一種濃縮機(jī)藥劑自動添加系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于選煤廠煤泥水處理環(huán)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，主要用于煤泥水處理設(shè)備濃縮機(jī)藥劑(凝聚劑和絮凝劑)的自動添加系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于采用濕法分選的選煤廠而言，煤泥水處理是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，而濃縮機(jī)是煤泥水處理的一種常用的設(shè)備。在煤泥水處理過程中，多數(shù)選煤廠通過在煤泥水中添加藥劑的方法來加速濃縮機(jī)中煤泥的沉降，從而達(dá)到縮短煤泥沉降時(shí)間，凈化濃縮機(jī)溢流，降低循環(huán)水濃度，保證循環(huán)水的可持續(xù)利用，維持整個(gè)選煤廠水系統(tǒng)的平衡和正常運(yùn)轉(zhuǎn)。煤泥水過程添加的藥劑主要有凝聚劑和絮凝劑，其作用機(jī)理為:凝聚劑先把細(xì)小顆粒凝聚成較大一點(diǎn)的顆粒，這些顆粒荷的電性較小，容易參加絮凝劑的架橋作用，且顆粒與顆粒間的斥力小了，產(chǎn)生的絮團(tuán)也比較壓實(shí)，同時(shí)由于細(xì)小的顆粒都被凝聚成團(tuán)，澄清水的質(zhì)量也較高。由此可見。凝聚劑和絮凝劑藥劑的添加對于濃縮機(jī)濃縮效果以及整個(gè)選煤廠水系統(tǒng)的正常運(yùn)行而言至關(guān)重要。
[0003]目前大多數(shù)選煤廠采用的濃縮機(jī)藥劑添加方式主要有以下幾種:1、人工手動加藥，即配制和添加凝聚劑和絮凝劑均是通過人工手動操作，2、藥劑自動添加，通過對濃縮機(jī)內(nèi)煤泥水的濁度進(jìn)行測量，然后反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過控制變頻器驅(qū)動螺桿栗進(jìn)行加藥，或者是通過控制電磁閥的開關(guān)時(shí)間來控制加藥量。
[0004]上述的濃縮機(jī)藥劑添加系統(tǒng)主要存在以下幾個(gè)問題:1、人工手動加藥時(shí)工人勞動強(qiáng)度大，同時(shí)存在加藥不及時(shí)，加藥量不準(zhǔn)確，藥耗高等問題;2、在利用濁度儀測量濁度作為反饋信號時(shí)，由于濁度儀大都是光電式傳感器，在煤泥水系統(tǒng)中，很容易造成測量探頭被污染，甚至堵塞等問題，從而造成測量結(jié)果嚴(yán)重失真，從而影響整個(gè)自動加藥系統(tǒng)的運(yùn)行；
3、在利用螺桿栗作為藥劑添加的執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，不僅需要變頻器作為驅(qū)動，而且螺桿栗在使用過程中由于定子和藥劑直接接觸，容易被藥劑腐蝕，從而造成漏液、加藥量不準(zhǔn)確等問題;4、利用電磁閥作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，則加藥過程為間斷加藥，不利于藥劑和煤泥水的充分作用，同時(shí)電磁閥易堵塞;5、控制系統(tǒng)多采用簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于濃縮機(jī)濃縮過程是一個(gè)大滯后的過程，藥劑添加后需要一定的作用時(shí)間，效果并非即時(shí)顯現(xiàn)，而是需要一定的時(shí)間才能夠反應(yīng)出來，因而簡單的利用濁度儀或者濃度計(jì)的反饋信號閉環(huán)控制并不能夠得到穩(wěn)定良好的控制結(jié)果，甚至造成藥劑的浪費(fèi)。
[0005]目前的濃縮機(jī)藥劑添加系統(tǒng)包括濃縮機(jī)3、向濃縮機(jī)3供料的濃縮機(jī)入料管道4、與濃縮機(jī)通過管道連接的濃縮機(jī)溢流水池1，濃縮機(jī)3的底部開口連接有濃縮機(jī)底流栗出口管道14。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所述的濃縮機(jī)藥劑自動添加系統(tǒng)及方法主要是在選煤廠煤泥水處理環(huán)節(jié)中，采用PLC與合理的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及先進(jìn)的控制策略，從而解決現(xiàn)有選煤廠在煤泥水處理過程中濃縮機(jī)溢流和底流濃度測量不精確、藥劑添加執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠性差、自動控制策略落后等導(dǎo)致的選煤廠循環(huán)水質(zhì)量下降，藥劑消耗和水耗大等問題，進(jìn)而保證選煤廠水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高選煤廠產(chǎn)品質(zhì)量和效益。
