煤泥浮选优化控制系统的设计

2005/9/12 9:49:07

摘　要：煤泥浮选优化控制是浮选控制的最高模式，而我国目前仍处于定值控制水平.与国外先进国家相比，我国的煤泥浮选控制技术落后近10 a.但随着科学技术的发展，在我国实现优化控制完全可能.为此，对煤泥浮选优化控制系统的原理、结构和软件体系等进行了探讨.
关键词：煤泥浮选；优化控制；煤浆分析；模糊逻辑控制
中图分类号：TD923　　　文献标识码:A
文章编号：0253-9993(2000)06-0200-03

The design of coal slime flotation optimizing control system

YANG Xiao-ping　XU De-ping　WU Cui-ping　FENG Shao-guan
（ Department of Chemical and Environmental Engineering, Beijing Campus，China University of Mining and Technology, Beijing　100083，China）

Abstract：The coal slime flotation optimizing control is the highest model of the flotation control. But at present the flotation control, the technology of which falls behind the advanced country for about ten years, is still the constant value control in China. However with the development of science and technology, it is completely possible to realize the optimizing control in China. So the principle, the structure and the software system of the optimizing control system to the coal slime flotation are discussed.
Key words：coal slime flotation; optimizing control; coal slurry analysis; fuzzy logic control

　　煤泥浮选是公认的最复杂的选煤方法之一，但由于浮选回收细粒煤的高效性，以及为了保护生态环境，使得人们对它的研究仍较深入而广泛，主要涉及浮选分选机理和浮选过程自动控制等的研究.
　　煤泥浮选过程的自动控制可以分为定值控制和优化控制2种，定值控制是以稳定浮选的分选环境为目标的控制方法，虽然分选条件对洗选效果有一定影响，但定值控制并不是最佳的控制模式；优化控制是为了达到在精煤灰分满足要求的条件下，最大限度地提高精煤产率这一目的，它是浮选控制的重点和难点.目前，国内诸多的浮选自动控制系统还只能实现定值控制，难以实现优化控制，主要瓶颈之一就是缺乏快捷、准确和经济的煤浆灰分检测装置.清华大学工程物理系煤浆分析仪的问世，有望能改变我国煤泥浮选自动控制落后的局面.本文介绍基于这种煤浆分析仪的浮选优化控制系统.

1　优化控制的基本原理^［1］

　　煤泥浮选优化控制的目的是在精煤灰分满足要求的条件下，最大限度的提高浮选精煤产率f，即

式中，A_y(t), A_j(t), A_w(t)分别为入浮煤浆、浮选精煤和尾煤的灰分；［A₁,A₂］为精煤灰分指标.
　　产品的灰分可以通过调整工艺参数，如入浮浓度、流量、加药量和浮选机液位等来改变.由于浮选过程受许多不同的水动力学参数和物理化学参数的控制，目前还没有一个有效地应用于工业的数学模型.准确而实用的煤泥浮选模型是很难建立的.为了利用煤浆测灰仪达到浮选优化控制，在本方案中拟采用模糊逻辑控制系统.模糊逻辑控制实际上是一种智能控制，它不依赖被控过程的数学模型，而依靠现场操作人员和有关专家的经验、理论知识和操作数据作为调节的根据，所以比较适合于选煤工艺过程的控制.
　　以某炼焦煤选煤厂为例，浮选控制的目标为浮选精煤和尾煤灰分，控制指标见表1，通过调整浮选机液位、捕收剂和起泡剂的用量来实现，控制逻辑见表2.

表1　浮选控制指标要求
Table 1　The index demond of the flotation control

产　品	目　标	低	可	高
精煤灰分／%	11.5	<11	11～12	>12
尾煤灰分／%	45	<45	45～60	>60

表2　浮选过程的控制逻辑
Table 2　The logic control to the flotation process

精煤灰分／％	尾煤灰分／％	控　　制　　方　　法
		液　面	捕收剂用量	起泡剂用量
可	可	＋
低	可	＋		＋
高	可	－		－
可	低	＋	＋
低	低	＋		＋
高	低	－		－
可	高	<－	＝	＋>
低	高	＋
高	高	－	－	－

注：＋表示增加；－表示降低；＋>表示略微增加；<－表示略微降低；=表示保持不变.

　　根据表2的控制逻辑，当精煤灰分达到“可”、尾煤灰分达到“高”时，用PID控制浮选机液面及药剂用量；当精煤或尾煤灰分偏高或偏低时，则按照表2的规则，由模糊逻辑控制器进行调节.

2　控制系统的结构设计^［1］

　　图1为煤泥浮选优化控制系统结构，是一个两级的计算机控制系统，对浮选过程的2个阶段分别设计控制系统，即在调浆阶段控制入浮浓度和一段加药量；而在煤浆分选阶段主要控制浮选精煤和尾煤的产品质量.2套控制系统在结构上独立，但在功能上却相互联系、彼此协调，共同稳定浮选精煤灰分，并提高产率.

