选煤厂浮选机电气自动化控制系统应用研究

李小静

摘要：浮选机作为选煤厂煤炭洗选过程中的重要设施设备，对于整个选煤过程有着决定性的作用，最能体现出选煤环节的机械设备自动化、电气化进程。因此，对浮选机进行自动化设计是提高选煤厂生产效率的重要环节。

关键词：浮选机;自动化控制系统;PLC

引言

随着采煤机械化程度的提高，选煤厂原煤中粉煤含量越来越高，一般约占原煤总量的10%～25%。浮选是细粒、极细粒煤分选应用最广泛、效果较好的一种方法，该法利用矿物表面物理化学性质的差异(特别是表面湿润性)，在固－液－气三相界面，有选择性地富集一种或几种目的物料，从而达到与废弃物料分离。近年来，为了实现精煤产率的最大化，最大限度回收资源，提升选煤厂经济效益，浮选作业在选煤生产中的作用变得越来越重要。同时，浮选作业也是选煤厂煤泥水处理系统中的重要环节，对实现煤泥水闭路循环和保护环境具有重要作用。目前，我国选煤厂浮选系统自动化水平普遍不高，智能化基础薄弱，浮选生产基本停留在依赖人工经验操控的水平，需要根据浮选司机眼看、耳听、手摸等感官结果进行定性操作，没有精确定量的概念，既不准确，也不及时，浮选效果及控制精度取决于人为因素。此外，浮选操作的位置非常分散，生产时浮选司机需要频繁“爬”到预处理器或浮选设备上调节加药量，或“跑”到浮选机尾部调节闸板和观察尾矿情况，加之车间内充满浮选药剂的刺激性气味，导致浮选生产岗位环境非常不友好，不仅作业人员劳动强度大，且健康保障差。因此，浮选系统实现智能化势在必行。

1浮选机的工作原理

浮选机由电动机三角带传动带动叶轮旋转，产生离心作用形成负压，一方面吸入充足的空气与矿浆混合，一方面搅拌矿浆与药物混合，同时细化泡沫，使矿物黏合在泡沫之上，浮到矿浆表面再形成矿化泡沫。调节闸板高度，控制液面，使有用泡沫被刮板刮出。加入了定量浮选药剂的煤炭浮选入料通过泵的加压后，达到一定的压力值，将带有压力的煤泥送入浮选机，在空气反应器中，突然加入的煤泥会产生负压，使得空气反应器吸入空气，与煤泥充分混合均匀后，通过浮选分配盘把煤泥均匀刮入浮选机的槽体腔内，进入槽体腔后，煤泥中的空气出现重新膨胀、析出、上浮，形成许多微小气泡，使得煤泥中的杂质析出，这样在浮选药剂的帮助下完成煤泥内杂质的浮选过程，在浮选机槽体内形成了一定厚度的泡沫层，由于继续给料，随着液面的上升，泡沫层从溢流堰流出进入浮精桶。

2选煤厂浮选机电气自动化控制系统应用研究

2.1选煤厂浮选机的模糊控制设计

选煤厂浮选机在浮选过程中会面临许多的复杂因素，变化的参数很多，实时在线监测很难得到保证。同时，浮选过程中的浮选液位、浮选药剂量、给矿浓度、给矿粒度和给矿流量等各项指标均会对浮选的精密程度造成影响。但是，浮选过程中的各项指标，比如浮选药剂量、充气量等指标均不受浮选机的控制，在浮选的过程中很难精准把握各项指标，导致浮选结果的不确定性。为了保证选煤厂浮选机在浮选作业过程中准确把控各项指标，提升浮选精准度，应以PID为控制核心。在此基础上，针对选煤厂浮选工艺面临的各种影响因素，建立模糊控制规则，利用模糊控制规则进行合理预算、推理。针对模糊控制规则的推理结果，进行模糊闭环控制，提高选煤厂浮选机的工作精准度。

