關(guān)于氣體轉子流量計自動(dòng)控制過(guò)程分析與應用情況
點(diǎn)擊次數：1898 發(fā)布時(shí)間：2021-01-20 07:36:40
摘要：為進(jìn)一步提升選煤廠(chǎng)對細煤顆粒的浮選效果，減少環(huán)境污染，對原有氣體轉子流量計制過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化設計。在簡(jiǎn)要介紹浮選原理的基礎上，給出優(yōu)化后的氣體轉子流量計制造工程系統設計，并重點(diǎn)對加藥量控制、給礦濃度控制以及給礦量控制進(jìn)行重點(diǎn)設計與分析。優(yōu)化后的氣體轉子流量計制造方案在原選煤廠(chǎng)進(jìn)行工業(yè)試驗，應用結果表明，優(yōu)化方案的浮選指標（藥劑消耗、抽出率、灰分）均有明顯提升，系統運行穩定可靠，極大地降低了工人的勞動(dòng)強度，具有較好的經(jīng)濟價(jià)值，值得推廣。
引言
國內選煤廠(chǎng)設備大型化以及采煤機械化的不斷發(fā)展，使得細粒煤粉不斷增多。粉煤的粒度越細，給選煤工作帶來(lái)的難度也 就 越 大，對選煤方法也就提出更高的要求。浮選法主要用于細顆粒煤泥的分選，根據礦物原料表面性質(zhì)的差異，調節加藥量、給礦量、給礦濃度等參數，將細顆粒礦物礦漿分離成滿(mǎn)足控制要求的精礦和尾礦，實(shí)現礦物分 選。傳統選煤廠(chǎng)的浮選工作停留在人工手動(dòng)操作階段，工人依據經(jīng)驗，對浮選過(guò)程進(jìn)行觀(guān)察和操作，并達到一個(gè)滿(mǎn)意的浮選效 果。國內外對礦物浮選的研究較多，如國外對浮選柱的研究起源于１９１５年，到２０世紀８０年代各種新型浮選柱層出不窮，并在浮選藥劑、空氣發(fā)生器等方面有較大改善和發(fā)展。國內對浮選柱的研究于２０世紀５０年代開(kāi)始，并研制出自己的浮選柱，高度越來(lái)越低、充氣方式逐步完善、礦化方式多樣化。浮選過(guò)程具有滯后性和慣性，且是一個(gè)時(shí)變系統，控制過(guò)程中需要協(xié)調的變量較多，單純依靠人工經(jīng)驗無(wú)法達到浮選指標。為進(jìn)一步提高細煤顆粒的分選效果，減少環(huán)境污染，必須對現有的氣體轉子流量計制造進(jìn)行優(yōu)化設計。
１浮選原理簡(jiǎn)介
浮選是依據礦物原料表面的化學(xué)性質(zhì)，向待浮選的礦漿中加入浮選藥劑和空氣，使其與礦漿充分融合，并根據各礦物原料的黏附程度的不同，分選出不同的礦物。浮選過(guò)程一般分為礦漿碰撞、黏附、上浮以及精煤溢出四個(gè)階段。礦物原料在浮選藥劑的作用下，與 空氣發(fā)生器產(chǎn)生的小氣泡發(fā)生充分碰撞，進(jìn)行礦物捕集。利用礦物間的疏水特性，礦物粘附于氣泡表面，氣泡不斷上浮，形成精礦泡沫層，精礦溢出浮選柱；由于尾礦的親水特性，尾礦沉入底部并排出。浮選流程如圖１所示。
２系統設計
氣體轉子流量計制造過(guò)程系統設計如圖２所示，由上位機、 ＰＬＣ控制器以及外部元器件組成。上位機用于顯示氣體轉子流量計制造過(guò)程狀態(tài)參數、系統參數以及故障信息的顯示；ＰＬＣ控制器是該系統的核心，以通信方式將浮選過(guò)程各數據信息傳送給上位機，與系統外接的各傳感器、流量計、泵以模擬量輸入／輸出擴展模式進(jìn)行數據采集。
