浮選藥劑射流乳化裝置自動控制系統的設計

張志偉

(1.天地科技股份有限公司唐山分公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012)

浮選藥劑射流乳化裝置自動控制系統的設計

張志偉1,2

(1.天地科技股份有限公司唐山分公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012)

為提高浮選藥劑添加的精確度和分散程度，根據浮選藥劑射流乳化裝置的結構特點、工藝流程需求，確定主要參控環節，并結合實際控制需要確定控制系統的軟硬件構成，選用先進的計算方法和控制模式，設計出浮選藥劑射流乳化裝置自動控制系統。射流乳化裝置自動控制系統的應用，不但能夠精確控制藥劑添加量，而且功能較多，對于節省浮選藥劑，提高藥劑使用效率有著重要作用。

藥劑乳化；自動控制系統；分散程度

就目前國內外的煤泥分選工藝而言，浮選是分選細煤泥的最佳工藝。浮選效果的好壞是多個因素影響的結果，這些因素之間相互聯系，相互影響，只有實現最佳組合，才能獲得最好的浮選效果。影響浮選效果的主要因素有煤泥的性質、浮選設備性能、浮選藥劑的種類與配比、浮選工藝流程、藥劑的分散程度等，其中藥劑的分散程度是一個很重要的因素，直接影響煤泥浮選效果和藥劑使用效率。

目前選煤廠使用的浮選藥劑主要是油性藥劑，采用一般方法很難使其在礦漿中實現良好的分散。乳化處理是提高浮選藥劑在礦漿中分散程度的有效方法，現場通常借助乳化設備提高浮選藥劑的分散程度，其中基于循環水射流的浮選藥劑射流乳化裝置是使用最普遍、最有效的裝置[1-3]。該裝置已在多個選煤廠得到成功應用，但其定量給藥的缺陷易出現藥劑超量使用的現象，同時由于其缺少配套的藥劑分散裝置，導致藥劑分散效果較差，不但造成藥劑的大量浪費，而且影響煤泥浮選效果和后續的煤泥水處理。因此，亟需研制一套浮選藥劑射流乳化裝置自動控制系統，以提高浮選藥劑添加的精確度和分散程度。

1 主要參控環節的確定

浮選藥劑射流乳化裝置的作用是在高速射流作用下，使藥劑高度分散，形成霧狀氣溶膠，從而增加藥劑與礦漿的接觸面積，實現藥劑使用效果的最大化。浮選藥劑射流乳化裝置主要由水箱、高壓水泵、壓力表、射流管、藥劑箱、藥劑乳化桶組成，結構示意圖如圖1所示。

圖1 射流乳化裝置結構示意圖

根據裝置結構和工藝流程結構及生產需求，需要在整個流程環節增設必要的傳感器和控制設備，主要需要增加計量、變頻、監測等設備，實現對煤泥浮選效果、藥劑乳化效果的監測，從而實現對整套系統的自動閉環控制[3]。

(1)射流水泵的控制。首先為射流水的高壓水泵加裝變頻器，并設定水泵的最佳射流壓力，根據壓力傳感器的反饋，實時PID調節水泵頻率，進而調整水泵水量和射流水壓力。當射流水壓力和水量達到最佳值時，保持水量、壓力穩定，以保證浮選藥劑的乳化效果。

(2)藥劑添加控制。針對藥劑的添加功能，通過上位機專家控制系統直接生成最佳的藥劑配比，根據處理量確定各種藥劑的添加量，實現實時更改給藥量和給藥量的節約化。

(3)藥劑乳化效果與浮選效果監測。對浮選藥劑乳化效果和浮選效果兩部分進行實時攝像監測，根據反饋圖像進一步調節射流水壓力和水量，使藥劑乳化效果處于最佳狀態；同時根據反饋圖像的監測，優化浮選藥劑用量和添加頻率，形成基于專家系統的閉環控制，實現真正的浮選藥劑乳化與添加的自動控制。

2 射流乳化裝置自動控制系統上位自控的實現

確定浮選藥劑乳化和相應的檢測系統硬件后，就需要在硬件實現的基礎上進行上位機的控制、整體基于PLC硬件的PID控制的設計和實現。

2.1 上位機控制

上位機的控制主要由兩部分組成，即人/機交互系統的建立和專家數據庫系統的建立[4]。

2.1.1 人/機交互界面的建立

基于組態王軟件設計人/機交互界面(圖2)，通過組態王軟件、PLC及整體硬件系統的通訊實現系統的監測和回路控制，同時基于組態王系統建立專家數據庫，通過試驗參數、經驗參數將對應煤泥的單位濃度加藥量錄入專家數據庫系統。現場應用時可以直接調用相關參數，并在經驗參數的基礎上通過自動控制對其進行微調，從而保證系統的控制精度和合理性。

圖2 人/機交互界面

通過人/機交互界面可以直接地觀察藥劑乳化效果和起泡效果，及時根據圖像反饋調節水泵壓力和給藥量的具體參數，并通過下位PLC中的PID調節模塊進行最終設定值的閉環調節。

2.1.2 專家數據庫的建立

該數據庫為單一數據形式的數據庫，直接按照煤質情況對比給藥量來按照相對固定的比例建立數據庫。組態王軟件可直接使用SQL語言編程，直接調用SQL Server的內置數據即可。基于SQL數據庫進行無縫對接，可直接后臺運行SQL數據庫，方便上位軟件直接訪問，隨時后臺調用，實現實時更新。

SQL作為一個數據平臺，通過其具有的數據交互作用，人/機界面可隨時同步調用數據。根據對應煤質的參數，直接調用對應的數據配比，對PID控制初期的震蕩和超調起到充分的抑制作用，保證控制的精準度和穩定性；同時，將實時監測的數據錄入數據庫系統，使其在生產中進一步得到充實，為后續生產提供專家數據支持[5]。