[0007]本發(fā)明所述的一種濃縮機(jī)藥劑自動添加系統(tǒng)，包括凝聚劑藥劑配制裝置、絮凝劑配制裝置、現(xiàn)場控制柜以及現(xiàn)場傳感器;所述現(xiàn)場傳感器包括安裝在濃縮機(jī)入料管道上的濃度傳感器和流量計(jì)，安裝在濃縮機(jī)溢流水池管道上的測量濃縮機(jī)溢流濃度的第一濃度計(jì)，安裝在濃縮機(jī)底流栗出口管道上的測量濃縮機(jī)底流煤泥水濃度的第二濃度計(jì);所述凝聚劑藥劑配制裝置和絮凝劑配制裝置均與濃縮機(jī)入料管道連接，凝聚劑藥劑配制裝置與濃縮機(jī)入料管道之間串接有凝聚劑藥劑添加執(zhí)行機(jī)構(gòu)，絮凝劑配制裝置與濃縮機(jī)入料管道之間串接有絮凝劑藥劑添加執(zhí)行機(jī)構(gòu);所述現(xiàn)場控制柜分別與第一濃度計(jì)、第二濃度計(jì)、濃度傳感器、流量計(jì)以及凝聚劑藥劑添加執(zhí)行機(jī)構(gòu)和絮凝劑藥劑添加執(zhí)行機(jī)構(gòu)通訊。
[0008]進(jìn)一步的，所述凝聚劑藥劑添加執(zhí)行機(jī)構(gòu)和絮凝劑藥劑添加執(zhí)行機(jī)構(gòu)均選用隔膜栗Ο
[0009]進(jìn)一步的，還包括與現(xiàn)場控制柜通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊的調(diào)度室上位機(jī);所述現(xiàn)場控制柜設(shè)有觸摸屏。
[0010]進(jìn)一步的，所述現(xiàn)場控制柜采用羅克韋爾1400系列PLC;流量計(jì)采用電磁流量計(jì)；第一濃度計(jì)采用超聲波濃度傳感器，第二濃度計(jì)采用壓差式濃度傳感器。
[0011]基于上述存在的問題以及需要達(dá)到的目的，本發(fā)明一種濃縮機(jī)藥劑自動添加系統(tǒng)主要包括硬件平臺搭建以及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本發(fā)明所采用的硬件平臺主要包括:羅克韋爾1400系列PLC作為現(xiàn)場控制柜，在濃縮機(jī)入料管道上安裝流量計(jì)和濃度傳感器測量入料量和濃度，在濃縮機(jī)溢流水池處安裝第一濃度計(jì)實(shí)時(shí)測量濃縮機(jī)溢流濃度，在濃縮機(jī)底流栗出口處安裝第二濃度計(jì)實(shí)時(shí)測量濃縮機(jī)底流濃度，藥劑添加執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用蠕動栗，配制好的藥劑由蠕動栗通過藥劑管輸送至煤泥水管道。在藥劑自動添加系統(tǒng)現(xiàn)場安裝有就地控制箱(S卩PLC)，現(xiàn)場操作人員通過就地箱上的觸摸屏對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，通過以太網(wǎng)通訊與調(diào)度室上位機(jī)進(jìn)行通訊。
[0012]上述的濃縮機(jī)自動加藥系統(tǒng)中，濃縮機(jī)溢流濃度傳感器(第一濃度計(jì))選用超聲波濃度傳感器，濃縮機(jī)底流濃度傳感器(第二濃度計(jì))選用壓差式濃度傳感器，安裝在濃縮機(jī)底流栗出口處的垂直管道上，濃縮機(jī)總?cè)肓瞎艿郎狭髁坑?jì)為電磁流量計(jì)，通過HART通訊協(xié)議可測得煤泥水總?cè)肓系乃矔r(shí)流量和累計(jì)流量，煤泥水濃度采用壓差式濃度計(jì)進(jìn)行測量。藥劑添加知行機(jī)構(gòu)選用蠕動栗，具有以下優(yōu)點(diǎn):首先輸送的藥劑不與栗體接觸，避免了藥劑對栗體的腐蝕，其次電機(jī)自帶4-20Ma模擬量控制功能，能夠通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速從而控制栗的流量即加藥量，不需要變頻器進(jìn)行驅(qū)動，同時(shí)其栗體清洗、拆卸簡單快捷方便，因此非常適用于凝聚劑和絮凝劑的藥劑添加。