外部元器件中的用于模擬量輸入信號采集的壓力傳感器測量泡沫層液位高度，泡沫層厚定義為液位低，泡沫層薄定義為液位高；科氏質(zhì)量流量計用于檢測礦漿的濃度，其原理是根據科里奧利效應，即礦漿流經(jīng)管子時(shí)會(huì )產(chǎn)生科里奧利力使其發(fā)生形變，根據礦漿質(zhì)量流量和密度可得到礦漿濃度。為彌補科氏質(zhì)量流量計安裝的不足，增加超聲波流量計和電磁流量計共同檢測礦漿濃度。用于模擬量輸出信號采集的外部元器件有變頻泵、離心式渣漿泵以及隔膜計量泵，分別用于尾礦控制、給礦控制以及給藥控制。
３自動(dòng)控制過(guò)程分析
３．１ 加藥量控制
加藥量控制過(guò)程是一個(gè)隨機動(dòng)態(tài)過(guò)程，給定藥劑加藥量與礦漿流量以及礦漿濃度的關(guān)系如下：
Ｇ ＝Ｋ·Ｑ·ｑ（Ａ －Ｂ·ｑ） （１）
式中：Ｇ為原給定藥劑加藥量，ｋｇ／ｔ；Ｑ為礦漿流量， ｍ３／ｈ；ｑ為礦漿濃 度，ｇ／Ｌ；Ｋ為噸 煤 油 耗 量，ｋｇ／ｔ，Ａ 與 Ｂ 為經(jīng)驗系數。
圖３中的礦漿流量與礦漿濃度分別由科氏質(zhì)量流量計和超聲波流量計測得，并 以４～２０ｍＡ 電流信號傳送給 ＰＬＣ控制器。由 ＰＬＣ控制器根據電流信號值計算出實(shí)際的礦漿濃度和礦漿流量值，對上述兩個(gè)值進(jìn)行邏輯處理以及運算，得出實(shí)時(shí)加藥量。ＰＬＣ 控制器將計算出的實(shí)時(shí)加藥量數據以４～２０ｍＡ 的電流信號發(fā)送給隔膜計量泵，由其控制并實(shí)現加藥量過(guò)程的自動(dòng)控制。
３．２ 給礦濃度控制
給礦濃度控制策略采用常規的ＰＩＤ調節器實(shí)現，如圖４所示。在該控制系統中，給礦濃度設定值以及反饋的給礦濃度檢測值為ＰＩＤ調節器的輸 入，ＰＩＤ 調節器的輸出為變頻泵的頻率。該頻率可進(jìn)行自動(dòng)與手動(dòng)兩種控制模式。以變頻控制方式對濃密機的底流泵進(jìn)行精密轉速控制，即可控制濃密機排出的底流礦漿的濃度。
以式（２）為基礎，對礦濃度進(jìn)行 ＰＩＤ調節控制，實(shí)時(shí)控制濃密機底流泵轉速，保證濃密機排出的底流礦漿濃度在合理區間。
３．３ 給礦量控制
由于給礦量控制過(guò)程沒(méi)有滯后性干擾，因此其控制策略可用 ＰＩ調節器控制完成，如圖５所示。ＰＩ調節器的輸入為給礦量設定值以及反饋的給礦量檢測值，其輸出為調節閥的輸入。對調節閥的控制分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作模式，即調節閥的開(kāi)度既可以自動(dòng)控制，也可以手動(dòng)控制。
以式（３）為基礎，對給礦量進(jìn)行 ＰＩ調節，實(shí)時(shí)控制調節閥的開(kāi)度，并對給礦量進(jìn)行精確控制。
４ 應用情況
氣體轉子流量計制造過(guò)程優(yōu)化設計完成后，在原選煤廠(chǎng)進(jìn)行為期三個(gè)月的工業(yè)試驗，并對優(yōu)化前后的浮選關(guān)鍵指標參數進(jìn)行統計和分析。應用情況數據表明，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設計的浮選自動(dòng)控制系統，各關(guān)鍵浮選指標參數都有明顯提升，詳見(jiàn)表１
５ 結語(yǔ)
