引言

目前，選煤廠壓濾車間采用人工手動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，可以減少絮團中的水分，增大絮團，增大煤泥濃度，進而提高壓濾效率，同時減小濾餅水分，而且該廠考慮到壓耙事故及濃縮機底流泵輸送能力，濃縮機底流濃度不宜過大,400~500g/L為最佳，不宜在濃縮機中添加過量藥劑，因此，在濃縮機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，藥量控制不嚴格，易造成藥劑浪費，工人勞動強度大，且煤泥壓濾機壓濾效率低、濾餅水分高。為此，針對成莊礦選煤廠設計了一套基于PLC的壓濾機助濾劑自動添加系統，該系統可實現煤泥助濾劑自動制備與自動添加的功能。

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易受潮結塊，無法通過風力實現氣分散溶解；文丘里式易堵塞管道。因此設計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現預溶，設計為三箱聯通式,集預溶、分散、儲藥于一體。箱體體積設計為至少能配置廠里一班所需的藥劑量，通過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有藥劑箱的液位、干加入量、攪拌電機的運行時間及加水閥的運行時間。藥劑箱的液位控制,設液位傳感器，并設液位上限及下限報警，當液位過低時報警器報警提醒工人需要配藥，且加藥泵不能運行，液位過高時報警提醒工人關閉加水閥。干粉加入量的控制，根據液位計算需要添加的干粉藥劑量，并顯示在觸摸屏上，工人可根據觸摸屏顯示添加干粉藥劑。攪拌電機在藥劑配制時連續運行,不藥劑配置時，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，當液位達到根據干粉藥劑添加量及藥劑配置濃度計算岀應達到的液位時，加水閥關閉。

由于選煤廠所使用的壓濾機為KM600Z2000型快速隔膜壓濾機，能夠實現自動控制壓緊、進料、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，確定加藥方式采用周期性加藥，這樣可以減少加藥泵的機械損耗及電能消耗，也使得對藥劑添加量的控制較容易、較準確。由于本系統采用周期性加藥，單次加藥量較大,溶液均勻無雜質且黏度低,故加藥執行機構釆用離心泵。加藥泵為2用1備，通過煤泥桶攪拌泵的上升沿信號控制加藥泵的啟動，通過加藥泵的工作時間來控制加藥量。

2控制原理

壓濾機助濾劑自動添加系統釆用周期加藥的形式，以一個壓濾周期為加藥周期。釆用前饋加反饋的控制策略，將壓濾機脫水效果作為控制目標，其原理框圖如圖2所示。圖2中，前饋過程：以濃縮機底流濃度和流量作為輸入信號，根據噸干煤泥加藥量加藥；反饋過程：以壓濾機脫水效果及其變化量作為輸入信號，運用模糊控制算法進行反饋調節。控制器確定加藥量后，給離心泵一個運行時間信號，控制離心泵輸出藥劑的工作時間，從而控制藥劑添加量。

2.1前饋控制

濃縮機底流在一個加藥周期內的累計流量和平均入料濃度的乘積即為該周期內進入煤泥桶的干煤泥量；經過現場交叉試驗，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。前饋控制環節中以一個加藥周期內的累計流量和平均入料濃度為輸入信號，經上述計算過程，計算出需要添加助濾劑的量，將該值轉化成控制變頻器的模擬量，進而控制加藥泵的運行時間。

2.2反饋控制

(1)壓濾機脫水效果評價模型

壓濾后濾餅水分是壓濾效果的一個重要反映參數，但是由于壓濾后濾餅水分無法直接測量，本文提出釆用壓濾機脫水效果評價模型來評價壓濾效果。一個壓濾周期可分為入料、壓濾及卸料3個階段。在入料時間內，通過測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乘以濃縮機底流濃度c即為一個壓濾周期內進入壓濾機的干煤泥量的。在同周期的卸料階段，煤泥輸送帶稱可測量濾餅質量，通過卸料過程內煤泥輸送帶稱累計值可計算出該周期內的濾餅質量。壓濾后濾餅水分W即等于一個壓濾周期內，濾餅總質量Sm減去進入壓濾機的干煤泥量mo后，占濾餅總質量2/n的百分比。

(2)模糊控制

模糊控制器將壓濾機脫水效果評價模型的計算值W和其偏差e作為輸入變量，壓濾機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},選取語言值為{NB,NM,NS,O,PS,PM,PB},語言變量論域上的模糊子集釆用三角形隸屬函數來確定。

模糊控制規則表按照專家經驗總結得出的，表達形式為IF-is-AND-is-THEN-is-₀規則制定應基于原則：煤泥水分低，且煤泥水分有降低的趨勢，則減少加藥量;煤泥水分高，且煤泥水分有增高的趨勢，則增大加藥量。模糊控制規則表如表1所示。

人機界面包括兩部分：①現場加藥控制系統的HMI,便于現場工人及時加藥；②集控室的工控機，便于集控及數據記錄。傳感器濃縮機底流流量計、濃縮機底流濃度計、煤泥桶液位計、煤泥輸送帶秤。由于壓差式流量計經濟耐用、安全準確、長期穩定性好，因此濃縮機底流流量計釆用壓差式流量傳感器。濃縮機底流濃度傳感器FDM633壓差式濃度傳感器，其原理測量是通過不同高度壓差計算出煤泥水密度，再結合煤泥真密度計算出煤泥水濃度。

3控制系統的實現

3.1硬件系統

該控制系統的硬件結構包括控制器、傳感器及執行機構。

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

軟件系統以Win7操作平臺為主要工作環境，釆用AB公司的RockwellRSlogix500編程，現場控制系統HMI釆用FactoryTalkviewME進行El面組態，上位機界面釆用AB公司的FactoryTalkviewSE進行畫面組態。該系統實現的功能:①藥劑自動制備功能；②藥劑箱液位上限下限報警功能;③傳感器故障診斷功能；④基于前饋及反饋的壓濾機助濾劑自動添加控制；⑤實時數據和運行狀態顯示，以及歷史數據曲線查詢等。

4結語

針對成莊礦選煤廠現有煤泥水處理過程中人工手動添加助濾劑，致使煤泥壓濾機壓濾效率低、煤泥水分高等問題，設計了一種前饋加反饋的壓濾機助濾劑自動添加系統，前饋控制基于干煤泥量進行加藥，模糊控制以壓濾機脫水效果評價模型的計算值W及其變化量作為輸入信號，實現反饋調節。通過該系統實現了助濾劑藥劑制備與藥劑添加的自動控制，縮短了壓濾機壓濾周期，降低了濾餅水分,減少了PAC的使用量。

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