CN105435494B - 一种浓缩机药剂自动添加系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于选煤厂煤泥水处理环节技术领域，主要用于煤泥水处理设备浓缩机药剂的自动添加系统及方法。本发明所述的浓缩机药剂自动添加系统及方法主要是在选煤厂煤泥水处理环节中，采用PLC与合理的传感器和执行机构以及基于案例推理的前馈+反馈控制策略，既能通过实时监测到的浓缩机入料浓度和流量信号提前对药剂量进行修改和优化，同时对浓缩机溢流和底流浓度信号进行合理利用，避免了由于反馈信号滞后带来的系统失稳，解决了现有选煤厂在煤泥水处理过程中浓缩机溢流和底流浓度测量不精确、药剂添加执行机构可靠性差、自动控制策略落后等导致的选煤厂循环水质量下降，药剂消耗和水耗大等问题，提高了选煤厂产品质量和效益。

Description

一种浓缩机药剂自动添加系统及方法

技术领域

本发明属于选煤厂煤泥水处理环节技术领域，主要用于煤泥水处理设备浓缩机药剂（凝聚剂和絮凝剂）的自动添加系统及方法。

背景技术

对于采用湿法分选的选煤厂而言，煤泥水处理是一个重要的环节，而浓缩机是煤泥水处理的一种常用的设备。在煤泥水处理过程中，多数选煤厂通过在煤泥水中添加药剂的方法来加速浓缩机中煤泥的沉降，从而达到缩短煤泥沉降时间，净化浓缩机溢流，降低循环水浓度，保证循环水的可持续利用，维持整个选煤厂水系统的平衡和正常运转。煤泥水过程添加的药剂主要有凝聚剂和絮凝剂，其作用机理为：凝聚剂先把细小颗粒凝聚成较大一点的颗粒，这些颗粒荷的电性较小，容易参加絮凝剂的架桥作用，且颗粒与颗粒间的斥力小了，产生的絮团也比较压实，同时由于细小的颗粒都被凝聚成团，澄清水的质量也较高。由此可见。凝聚剂和絮凝剂药剂的添加对于浓缩机浓缩效果以及整个选煤厂水系统的正常运行而言至关重要。

目前大多数选煤厂采用的浓缩机药剂添加方式主要有以下几种：1、人工手动加药，即配制和添加凝聚剂和絮凝剂均是通过人工手动操作，2、药剂自动添加，通过对浓缩机内煤泥水的浊度进行测量，然后反馈给控制系统，控制系统通过控制变频器驱动螺杆泵进行加药，或者是通过控制电磁阀的开关时间来控制加药量。

上述的浓缩机药剂添加系统主要存在以下几个问题：1、人工手动加药时工人劳动强度大，同时存在加药不及时，加药量不准确，药耗高等问题；2、在利用浊度仪测量浊度作为反馈信号时，由于浊度仪大都是光电式传感器，在煤泥水系统中，很容易造成测量探头被污染，甚至堵塞等问题，从而造成测量结果严重失真，从而影响整个自动加药系统的运行；3、在利用螺杆泵作为药剂添加的执行机构时，不仅需要变频器作为驱动，而且螺杆泵在使用过程中由于定子和药剂直接接触，容易被药剂腐蚀，从而造成漏液、加药量不准确等问题；4、利用电磁阀作为执行机构，则加药过程为间断加药，不利于药剂和煤泥水的充分作用，同时电磁阀易堵塞；5、控制系统多采用简单的闭环控制系统，由于浓缩机浓缩过程是一个大滞后的过程，药剂添加后需要一定的作用时间，效果并非即时显现，而是需要一定的时间才能够反应出来，因而简单的利用浊度仪或者浓度计的反馈信号闭环控制并不能够得到稳定良好的控制结果，甚至造成药剂的浪费。

目前的浓缩机药剂添加系统包括浓缩机3、向浓缩机3供料的浓缩机入料管道4、与浓缩机通过管道连接的浓缩机溢流水池1，浓缩机3的底部开口连接有浓缩机底流泵出口管道14。

发明内容

本发明所述的浓缩机药剂自动添加系统及方法主要是在选煤厂煤泥水处理环节中，采用PLC与合理的传感器和执行机构以及先进的控制策略，从而解决现有选煤厂在煤泥水处理过程中浓缩机溢流和底流浓度测量不精确、药剂添加执行机构可靠性差、自动控制策略落后等导致的选煤厂循环水质量下降，药剂消耗和水耗大等问题，进而保证选煤厂水系统的正常运行，提高选煤厂产品质量和效益。