提升并加快選煤廠(chǎng)浮選過(guò)程的自動(dòng)化、智能化進(jìn)程迫在眉睫，是進(jìn)一步提升細煤分選效果、減少環(huán)境污染的必由之路。浮選過(guò)程的藥劑控制、給礦量流量／濃度檢測、空氣發(fā)生器控制、液位控制等方面都需要進(jìn)一步展開(kāi)研究。在后續的工作中，需要在硬件設備選 型、控 制 模型／算法優(yōu)化、全過(guò)程的自動(dòng)化／智能化以及遠程監控等方面進(jìn)行更深入的研究。
引言
國內選煤廠(chǎng)設備大型化以及采煤機械化的不斷發(fā)展，使得細粒煤粉不斷增多。粉煤的粒度越細，給選煤工作帶來(lái)的難度也 就 越 大，對選煤方法也就提出更高的要求。浮選法主要用于細顆粒煤泥的分選，根據礦物原料表面性質(zhì)的差異，調節加藥量、給礦量、給礦濃度等參數，將細顆粒礦物礦漿分離成滿(mǎn)足控制要求的精礦和尾礦，實(shí)現礦物分 選。傳統選煤廠(chǎng)的浮選工作停留在人工手動(dòng)操作階段，工人依據經(jīng)驗，對浮選過(guò)程進(jìn)行觀(guān)察和操作，并達到一個(gè)滿(mǎn)意的浮選效 果。國內外對礦物浮選的研究較多，如國外對浮選柱的研究起源于１９１５年，到２０世紀８０年代各種新型浮選柱層出不窮，并在浮選藥劑、空氣發(fā)生器等方面有較大改善和發(fā)展。國內對浮選柱的研究于２０世紀５０年代開(kāi)始，并研制出自己的浮選柱，高度越來(lái)越低、充氣方式逐步完善、礦化方式多樣化。浮選過(guò)程具有滯后性和慣性，且是一個(gè)時(shí)變系統，控制過(guò)程中需要協(xié)調的變量較多，單純依靠人工經(jīng)驗無(wú)法達到浮選指標。為進(jìn)一步提高細煤顆粒的分選效果，減少環(huán)境污染，必須對現有的氣體轉子流量計制造進(jìn)行優(yōu)化設計。
１浮選原理簡(jiǎn)介
浮選是依據礦物原料表面的化學(xué)性質(zhì)，向待浮選的礦漿中加入浮選藥劑和空氣，使其與礦漿充分融合，并根據各礦物原料的黏附程度的不同，分選出不同的礦物。浮選過(guò)程一般分為礦漿碰撞、黏附、上浮以及精煤溢出四個(gè)階段。礦物原料在浮選藥劑的作用下，與 空氣發(fā)生器產(chǎn)生的小氣泡發(fā)生充分碰撞，進(jìn)行礦物捕集。利用礦物間的疏水特性，礦物粘附于氣泡表面，氣泡不斷上浮，形成精礦泡沫層，精礦溢出浮選柱；由于尾礦的親水特性，尾礦沉入底部并排出。浮選流程如圖１所示。
２系統設計
氣體轉子流量計制造過(guò)程系統設計如圖２所示，由上位機、 ＰＬＣ控制器以及外部元器件組成。上位機用于顯示氣體轉子流量計制造過(guò)程狀態(tài)參數、系統參數以及故障信息的顯示；ＰＬＣ控制器是該系統的核心，以通信方式將浮選過(guò)程各數據信息傳送給上位機，與系統外接的各傳感器、流量計、泵以模擬量輸入／輸出擴展模式進(jìn)行數據采集。
外部元器件中的用于模擬量輸入信號采集的壓力傳感器測量泡沫層液位高度，泡沫層厚定義為液位低，泡沫層薄定義為液位高；科氏質(zhì)量流量計用于檢測礦漿的濃度，其原理是根據科里奧利效應，即礦漿流經(jīng)管子時(shí)會(huì )產(chǎn)生科里奧利力使其發(fā)生形變，根據礦漿質(zhì)量流量和密度可得到礦漿濃度。為彌補科氏質(zhì)量流量計安裝的不足，增加超聲波流量計和電磁流量計共同檢測礦漿濃度。用于模擬量輸出信號采集的外部元器件有變頻泵、離心式渣漿泵以及隔膜計量泵，分別用于尾礦控制、給礦控制以及給藥控制。
