煤泥压滤系统自动化控制的研究与应用

常中兴

摘 要：针对煤泥脱水效果差，官地选煤厂结合生产现状对快开式隔膜压滤机的控制系统进行自动化升级改造，基于PID控制理论，采用PLC控制器对压滤机的控制系统进行改造，改造后系统操作简单、减少人工成本，提升工效。

关键词：快开式隔膜压滤机;PID控制理论;PLC控制器;自动化控制

官地选煤厂是官地矿配套建设的矿井型选煤厂，年设计入洗能力达300万t，工艺系统采用无压三产品重介旋流器+煤泥浮选+尾煤压滤的联合工艺系统。煤泥压滤作为原煤洗选的重要工艺环节，随着矿井生产能力的不断提高，官地选煤厂对压滤设备的需求也逐步增加，传统选煤厂煤泥压滤系统采用人工操作，需要大量人力的投入，而且系统操作复杂，降低选煤厂的生产效率。

1 设备运行分析

压滤工艺作为选煤厂的洗选重要环节，传统的人工操作效率低，操作精度低，严重影响整体运行效率提升。对压滤系统的改造不但可以提升洗选效率，还可实现官地选煤厂的洗水闭路循环，提高粗煤泥的回收。为此，官地选煤厂对两台KMZG250/1600型快开式隔膜压滤机的控制系统进行自动化优化改造，采用PLC控制器对压滤机的入料系统和压榨过程的进行自动化控制，通过安装的监测与阀门装置，实现对压滤机搅拌桶入料的自动化控制，提升压滤效率与生产质量。

2 压滤机电气控制系统原理

选煤厂在煤泥分选环节会产生大量的煤泥浆料，而压滤机主要负责对煤泥过滤、压榨和反吹。煤泥压滤系统虽小，但是涉及到众多的机械设备。传统的煤泥浆料在压滤滤板的挤压作用下形成滤饼，虽然工艺较为简单，但是传统的人工压滤系统需要消耗大量的人力、物力，为提高压滤工效对快开式隔膜压滤机的控制系统上的改造非常重要。

压滤机自动化控制系统运行过程中压力以及滤液流量等信息通过监测系统测得，根据监测的结果对压滤系统进行控制，控制路径有变频器、电磁阀以及接触器等。为了实现压滤工艺的自动化控制，系统的设计上必须考虑在入料和反吹物料的过程中管路的抗压强度，在进行风压榨的过程中，不同粒径下的煤体颗粒与水的粘合度差异大;絮凝剂的加注量;滤布的通透性等都对压滤系统的工效造成一定影响。特别是在压滤工艺后期，随着长期的运行降低了滤布的通透性，滤布上颗粒物和水粘合力的会大量增加，降低压滤效率，增加安全隐患。为此，采用电气控制实现系统的平稳运行，并保证运用的精度。

压滤机的控制系统核心采用PLC控制器，基于PID控制理论提升可操控的灵活性。PLC控制器可以实现对入料以及风压机的控制，使得入料过程以及风压过程保持恒压，保证了系统运行的稳定性，提高了工作效率。PID控制理论框架图如图1所示。

由图1可知，PID控制器采用比例、积分、微分的算法，计算输出量的值和误差，从而进行调节的控制方法。同时该控制系统还具有：比例控制的原理是将系统中的信号按照一定的比例进行反映，其主要是反映系统运行的速度以及稳定性，是进行其他控制的基础;积分控制的原理是将系统误差中呈现正比的部分进行积分输出，通过对误差项进行时间上的积分，不断减小稳态误差，直至系统中的稳态误差为零;微分控制的原理是将误差中呈现正比的部分进行微分输出，当系统中的误差发生变化时，微分控制可以提前进行动作，抑制误差，该控制方法下，系统的动态性能良好优点。

3 PID控制系统的设计

PID控制系统的软件部分是实现控制功能以及监测功能的重要手段。软件控制系统中涉及到对运行数据的存储、处理以及对工作效率的评价。控制系统采用手动与自动控制方式，两者的区别是手动控制下，需要人工在相关设备上进行操作，自动控制则在显示界面进行参数以及设备运行状态的调节，当设备参数设定后，系统将按照参数设置进行运动，实现了智能化控制。控制器运行方式流程图如图2所示。

对于风壓机的控制，采用变频控制进行驱动，设置压榨管网的压力范围在0.7～1.3MPa之间，通过传感器获得系统运行过程中压榨管网实际压力，在PID算法的计算下，实时改变风机的频率，进而调节压榨管网的压力。当压榨管网的运行压力在给定区域内时，保持当前的运行状态，当运行压力不在给定范围内时，PID算法计算得到合适的压力标准值，通过频率调节改变电机的运行速度，使得运行压力达到压力标准值。

压滤机的入料泵控制系统工艺流程，将入料泵的初始压力设置为0.75MPa，当实际运行压力低于初始值时，通过PID算法进行调控提高运行压力;当实际运行压力大于初始值时，同样通过PID算法进行调控降低运行压力，使得设备以恒定的压力运行，保证了设备的安全稳定性。

4 运行效果分析

控制系统的操控界面触摸屏主要显示设备的运行技术参数，通过编程语言可以与PLC控制器连接实现良好的交互性，本文采用MCGS上位机触摸屏进行界面的显示，该触摸屏界面简单、操作容易且便于后期的维护，通过与硬件以及数据模块进行连接实现对数据的采集处理，矿井也可根据自身要求进行模块的组态形成适用自己的系统。在电气自动控制系统以及软件的研究和设计基础上，在矿井选煤厂进行了实际应用。根据需求，对压滤工艺的显示界面进行了设计，监控界面可以实时显示系统运行过程中各设备的状态，可以根据自身需求进行界面的切换，了解其他工况信息。

将改进后的系统与原系统下压滤工艺进行比较，得到表1所示的结果，从表1中可以看出，原系统下得到的煤泥含水率高达28%，电气自动控制系统下煤泥含水率降低了35%，而改进后的电气自动控制系统循环时间也明显减少，在单位时间的煤泥处理量上得到明显的提高，增加了约9.2%。且在系统运行的过程中，减少人工操作，设备运行效率有效提升高。

5 结论

官地选煤厂为提升压滤机的自动化运行效率，基于PID控制原理对快开式隔膜压滤机的控制系统进行升级改造，实现对压滤机运行状态的计算与调控，系统运行可靠程度高，实践取得联合效果。经改造后的煤泥含水率降低35%，单位时间的煤泥处理量提升了约9.2%，还节约大量的劳动力，优化工序提高生产效率，提高官地选煤厂的自动化控制水平。

参考文献：

[1]蔡江.煤泥压滤机集中控制系统智能化和信息化的建设与运用[J].电子技术与软件工程，2019（003）：118-118.

[2]王喆.选煤厂煤泥压滤系统智能化改造[J].山西焦煤科技，2019（10）.