龐慶樓 呂龐亮 張波

0.概述

古縣飛龍煤化有限公司位于古縣縣城北3km里處的岳陽(yáng)鎮(zhèn)辛莊村，占地面積124畝，工業(yè)建筑面積1萬(wàn)余平。現(xiàn)有職工300余人。廠區(qū)外與沁洪線省級(jí)公路相接，經(jīng)縣城東南18km到舊縣鎮(zhèn)可達(dá)309國(guó)道，向南25km可達(dá)洪洞縣，經(jīng)洪洞縣與南同薄鐵路，大（同）——運(yùn)（城）高速公路及霍（州）——侯（馬）一級(jí)公路相接，交通便利。

古縣飛龍煤化有限公司是沈煤集團(tuán)域外發(fā)展的洗煤企業(yè)，為壯大主業(yè)、發(fā)展經(jīng)濟(jì)、合理開(kāi)發(fā)煤炭資源深加工，起到至關(guān)重要的作用，是山西遼煤礦業(yè)有限公司經(jīng)濟(jì)效益的重要增長(zhǎng)點(diǎn)。沈煤晉遼公司于2009年12月9日收購(gòu)，2010年12月對(duì)原廠進(jìn)行改擴(kuò)建，引進(jìn)和采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，對(duì)生產(chǎn)之各布局進(jìn)行合理更新， 2011年3月份建成年入洗原煤150萬(wàn)噸的重介洗煤廠.日處理原煤6775.8t，小時(shí)處理原煤338.79t；然而洗煤廠車間控制系統(tǒng)與目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)洗煤廠差距較大，主要體現(xiàn)在信息化、綜合自動(dòng)化水平；監(jiān)測(cè)監(jiān)控水平；目前，我國(guó)現(xiàn)代化選煤廠大都實(shí)現(xiàn)了基于可編程邏輯控制器（PLC） 的選煤廠集中控制，同時(shí)在跳汰、重介、浮選系統(tǒng)中也實(shí)現(xiàn)了過(guò)程控制的功能，部分選煤廠信息管理也由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的引入實(shí)現(xiàn)了信息共享，重介技術(shù)逐漸占據(jù)主要市場(chǎng)；因此，為了完成洗煤廠設(shè)計(jì)的生產(chǎn)目標(biāo)，重介密度控制系統(tǒng)需要有一套完整的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)方操作、工藝訊號(hào)系統(tǒng)，完成生產(chǎn)過(guò)程中各項(xiàng)物理參數(shù)（如密度、閥位、壓力）的顯示，報(bào)警和調(diào)節(jié)，以保障生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性與連續(xù)性。

1.改造方案

重介系統(tǒng)中產(chǎn)品的灰分與密度密切聯(lián)系，密度不穩(wěn)定的波動(dòng)都會(huì)對(duì)灰分產(chǎn)生較大影響，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。重介系統(tǒng)理想狀態(tài)下是一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)，但由于實(shí)際生產(chǎn)中跑、冒、滴、漏現(xiàn)象不可避免的發(fā)生和產(chǎn)品帶走的循環(huán)水和介質(zhì)，這些因素都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成一定的影響，所以要想使系統(tǒng)密度保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)需對(duì)系統(tǒng)分流作業(yè)來(lái)進(jìn)行控制。分流閥的作用是當(dāng)系統(tǒng)密度增高通過(guò)分流介質(zhì)到磁選機(jī)使系統(tǒng)密度下降，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中一般用執(zhí)行器配上閥門，通過(guò)控制閥門的開(kāi)度對(duì)分流管道的流量進(jìn)行控制，以達(dá)到密度的穩(wěn)定。

2.控制原理

圖1

分流自動(dòng)控制主要由密度計(jì)、分流執(zhí)行器、閥開(kāi)度調(diào)節(jié)模塊、可編程邏輯控制器（PLC）形成控制回路系統(tǒng)，通過(guò)軟件中的PID來(lái)調(diào)節(jié)分流閥的開(kāi)度。

在PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，其過(guò)程控制方式就是將被測(cè)量如溫度、壓力、流量、水位、密度等，由傳感器變成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器中，與給定值進(jìn)行比較，然后把比較出的差值進(jìn)行PID 運(yùn)算。密度控制系統(tǒng)是把密度計(jì)的測(cè)量值送入可編程邏輯控制器（PLC），其值和洗煤設(shè)定的密度值進(jìn)行比較，如果比較值大于設(shè)定的誤差值，可編程邏輯控制器（PLC）通過(guò)PID 就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)對(duì)分流執(zhí)行器閥門開(kāi)度進(jìn)行控制，從而通過(guò)控制分流閥的開(kāi)度對(duì)密度進(jìn)行調(diào)節(jié)?？删幊踢壿嬁刂破鞑捎梦鏖T子S7-400，編程軟件采用STEP7，其PID梯形圖如上。