[0013]本發(fā)明所述的一種濃縮機(jī)藥劑自動添加方法，采用基于案例推理的前饋+反饋智能控制方法，包括案例產(chǎn)生、案例檢索、案例重用;①案例產(chǎn)生:在系統(tǒng)正式運(yùn)行前，通過前期試驗(yàn)和現(xiàn)場觀察，總結(jié)出大量的案例組成案例庫;每個(gè)案例均包括濃縮機(jī)入料濃度、入料量流量、噸煤泥藥耗、濃縮機(jī)底流煤泥水濃度以及濃縮機(jī)溢流濃度;②案例檢索和案例重用，在系統(tǒng)正式運(yùn)行過程中通過濃度傳感器和流量計(jì)對入料濃度和入料量流量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，同時(shí)結(jié)合控制系統(tǒng)目標(biāo)值，對當(dāng)前工況案例特征進(jìn)行描述，然后采用最近相鄰法(KNN)計(jì)算當(dāng)前案例與案例庫中案例的相似度，若和案例庫中的一個(gè)案例匹配的相似度在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)，則現(xiàn)場控制柜根據(jù)該案例庫中的案例控制凝聚劑藥劑添加執(zhí)行機(jī)構(gòu)和絮凝劑藥劑添加執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別輸出凝聚劑藥劑和絮凝劑藥劑的添加量，也即噸煤泥藥耗。
[0014]進(jìn)一步的，在②案例檢索和案例重用若在案例庫中有η個(gè)案例匹配的相似度在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)，則輸出結(jié)果取其加權(quán)平均值。
[0015]進(jìn)一步的，基于案例推理的前饋+反饋智能控制方法還包括案例修正和案例存儲；③案例修正，案例修正是通過濃縮機(jī)溢流濃度和濃縮機(jī)底流煤泥水濃度檢測值對案例進(jìn)行校正;設(shè)濃縮機(jī)溢流濃度和濃縮機(jī)底流煤泥水濃度目標(biāo)范圍分別為Amin <A< AMAX.Bmin <B < BMAX,由于濃縮機(jī)的藥劑添加存在大的滯后，凝聚劑和絮凝劑藥劑添加進(jìn)去后需要一定的時(shí)間T才會產(chǎn)生效果，因而系統(tǒng)利用時(shí)間T之后第一濃度計(jì)和第二濃度計(jì)采集到的實(shí)時(shí)的濃縮機(jī)溢流濃度值和濃縮機(jī)底流煤泥水濃度值與目標(biāo)值進(jìn)行對比，若實(shí)時(shí)值在目標(biāo)值范圍內(nèi)則不需要進(jìn)行案例修正，則此案例可直接轉(zhuǎn)入案例存儲，若測得的值偏離了目標(biāo)值的范圍，則需要對目標(biāo)值進(jìn)行修正，直到目標(biāo)值進(jìn)入工藝要求目標(biāo)范圍內(nèi)；④案例存儲，案例存儲的過程即是對案例庫的補(bǔ)充和優(yōu)化的過程，當(dāng)設(shè)定的案例滿足工藝要求時(shí)，則被添加到案例庫，同時(shí)，經(jīng)過修正后的案例則重新被添加至案例庫中。
[0016]本發(fā)明濃縮機(jī)藥劑自動添加系統(tǒng)采用前饋+反饋的控制策略，其中反饋控制為閉環(huán)控制，通過對濃縮機(jī)溢流和底流煤泥水濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，對凝聚劑和絮凝劑的藥劑添加量進(jìn)行調(diào)整，前饋控制主要采用基于案例推理的智能控制策略，通過對濃縮機(jī)入料濃度和入料流量的實(shí)時(shí)檢測，然后通過與案例庫中的案例進(jìn)行相似度對比，匹配出最佳的案例組合，進(jìn)而得到相應(yīng)的藥劑量。
[0017]本發(fā)明所述濃縮機(jī)藥劑自動添加系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)為四層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):管理層、監(jiān)控層、控制層和設(shè)備層，其中管理層主要包括上位工控機(jī)(調(diào)度室上位機(jī))，與PLC通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的保存以及現(xiàn)場數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程顯示包括各個(gè)傳感器