2.2 PID控制

對于不同的浮選藥劑通過數據庫選用不同配比，設定初期的給藥量，通過PLC內置PID控制模塊進行定量控制。為了提高控制精度且實現無縫閉環控制，通過上位機和PLC對反饋值進行計算，并將計算值轉化為模擬量信號，輸入給定量給藥泵；PLC模糊PID控制通過傳遞的數據和上位機的命令來控制給藥泵的頻率，實現定量給藥和PID實時給藥的雙重控制。通過PID多次微量調整給藥量，逐步消除理論值與實際值之間的振蕩，使實際給藥量無限地接近理論給藥量，從而達到最佳的藥劑使用效果；將反饋數據通過485通訊接口(或模擬量傳輸)傳遞給上位機數據庫，上位機根據反饋信號在計算機中通過邏輯計算將PID系數和計算結果傳遞給專家數據庫，由數據庫對數據分析后直接錄入，使PLC具有自我學習的功能，同時為以后的控制提供經驗數據，再遇到類似數據控制時可直接調用，避免反復控制，且能提高控制精度。

在該環節PID調節起到了至關重要的作用，調節PID的參數即可實現在系統穩定運行的前提下，兼顧其帶載能力和抗干擾能力；并且PLC模糊PID控制儀采用比例積分控制項，使控制系統增加了一個零積點，使其成為一階或多階系統，系統階躍響應的穩態誤差趨于零[6]。根據控制對象的不同，PID控制系數也隨之發生變化，控制系數是通過PID參數控制率的計算和實際驗證得出的，通過多次驗證，最終使PID控制系統達到穩定、精確控制的目的。

3 射流乳化裝置自動控制系統特點

3.1 精確控制藥劑添加量

該系統在藥劑乳化的基礎上加入了自我調節、自動控制及數據庫系統，從而實現了藥劑乳化系統的整體控制；同時，上位機和數據庫系統具有經驗數據自我學習功能，可為生產提供更多、更具體的數據參考；此外，專家數據庫的使用和實時數據的同步，減少了自動控制的調節擾動和超調[7-8]。

射流乳化裝置自動控制系統的應用，能夠使藥劑添加量得到精確控制，也能提高工藝系統的可靠性和可控性，為長期的連續生產提供有力保障。從多次的試驗數據可以看出，該控制系統投入使用后，可節省10%的藥劑用量。

3.2 功能多樣化

通過加入浮選效果、乳化效果監測設備，能夠更直觀的展現系統使用效果，真正實現遠程控制，有效解決需要人工現場值守的問題，對于降低人工勞動強度、增強勞動防護、節約人工費用起到關鍵性的作用。

該系統具有對應煤質數據存儲功能，可隨時查詢、調用相關數據，為實際生產提供經驗數據參考；數據可遠程傳輸，為遠程監控和集團化生產起到關鍵的對接作用，為未來的移動數據互聯和異地監控數據查詢提供了可升級的基礎。

4 結語

浮選藥劑射流乳化裝置在選煤行業的應用，使煤泥浮選實現了高效化和高產化；射流乳化裝置自動控制系統的設計和應用，不但節省了浮選藥劑，而且提高了藥劑使用效率，為不可再生石化資源的高效利用和礦區環境的保護起到十分重要的作用。

[1] 宋艷欣,王世國.FZR型浮選藥劑自動乳化及加藥系統[J]. 選煤技術，2002(4):43-44.

[2] 郝守信.浮選藥劑乳化器在呂家坨選煤廠的應用[J].煤炭科學技術，2006,34(2):22-24.

[3] 劉文江，劉建全，劉煥勝.浮選藥劑乳化工藝的應用及效果[J].煤炭加工與綜合利用，2002(6)：23-25.

[4] 孫建中，龍占元，王 軍，等.浮選藥劑乳化站在選煤生產中的應用[J].選煤技術，2002(6)：28-29.

[5] 崔廣文，于文慧，張 玉，等.煤泥浮選藥劑研究現狀及發展趨勢[J].潔凈煤技術，2015(1)：15-19.

[6] 于洪林，張紹權，蔚志恒.浮選藥劑乳化裝置與浮選工藝參數自動控制系統在老石旦選煤廠的應用[J].選煤技術，2012(4)：88-90.

[7] 汪潛峰，張保國，皇甫京華，等.RP系列浮選藥劑乳化工作站及其乳化技術[J].煤炭加工與綜合利用，1995(3)：27-29.

[8] 楊愛民，崔銀紅，王力威. FZR-Ⅲ調壓型浮選藥劑自動添加和乳化系統及其應用[J].選煤技術，2011(5)：49-50.

Design of automatic control system for jet emulsification device of flotation reagent

ZHANG Zhi-wei1,2

(1. Tangshan Branch of Tiandi Science and Technology Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063012, China; 2. Coal Preparation Engineering & Technology Research Center of Hebei Province, Tangshan, Hebei 063012, China)

To add flotation reagent accurately and make them disperse availably, based on structural features and technological process of jet emulsification device of flotation reagent, major control points of the system are determined; and then according to actual operation, determined software and hardware, automatic control system for then jet emulsification device of flotation reagent is designed by advanced computing method and control mode. The application shows that the multifunctional system can control accurately and save dosage of added reagent.

reagent emulsification; automatic control system; dispersion degree

TD948.9

A

1001-3571(2015)04-0072-03

2015-02-17

10.16447/j.cnki.cpt.2015.04.020

張志偉(1981—)，男，河北省唐山市人，工程師，從事電氣工程及其自動化方面的研究。

E-mail:delas911@163.com Tel：0315-7759415