圖1中DB3.DBD912為密度測(cè)量值、DB3.DBD106為密度設(shè)定值、P_SEL為比例（P） 控制、I_SEL 為積分（I） 控制、DEADB_W 為死區(qū)、LMN_HLM 為分流上限值、LMN_LLM 為閥分流下限值，DB3.DBD992 為閥門開(kāi)度控制值。

控制原理為：密度測(cè)量值與密度設(shè)定值進(jìn)行比較，其偏差如果大于死區(qū)，則PID自動(dòng)控制閥門開(kāi)度，其中：

LMN_P=GAIN*e（t）；即比例作用項(xiàng)P。

LMN_I=GAIN*e（t）*T/TI；即積分作用項(xiàng)I。

LMN_D=GAIN*e（t）*TD/T；即微分作用項(xiàng)D。

公式中，T=采樣時(shí)間；e（t）=偏差值；TI=積分時(shí)間。

TD =微分時(shí)間；GAIN=比例增益。

e（t）=SP（t）-PV（t）。

OUT（t）=GAIN*e（t）*（1+* T/TI+TD/T）或 OUT（t）

=LMN_P+LMN_I+LMN_D

由此可知，PID 的運(yùn)算輸出是OUT（t）是比例作用項(xiàng)P（LMN_P）、積分作用項(xiàng)I（LMN_I），和微分作用項(xiàng)D（LMN_D）三項(xiàng)同時(shí)作用的總和。

I參數(shù)越大，積分作用越弱，而D 參數(shù)越大，微分作用越強(qiáng)。

從現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，通過(guò)采用PID 對(duì)密度進(jìn)行控制發(fā)現(xiàn)密度實(shí)際測(cè)量值在密度設(shè)定值上下進(jìn)行波動(dòng)，當(dāng)波動(dòng)在設(shè)定的死區(qū)范圍內(nèi)時(shí)，PID值保持不變，當(dāng)波動(dòng)超出范圍時(shí)，PID值會(huì)發(fā)生比較大幅度變化，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)比較大的變化，因而在一次跳到穩(wěn)定時(shí)需要較長(zhǎng)時(shí)間，閥門在這段時(shí)間內(nèi)不斷改變開(kāi)度，會(huì)造出閥門電機(jī)過(guò)熱現(xiàn)象，觀察發(fā)現(xiàn)PID 調(diào)節(jié)參數(shù)中可以設(shè)定手動(dòng)值參數(shù)，那么通過(guò)適當(dāng)方式加入手動(dòng)值是否能解決延遲問(wèn)題，通過(guò)這個(gè)思路決定在PID 中加入手動(dòng)值調(diào)節(jié)。

下面對(duì)PID 系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)如圖2：

圖2

其原理為：圖2 中首先對(duì)密度測(cè)量值與密度設(shè)定值進(jìn)行比較，如果比較偏差在死區(qū)范圍內(nèi)，則啟動(dòng)PID 手動(dòng)值功能，在圖1 中加入手動(dòng)值設(shè)定MAN，當(dāng)偏差在死區(qū)范圍內(nèi)則開(kāi)度的控制由手動(dòng)值來(lái)控制，其手動(dòng)值可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)偏差在死區(qū)范圍外則由PID 進(jìn)行自動(dòng)控制。

3.改造結(jié)果

由于在PID 控制中加入了手動(dòng)值，使密度測(cè)量值（下轉(zhuǎn)第85頁(yè)）（上接第6頁(yè)）剛進(jìn)入死區(qū)時(shí)閥門的開(kāi)度就根據(jù)設(shè)定的手動(dòng)值進(jìn)行了調(diào)整，當(dāng)密度測(cè)量值偏離死區(qū)時(shí)，閥門開(kāi)度從手動(dòng)值開(kāi)始進(jìn)行調(diào)整，手動(dòng)值的加入使PID 產(chǎn)生了一個(gè)預(yù)判，有效控制分流水量的調(diào)節(jié)，既保護(hù)了閥門也有利于密度控制效果。

在重介洗選過(guò)程中加入了密度PID控制，使分流閥開(kāi)度根據(jù)檢測(cè)的密度值自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)檢測(cè)介質(zhì)密度高時(shí)，PID自動(dòng)整定進(jìn)行打開(kāi)閥門動(dòng)作，可以有效控制分流量，對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)率有一定的提高。

洗煤廠密控系統(tǒng)需根據(jù)煤質(zhì)、生產(chǎn)工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，具體問(wèn)題具體分析，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，這樣洗煤的效果是最佳的。