2.2智能优化设计

浮选过程达到稳态后，输出并不是保持不变的，而是在设定值附近波动，但这就会导致执行机构频繁动作，缩短其使用寿命，为此，在受控对象达到稳态后，拟采用智能优化方法收集数据和内置优化算法。计算出当前状态下的最佳输出，然后切换PD以手动方式将输出固定为最佳值。为了尽可能延长电气系统的使用寿命，避免制动器的频繁操作，进而保护浮选机的气动制动器。浮选机液位自动控制系统主要由浮选机专用液位测量装置、气动执行机构和锥形阀、液位控制器、上位机以及监控系统组成。该自动控制系统能够控制整个浮选过程，并且实现对多槽浮选作业的液位、充气量的自动调节，稳定浮选流程。

2.3浮选入料浓度计和流量计

浓度计的类型主要有射线浓度计、超声波浓度计、光电式浓度计、差压式浓度计等。其中:射线浓度计测量精度高，量程大，但是由于放射源存在环境和安全隐患，在选煤厂很少应用;差压式浓度计只有在介质和溶剂密度差较大时才适用，且压力测量容易受流体流动等冲击的影响，不适用于浮选入料浓度的检测。因此，选煤厂浮选入料浓度计以超声波浓度计和光电式浓度计为主。流量计的类型主要有电磁流量计、超声波流量计、涡街流量计、楔形流量计等。考虑到测量对象是浮选入料煤泥水以及使用工况，选煤厂一般采用电磁流量计作为浮选入料流量的检测。

2.4浮选机的模糊PID控制设计

由于浮选过程的复杂性和时变参数等诸多因素，难以持续在线监测。对于浮选来说，浮选的药剂量、浮选液位、给矿浓度、给矿粒度及给矿的流量等，都会引起浮选过程金属回收率和精矿品位的变化。不过对于浮选药剂量和充气量等都不是浮选机所能控制的，因此浮选过程总是存在着不确定性。因此，为了实现浮选过程的准确控制，确定控制策略以PID为核心，同时必须将影响浮选工艺过程的各种变化情况，建立模糊控制规则进行模糊推理，获得各控制对象的模糊推理结果，反模糊化和PID。形成Fuzzy+PID的模糊闭环控制，实现对浮选过程的精确控制。

2.5选煤厂浮选机智能优化设计

选煤厂浮选机在达到稳定运行状态以后，输出却依然会处于波动状态，输出的内容会在设定的数值上下变化。虽然波动的数据变化不大，但是会造成执行机构的频繁波动，长此以往会造成选煤厂浮选机的损坏，影响它的使用时长。因此，可以在受控对象处于稳定状态以后，通过智能优化设计的方式对数据进行收集，计算出最佳输出值，通过手动的方式调整输出，试输出值达到最佳输出状态。通过以上有效操作，可以减少因执行机构波动造成的损害，延长系统的使用时间，使选煤厂浮选机中的气动制动器处于最佳运行状态。选煤厂浮选机的液位控制系统具体包括：气动执行机构、液位控制器、锥形阀、上位机、液位测量装置和监控系统等。选煤厂浮选机通过智能优化设计可以对整个浮选过程进行智能优化控制，确保浮选槽处于稳定的液位，充气量达到自动调节，保证整个浮选流程达到稳定、高效运行状态。

结语

本研究对浮选机的自动化控制系统升级算法，并未对相关开关、阀门自动化控制系统进行升级，而是完整保留了其控制系统。本革新为充分整合该系统相关物料的输出和输出仓位控制，实现浮选机与选煤厂其他系统之间的充分协同。仿真研究表明，该自动化控制系统可以有效提升系统的运行效率，可以有效提升产量和压缩成本。而本技术提升在于加强浮选机与相关系统的协同控制水平，在后续研究中，如果对其他相关设备均实现该协同控制，可以进一步提升选煤厂的控制效率。

参考文献

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