shù)據(jù)的報表系統(tǒng)”“密度的監(jiān)控系統(tǒng)”。其中起主導(dǎo)作用的是密度監(jiān)控系統(tǒng)。五個系統(tǒng)各司其職而又相互聯(lián)系，共同實現(xiàn)自動測控的以下功能：

（1）運用工控組態(tài)軟件與網(wǎng)絡(luò)通信功能，使全廠的各監(jiān)控點、關(guān)鍵數(shù)據(jù)、運行參數(shù)等得到實時的測控。

（2）為了保證高標(biāo)準(zhǔn)的分選精度，該系統(tǒng)可以實時測控選煤廠的液位、重介密度以及煤泥含量，最終達到選煤廠建設(shè)的預(yù)期目標(biāo)。

（3）該系統(tǒng)可以創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進行處理分析，并建立多維立體分析模式，迅速找出企業(yè)生產(chǎn)的問題所在，為選煤廠降本節(jié)耗提供了輔助支持。

4 結(jié)語

重介工藝參數(shù)自動測控系統(tǒng)已經(jīng)在朱集西礦井選煤廠的生產(chǎn)中取得了良好效果，重介生產(chǎn)過程中黏度控制精度和懸浮液密度控制精度穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了重介工藝參數(shù)自動測控技術(shù)。這一技術(shù)不僅使精煤灰分得到了穩(wěn)定，又大大提高了精煤的質(zhì)量和產(chǎn)率，進而提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。