３自動(dòng)控制過(guò)程分析
３．１ 加藥量控制
加藥量控制過(guò)程是一個(gè)隨機動(dòng)態(tài)過(guò)程，給定藥劑加藥量與礦漿流量以及礦漿濃度的關(guān)系如下：
Ｇ ＝Ｋ·Ｑ·ｑ（Ａ －Ｂ·ｑ） （１）
式中：Ｇ為原給定藥劑加藥量，ｋｇ／ｔ；Ｑ為礦漿流量， ｍ３／ｈ；ｑ為礦漿濃 度，ｇ／Ｌ；Ｋ為噸 煤 油 耗 量，ｋｇ／ｔ，Ａ 與 Ｂ 為經(jīng)驗系數。
圖３中的礦漿流量與礦漿濃度分別由科氏質(zhì)量流量計和超聲波流量計測得，并 以４～２０ｍＡ 電流信號傳送給 ＰＬＣ控制器。由 ＰＬＣ控制器根據電流信號值計算出實(shí)際的礦漿濃度和礦漿流量值，對上述兩個(gè)值進(jìn)行邏輯處理以及運算，得出實(shí)時(shí)加藥量。ＰＬＣ 控制器將計算出的實(shí)時(shí)加藥量數據以４～２０ｍＡ 的電流信號發(fā)送給隔膜計量泵，由其控制并實(shí)現加藥量過(guò)程的自動(dòng)控制。
３．２ 給礦濃度控制
給礦濃度控制策略采用常規的ＰＩＤ調節器實(shí)現，如圖４所示。在該控制系統中，給礦濃度設定值以及反饋的給礦濃度檢測值為ＰＩＤ調節器的輸 入，ＰＩＤ 調節器的輸出為變頻泵的頻率。該頻率可進(jìn)行自動(dòng)與手動(dòng)兩種控制模式。以變頻控制方式對濃密機的底流泵進(jìn)行精密轉速控制，即可控制濃密機排出的底流礦漿的濃度。
以式（２）為基礎，對礦濃度進(jìn)行 ＰＩＤ調節控制，實(shí)時(shí)控制濃密機底流泵轉速，保證濃密機排出的底流礦漿濃度在合理區間。
３．３ 給礦量控制
由于給礦量控制過(guò)程沒(méi)有滯后性干擾，因此其控制策略可用 ＰＩ調節器控制完成，如圖５所示。ＰＩ調節器的輸入為給礦量設定值以及反饋的給礦量檢測值，其輸出為調節閥的輸入。對調節閥的控制分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作模式，即調節閥的開(kāi)度既可以自動(dòng)控制，也可以手動(dòng)控制。
以式（３）為基礎，對給礦量進(jìn)行 ＰＩ調節，實(shí)時(shí)控制調節閥的開(kāi)度，并對給礦量進(jìn)行精確控制。
４ 應用情況
氣體轉子流量計制造過(guò)程優(yōu)化設計完成后，在原選煤廠(chǎng)進(jìn)行為期三個(gè)月的工業(yè)試驗，并對優(yōu)化前后的浮選關(guān)鍵指標參數進(jìn)行統計和分析。應用情況數據表明，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設計的浮選自動(dòng)控制系統，各關(guān)鍵浮選指標參數都有明顯提升，詳見(jiàn)表１
５ 結語(yǔ)
提升并加快選煤廠(chǎng)浮選過(guò)程的自動(dòng)化、智能化進(jìn)程迫在眉睫，是進(jìn)一步提升細煤分選效果、減少環(huán)境污染的必由之路。浮選過(guò)程的藥劑控制、給礦量流量／濃度檢測、空氣發(fā)生器控制、液位控制等方面都需要進(jìn)一步展開(kāi)研究。在后續的工作中，需要在硬件設備選 型、控 制 模型／算法優(yōu)化、全過(guò)程的自動(dòng)化／智能化以及遠程監控等方面進(jìn)行更深入的研究。