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图1　浮选优化控制系统结构
Fig.1　Flotation optimizing control system structure

　　定值级，完成入浮浓度的定值控制，采用的控制策略是PID调节器，同时利用前馈和反馈控制技术来消除干扰对入浮浓度的影响.另外，根据干煤泥量控制一段添加的起泡剂和捕收剂的用量等.
　　优化级，包括二段加药系统、煤浆液位控制系统、多流分析系统和煤浆灰分分析系统等，主要完成浮选精煤的质量控制，控制策略为前面介绍的“PID+模糊逻辑控制”.优化级是整个浮选过程控制系统的核心，它直接根据浮选精煤灰分数值及波动情况，以尾煤灰分为辅助指标，调节浮选机液位、二段加药量和定值控制级的入浮浓度、吨煤药剂耗量和配比等，在浮选精煤灰分满足要求的前提下，最大限度地提高精煤产率.
　　煤泥浮选优化控制系统由4个控制回路组成：①根据浓缩机底流浓度、流量和加入矿浆准备器的滤液量，采用前馈和反馈控制，调节液压闸门的开度，以改变补加循环水量，保持浮选入料的设定浓度；②根据进入浮选系统的干煤泥量，浮选药剂的配比以及吨煤药耗，确定和调节加入矿浆准备器的起泡剂和捕收剂的用量（一段加药）；③根据浮选精煤灰分和产率，直接补加少量浮选药剂于浮选机的第二室和第三室，即采用二段加药方式；④根据浮选精煤灰分调节浮选机的液位，以改变浮选精煤灰分，并提高精煤产率.为了加速液位调整速度，可利用浮选机入料端的给水电磁阀，控制补给清水用量.

3　系统软件的设计

　　(1)定值控制部分　主要完成浓缩机底流浓度和流量、滤液流量和补给水流量的检测，一段起泡剂和捕收剂的控制和计量，入浮浓度的控制（调节清水阀）等.
　　(2)模糊逻辑控制部分　根据单机入料、精煤和尾煤的灰分，按模糊逻辑控制规则调节二段加药量和浮选机液位.二段加药量的变化要求相应地适当调整一段的药耗，通过提升尾煤闸门来改变浮选机液位.
　　(3)煤浆分析系统　煤浆分析系统软件包主要包括：多流灰分分析系统、与过程控制系统的通讯、统计分析模块、数据库管理和图形显示等.
　　(4)控制系统数据管理　整个控制系统的数据是共享的，通过RS232串行接口将各个控制计算机联接起来，这些数据专门由一台微机进行管理.管理机的应用软件主要包括数据存贮，数据统计，生产报表打印，数据的单点、多点和趋势显示，以及系统维护等.
　　(5)多流分析系统的PLC控制^［2］　为了使用一组检测探头完成3个煤样的分析，煤浆参数检测采用多流分析系统.多流分析系统主要由取样器、贮存槽、分析槽和冲洗装置等4部分组成，贮存槽和分析槽的结构相同，主要包括搅拌电机、放料阀和液位开关等.多流分析系统的工作用可编程序控制器(PLC)来进行顺序控制，系统顺序动作的时序如图2所示.

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图2　多流分析系统工作时序
Fig.2　Muti-slurry analysis system working-time

4　结　　语

　　煤泥浮选的优化控制是浮选控制的最高模式，它的实现将把我国的煤泥浮选控制技术提高到一个新的水平.近年来，随着计算机技术、自动控制理论、人工智能和检测手段的进一步发展，对煤泥浮选进行优化控制已成为可能.同时，通过国外的实践证明，煤泥浮选优化控制除了可以改善操作条件和保护环境外，更为重要的是可以降低药耗、电耗，稳定产品质量和提高浮选精煤产率，充分回收煤炭资源.

作者简介：杨小平(1968－)，男，讲师，重庆市人.1995年毕业于淮南矿业学院，获硕士学位；1998年毕业于中国矿业大学，获博士学位.主要从事选煤厂自动化方面的教学和科研工作，目前主要负责“九五”国家重点科技攻关项目——煤泥浮选过程的检测与控制.发表“煤泥浮选过程控制技术进展”、“太西选煤厂跳汰机自动排料系统的改造”、“跳汰机排料的单片机控制系统”等论文9篇.
作者单位：杨小平（中国矿业大学北京校区化工与环境工程系，北京　100083）　
许德平（中国矿业大学北京校区化工与环境工程系，北京　100083）　
吴翠平（中国矿业大学北京校区化工与环境工程系，北京　100083）　
冯绍灌（中国矿业大学北京校区化工与环境工程系，北京　100083）

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