本发明所述的一种浓缩机药剂自动添加系统，包括凝聚剂药剂配制装置、絮凝剂配制装置、现场控制柜以及现场传感器；所述现场传感器包括安装在浓缩机入料管道上的浓度传感器和流量计，安装在浓缩机溢流水池管道上的测量浓缩机溢流浓度的第一浓度计，安装在浓缩机底流泵出口管道上的测量浓缩机底流煤泥水浓度的第二浓度计；所述凝聚剂药剂配制装置和絮凝剂配制装置均与浓缩机入料管道连接，凝聚剂药剂配制装置与浓缩机入料管道之间串接有凝聚剂药剂添加执行机构，絮凝剂配制装置与浓缩机入料管道之间串接有絮凝剂药剂添加执行机构；所述现场控制柜分别与第一浓度计、第二浓度计、浓度传感器、流量计以及凝聚剂药剂添加执行机构和絮凝剂药剂添加执行机构通讯。

进一步的，所述凝聚剂药剂添加执行机构和絮凝剂药剂添加执行机构均选用隔膜泵。

进一步的，还包括与现场控制柜通过以太网进行通讯的调度室上位机；所述现场控制柜设有触摸屏。

进一步的，所述现场控制柜采用罗克韦尔1400系列PLC；流量计采用电磁流量计；第一浓度计采用超声波浓度传感器，第二浓度计采用压差式浓度传感器。

基于上述存在的问题以及需要达到的目的，本发明一种浓缩机药剂自动添加系统主要包括硬件平台搭建以及控制系统设计，本发明所采用的硬件平台主要包括：罗克韦尔1400系列PLC作为现场控制柜，在浓缩机入料管道上安装流量计和浓度传感器测量入料量和浓度，在浓缩机溢流水池处安装第一浓度计实时测量浓缩机溢流浓度，在浓缩机底流泵出口处安装第二浓度计实时测量浓缩机底流浓度，药剂添加执行机构选用蠕动泵，配制好的药剂由蠕动泵通过药剂管输送至煤泥水管道。在药剂自动添加系统现场安装有就地控制箱（即PLC），现场操作人员通过就地箱上的触摸屏对系统进行监控，通过以太网通讯与调度室上位机进行通讯。

上述的浓缩机自动加药系统中，浓缩机溢流浓度传感器（第一浓度计）选用超声波浓度传感器，浓缩机底流浓度传感器（第二浓度计）选用压差式浓度传感器，安装在浓缩机底流泵出口处的垂直管道上，浓缩机总入料管道上流量计为电磁流量计，通过HART通讯协议可测得煤泥水总入料的瞬时流量和累计流量，煤泥水浓度采用压差式浓度计进行测量。药剂添加知行机构选用蠕动泵，具有以下优点：首先输送的药剂不与泵体接触，避免了药剂对泵体的腐蚀，其次电机自带4-20Ma模拟量控制功能，能够通过调节电机转速从而控制泵的流量即加药量，不需要变频器进行驱动，同时其泵体清洗、拆卸简单快捷方便，因此非常适用于凝聚剂和絮凝剂的药剂添加。

本发明所述的一种浓缩机药剂自动添加方法，采用基于案例推理的前馈+反馈智能控制方法，包括案例产生、案例检索、案例重用；①案例产生：在系统正式运行前，通过前期试验和现场观察，总结出大量的案例组成案例库；每个案例均包括浓缩机入料浓度、入料量流量、吨煤泥药耗、浓缩机底流煤泥水浓度以及浓缩机溢流浓度；②案例检索和案例重用，在系统正式运行过程中通过浓度传感器和流量计对入料浓度和入料量流量进行实时检测，同时结合控制系统目标值，对当前工况案例特征进行描述，然后采用最近相邻法（KNN）计算当前案例与案例库中案例的相似度，若和案例库中的一个案例匹配的相似度在设定的阈值范围内，则现场控制柜根据该案例库中的案例控制凝聚剂药剂添加执行机构和絮凝剂药剂添加执行机构分别输出凝聚剂药剂和絮凝剂药剂的添加量，也即吨煤泥药耗。

