引言

目前，選煤廠壓濾車間采用人工手動(dòng)方式添加聚合氯化鋁(PAC)作為助濾劑。在壓濾前添加PAC作為助濾劑，不僅可以壓縮煤泥顆粒的雙電層，而且其可吸附于顆粒表面，可以減少絮團(tuán)中的水分，增大絮團(tuán)，增大煤泥濃度，進(jìn)而提高壓濾效率，同時(shí)減小濾餅水分，而且該廠考慮到壓耙事故及濃縮機(jī)底流泵輸送能力，濃縮機(jī)底流濃度不宜過(guò)大,400~500g/L為最佳，不宜在濃縮機(jī)中添加過(guò)量藥劑，因此，在濃縮機(jī)底流被輸送到壓濾車間煤泥桶中添加PAC作為助濾劑，這是極其科學(xué)合理的。但是由于其釆用人工加藥方式，致使藥劑溶解不完全,分散均勻性差，藥量控制不嚴(yán)格，易造成藥劑浪費(fèi)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，且煤泥壓濾機(jī)壓濾效率低、濾餅水分高。為此，針對(duì)成莊礦選煤廠設(shè)計(jì)了一套基于PLC的壓濾機(jī)助濾劑自動(dòng)添加系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)煤泥助濾劑自動(dòng)制備與自動(dòng)添加的功能。

1助濾劑溶解液制備裝置

助濾劑溶解液制備裝置是保證藥劑均勻添加的前提，目前典型的藥劑分散溶解形式大致可分為氣分散潤(rùn)濕式和文丘里式。但是，由于成莊礦選煤廠所使用的助濾劑PAC易受潮結(jié)塊，無(wú)法通過(guò)風(fēng)力實(shí)現(xiàn)氣分散溶解；文丘里式易堵塞管道。因此設(shè)計(jì)了一種新型的藥劑制備裝置，如圖1所示。該藥劑制備裝置采用攪拌方式實(shí)現(xiàn)預(yù)溶，設(shè)計(jì)為三箱聯(lián)通式,集預(yù)溶、分散、儲(chǔ)藥于一體。箱體體積設(shè)計(jì)為至少能配置廠里一班所需的藥劑量，通過(guò)間歇攪拌保證藥劑的不沉淀，工人只需上班前添加所需干粉，無(wú)需多次添加，減少了工人工作量。

藥劑制備箱所需控制的參數(shù)有藥劑箱的液位、干加入量、攪拌電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間及加水閥的運(yùn)行時(shí)間。藥劑箱的液位控制,設(shè)液位傳感器，并設(shè)液位上限及下限報(bào)警，當(dāng)液位過(guò)低時(shí)報(bào)警器報(bào)警提醒工人需要配藥，且加藥泵不能運(yùn)行，液位過(guò)高時(shí)報(bào)警提醒工人關(guān)閉加水閥。干粉加入量的控制，根據(jù)液位計(jì)算需要添加的干粉藥劑量，并顯示在觸摸屏上，工人可根據(jù)觸摸屏顯示添加干粉藥劑。攪拌電機(jī)在藥劑配制時(shí)連續(xù)運(yùn)行,不藥劑配置時(shí)，間歇攪拌以保證藥劑的均勻性。加水閥的控制，干粉藥劑添加后需控制加水閥打開(kāi)，當(dāng)液位達(dá)到根據(jù)干粉藥劑添加量及藥劑配置濃度計(jì)算岀應(yīng)達(dá)到的液位時(shí)，加水閥關(guān)閉。

由于選煤廠所使用的壓濾機(jī)為KM600Z2000型快速隔膜壓濾機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制壓緊、進(jìn)料、保壓、壓榨，以及反吹、拉板、暫停、卸料等功能，由于其間歇式工作特點(diǎn)，確定加藥方式采用周期性加藥，這樣可以減少加藥泵的機(jī)械損耗及電能消耗，也使得對(duì)藥劑添加量的控制較容易、較準(zhǔn)確。由于本系統(tǒng)采用周期性加藥，單次加藥量較大,溶液均勻無(wú)雜質(zhì)且黏度低,故加藥執(zhí)行機(jī)構(gòu)釆用離心泵。加藥泵為2用1備，通過(guò)煤泥桶攪拌泵的上升沿信號(hào)控制加藥泵的啟動(dòng)，通過(guò)加藥泵的工作時(shí)間來(lái)控制加藥量。

2控制原理

壓濾機(jī)助濾劑自動(dòng)添加系統(tǒng)釆用周期加藥的形式，以一個(gè)壓濾周期為加藥周期。釆用前饋加反饋的控制策略，將壓濾機(jī)脫水效果作為控制目標(biāo)，其原理框圖如圖2所示。圖2中，前饋過(guò)程：以濃縮機(jī)底流濃度和流量作為輸入信號(hào)，根據(jù)噸干煤泥加藥量加藥；反饋過(guò)程：以壓濾機(jī)脫水效果及其變化量作為輸入信號(hào)，運(yùn)用模糊控制算法進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)?？刂破鞔_定加藥量后，給離心泵一個(gè)運(yùn)行時(shí)間信號(hào)，控制離心泵輸出藥劑的工作時(shí)間，從而控制藥劑添加量。