进一步的，在②案例检索和案例重用若在案例库中有n个案例匹配的相似度在设定的阈值范围内，则输出结果取其加权平均值。

进一步的，基于案例推理的前馈+反馈智能控制方法还包括案例修正和案例存储；③案例修正，案例修正是通过浓缩机溢流浓度和浓缩机底流煤泥水浓度检测值对案例进行校正；设浓缩机溢流浓度和浓缩机底流煤泥水浓度目标范围分别为Amin≤A≤AMAX、Bmin≤B≤BMAX，由于浓缩机的药剂添加存在大的滞后，凝聚剂和絮凝剂药剂添加进去后需要一定的时间T才会产生效果，因而系统利用时间T之后第一浓度计和第二浓度计采集到的实时的浓缩机溢流浓度值和浓缩机底流煤泥水浓度值与目标值进行对比，若实时值在目标值范围内则不需要进行案例修正，则此案例可直接转入案例存储，若测得的值偏离了目标值的范围，则需要对目标值进行修正，直到目标值进入工艺要求目标范围内；④案例存储，案例存储的过程即是对案例库的补充和优化的过程，当设定的案例满足工艺要求时，则被添加到案例库，同时，经过修正后的案例则重新被添加至案例库中。

本发明浓缩机药剂自动添加系统采用前馈+反馈的控制策略，其中反馈控制为闭环控制，通过对浓缩机溢流和底流煤泥水浓度的实时监测，对凝聚剂和絮凝剂的药剂添加量进行调整，前馈控制主要采用基于案例推理的智能控制策略，通过对浓缩机入料浓度和入料流量的实时检测，然后通过与案例库中的案例进行相似度对比，匹配出最佳的案例组合，进而得到相应的药剂量。

本发明所述浓缩机药剂自动添加系统控制结构为四层网络结构：管理层、监控层、控制层和设备层，其中管理层主要包括上位工控机（调度室上位机），与PLC通过以太网进行通讯，用于实现数据库的保存以及现场数据的远程显示包括各个传感器信息以及加药泵的运行状况，同时调度室工作人员可在调度室对现场系统进行实时监控；监控层主要是安装在现场控制柜上的触摸屏，传感器信息在触摸屏上显示出来，也可以在现场通过操作触摸屏完成药剂的添加；控制层主要包括现场控制柜里面的PLC控制器、信号采集和输出模块以及各种元器件，主要完成对现场各种信号的采集和控制；设备层包括各个传感器以及动作执行机构，主要有：浓度传感器、流量计以及隔膜泵等。

本发明浓缩机药剂自动添加系统主要具有以下优点：

1、选用了压差式浓度计和超声波浓度计分别测量浓缩机底流和溢流的浓度，相较于以前的光电式浊度仪，更加的稳定可靠，同时能够保证测量精确度；

2、药剂添加执行机构选用蠕动泵，相较于隔膜泵以及螺杆泵，蠕动泵更适合于进行凝聚剂和絮凝剂的添加，药剂不与泵体直接接触，同时电机自带4-20mA控制器，无需变频器驱动，结构简单，维护方便；

3、采用基于案例推理的前馈+反馈控制策略，既能通过实时监测到的浓缩机入料浓度和流量信号提前对药剂量进行修改和优化，同时对浓缩机溢流和底流浓度信号进行合理利用，避免了由于反馈信号滞后带来的系统失稳。

附图说明

图1是本发明浓缩机药剂自动添加系统的组成结构示意图。

图2是本发明浓缩机药剂自动添加系统控制结构示意图。

1-浓缩机溢流水池，2-第一浓度计，3-浓缩机，4-浓缩机入料管道，5-浓度传感器，6-流量计，7-现场控制柜，8-触摸屏，9-调度室上位机，10-絮凝剂配制装置，11-凝聚剂药剂配制装置，12-凝聚剂药剂添加执行机构，13-絮凝剂药剂添加执行机构，14-浓缩机底流泵出口管道，15-第二浓度计。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行说明。

实施本发明所提供的一种浓缩机药剂自动添加系统，其具体实施方式包括：传感器检测部分，凝聚剂和絮凝剂添加部分，控制系统部分。

传感器检测部分检测的量包括浓缩机入料流量，采用电磁流量计测量；入料浓度，采用压差式浓度计进行测量；浓缩机溢流浓度，采用超声波浓度计进行测量；浓缩机底流煤泥水浓度，采用压差式浓度计进行测量。

凝聚剂和絮凝剂添加执行部分均包括截止阀和蠕动泵，一共包括两个加药点，在浓缩机入料管道上先进行凝聚剂的添加，然后再进行絮凝剂的添加，两个加药点的距离依据煤泥水沉降试验而定。

控制系统部分主要包括现场控制柜，调度室上位机。

本发明浓缩机药剂自动添加系统的工作方式为：系统通过PLC实时采集浓缩机入料浓度和入料流量，然后和案例库中的案例进行匹配，如果相似度在设定的阈值之内，则该案例适用，若有n个案例的匹配度都在设定的阈值范围内，则输出值为n个案例输出值和相似度的加权平均值，药剂量确定之后，通过PLC输出4-20mA模拟量信号控制蠕动泵进行药剂添加，经过一定时间T（药剂作用时间，需根据现场情况确定）后，将测量得到的浓缩机溢流和底流浓度作为反馈信号与系统要求的溢流和底流浓度控制目标值进行对比，如果在目标值范围内，则不对输出值进行校正，若不在目标值范围内，则对原先的案例进行修改，直到目标值进入范围之内，然后再将现在这种工况添加到案例库中，以便下次自动匹配使用。

Claims (3)

1.一种浓缩机药剂自动添加方法，采用一种浓缩机药剂自动添加系统实现，该系统包括凝聚剂药剂配制装置（11）、絮凝剂配制装置（10）、现场控制柜（7）以及现场传感器；所述现场传感器包括安装在浓缩机入料管道（4）上的浓度传感器（5）和流量计（6），安装在浓缩机溢流水池（1）管道上的测量浓缩机溢流浓度的第一浓度计（2），安装在浓缩机底流泵出口管道（14）上的测量浓缩机底流煤泥水浓度的第二浓度计（15）；所述凝聚剂药剂配制装置（11）和絮凝剂配制装置（10）均与浓缩机入料管道（4）连接，凝聚剂药剂配制装置（11）与浓缩机入料管道（4）之间串接有凝聚剂药剂添加执行机构（12），絮凝剂配制装置（10）与浓缩机入料管道（4）之间串接有絮凝剂药剂添加执行机构（13）；所述现场控制柜（7）分别与第一浓度计（2）、第二浓度计（15）、浓度传感器（5）、流量计（6）以及凝聚剂药剂添加执行机构（12）和絮凝剂药剂添加执行机构（13）通讯；所述凝聚剂药剂添加执行机构（12）和絮凝剂药剂添加执行机构（13）均选用隔膜泵；还包括与现场控制柜（7）通过以太网进行通讯的调度室上位机（9）；所述现场控制柜（7）设有触摸屏（8）；

其特征在于，所述浓缩机药剂自动添加方法采用基于案例推理的前馈+反馈智能控制方法，包括案例产生、案例检索、案例重用；①案例产生：在系统正式运行前，通过前期试验和现场观察，总结出大量的案例组成案例库；每个案例均包括浓缩机入料浓度、入料量流量、吨煤泥药耗、浓缩机底流煤泥水浓度以及浓缩机溢流浓度；②案例检索和案例重用，在系统正式运行过程中通过浓度传感器（5）和流量计（6）对入料浓度和入料量流量进行实时检测，同时结合控制系统目标值，对当前工况案例特征进行描述，然后采用最近相邻法计算当前案例与案例库中案例的相似度，若和案例库中的一个案例匹配的相似度在设定的阈值范围内，则现场控制柜根据该案例库中的案例控制凝聚剂药剂添加执行机构（12）和絮凝剂药剂添加执行机构（13）分别输出凝聚剂药剂和絮凝剂药剂的添加量，也即吨煤泥药耗。

2.如权利要求1所述的一种浓缩机药剂自动添加方法，其特征在于，在②案例检索和案例重用中，若在案例库中有n个案例匹配的相似度在设定的阈值范围内，则输出结果取其加权平均值。

3.如权利要求1或2所述的一种浓缩机药剂自动添加方法，其特征在于，基于案例推理的前馈+反馈智能控制方法还包括案例修正和案例存储；③案例修正，案例修正是通过浓缩机溢流浓度和浓缩机底流煤泥水浓度检测值对案例进行校正；设浓缩机溢流浓度和浓缩机底流煤泥水浓度目标范围分别为Amin≤A≤AMAX、Bmin≤B≤BMAX，由于浓缩机的药剂添加存在大的滞后，凝聚剂和絮凝剂药剂添加进去后需要一定的时间T才会产生效果，因而系统利用时间T之后第一浓度计（2）和第二浓度计（15）采集到的实时的浓缩机溢流浓度值和浓缩机底流煤泥水浓度值与目标值进行对比，若实时值在目标值范围内则不需要进行案例修正，则此案例直接转入案例存储，若测得的值偏离了目标值的范围，则需要对目标值进行修正，直到目标值进入工艺要求目标范围内；④案例存储，案例存储的过程即是对案例库的补充和优化的过程，当设定的案例满足工艺要求时，则被添加到案例库，同时，经过修正后的案例则重新被添加至案例库中。