2.1前饋控制

濃縮機(jī)底流在一個(gè)加藥周期內(nèi)的累計(jì)流量和平均入料濃度的乘積即為該周期內(nèi)進(jìn)入煤泥桶的干煤泥量；經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)交叉試驗(yàn)，可得出助濾劑噸干煤泥加藥量。干煤泥量與噸干煤泥加藥量的乘積即為該周期的助濾劑的添加量。前饋控制環(huán)節(jié)中以一個(gè)加藥周期內(nèi)的累計(jì)流量和平均入料濃度為輸入信號(hào)，經(jīng)上述計(jì)算過(guò)程，計(jì)算出需要添加助濾劑的量，將該值轉(zhuǎn)化成控制變頻器的模擬量，進(jìn)而控制加藥泵的運(yùn)行時(shí)間。

2.2反饋控制

(1)壓濾機(jī)脫水效果評(píng)價(jià)模型

壓濾后濾餅水分是壓濾效果的一個(gè)重要反映參數(shù)，但是由于壓濾后濾餅水分無(wú)法直接測(cè)量，本文提出釆用壓濾機(jī)脫水效果評(píng)價(jià)模型來(lái)評(píng)價(jià)壓濾效果。一個(gè)壓濾周期可分為入料、壓濾及卸料3個(gè)階段。在入料時(shí)間內(nèi)，通過(guò)測(cè)量煤泥桶液位變化以,再乘以煤泥桶底面積S,可得到入料的流量卩，入料流量V乘以濃縮機(jī)底流濃度c即為一個(gè)壓濾周期內(nèi)進(jìn)入壓濾機(jī)的干煤泥量的。在同周期的卸料階段，煤泥輸送帶稱可測(cè)量濾餅質(zhì)量，通過(guò)卸料過(guò)程內(nèi)煤泥輸送帶稱累計(jì)值可計(jì)算出該周期內(nèi)的濾餅質(zhì)量。壓濾后濾餅水分W即等于一個(gè)壓濾周期內(nèi)，濾餅總質(zhì)量Sm減去進(jìn)入壓濾機(jī)的干煤泥量mo后，占濾餅總質(zhì)量2/n的百分比。

(2)模糊控制

模糊控制器將壓濾機(jī)脫水效果評(píng)價(jià)模型的計(jì)算值W和其偏差e作為輸入變量，壓濾機(jī)加藥反饋值作為輸出量V。確定*、e以及〃的模糊論域均為X={-4,-3,-2,-l,0,l,2,3,4},選取語(yǔ)言值為{NB,NM,NS,O,PS,PM,PB},語(yǔ)言變量論域上的模糊子集釆用三角形隸屬函數(shù)來(lái)確定。

模糊控制規(guī)則表按照專家經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出的，表達(dá)形式為IF-is-AND-is-THEN-is-₀規(guī)則制定應(yīng)基于原則：煤泥水分低，且煤泥水分有降低的趨勢(shì)，則減少加藥量;煤泥水分高，且煤泥水分有增高的趨勢(shì)，則增大加藥量。模糊控制規(guī)則表如表1所示。

人機(jī)界面包括兩部分：①現(xiàn)場(chǎng)加藥控制系統(tǒng)的HMI,便于現(xiàn)場(chǎng)工人及時(shí)加藥；②集控室的工控機(jī)，便于集控及數(shù)據(jù)記錄。傳感器濃縮機(jī)底流流量計(jì)、濃縮機(jī)底流濃度計(jì)、煤泥桶液位計(jì)、煤泥輸送帶秤。由于壓差式流量計(jì)經(jīng)濟(jì)耐用、安全準(zhǔn)確、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，因此濃縮機(jī)底流流量計(jì)釆用壓差式流量傳感器。濃縮機(jī)底流濃度傳感器FDM633壓差式濃度傳感器，其原理測(cè)量是通過(guò)不同高度壓差計(jì)算出煤泥水密度，再結(jié)合煤泥真密度計(jì)算出煤泥水濃度。

3控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1硬件系統(tǒng)

該控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)包括控制器、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

控制器控制器釆用AUen-Bradley公司的MicroLx)gix1400系列PLC控制器1766-L32AWAA。

3.2軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)以Win7操作平臺(tái)為主要工作環(huán)境，釆用AB公司的RockwellRSlogix500編程，現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)HMI釆用FactoryTalkviewME進(jìn)行El面組態(tài)，上位機(jī)界面釆用AB公司的FactoryTalkviewSE進(jìn)行畫面組態(tài)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能:①藥劑自動(dòng)制備功能；②藥劑箱液位上限下限報(bào)警功能;③傳感器故障診斷功能；④基于前饋及反饋的壓濾機(jī)助濾劑自動(dòng)添加控制；⑤實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)顯示，以及歷史數(shù)據(jù)曲線查詢等。

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)成莊礦選煤廠現(xiàn)有煤泥水處理過(guò)程中人工手動(dòng)添加助濾劑，致使煤泥壓濾機(jī)壓濾效率低、煤泥水分高等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種前饋加反饋的壓濾機(jī)助濾劑自動(dòng)添加系統(tǒng)，前饋控制基于干煤泥量進(jìn)行加藥，模糊控制以壓濾機(jī)脫水效果評(píng)價(jià)模型的計(jì)算值W及其變化量作為輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)。通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了助濾劑藥劑制備與藥劑添加的自動(dòng)控制，縮短了壓濾機(jī)壓濾周期，降低了濾餅水分,減少了PAC的使用量。

---

技術(shù)：18851718517

郵箱：suton@su-ton.com