CN113617516A - 一种选煤厂重介密度控制装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于重介质选煤技术领域，具体涉及一种选煤厂重介密度控制装置及使用方法，本装置包括控制台、PLC控制器、重介浅槽分选组件和执行组件，重介浅槽分选组件包括原煤分级筛、块浅槽分选机、末煤处理环节、合格介质桶、合格介质泵、稀介质桶、块精煤固定脱介筛、精煤脱介筛、矸石脱介筛、重介磁选机、浓介质桶以及浓介质泵；分流装置包括主分流管路、安全蝶阀、次分流管路、辅助分流管路、辅助蝶阀以及分流阀；密度测量装置包括流量调节阀、密度泵、密度计安装管路以及密度计。本装置和方法实现合格介质桶悬浮液密度和液位的自动控制，解决人工手动控制悬浮液密度精确度低、滞后性大等问题，且本装置结构简单，工作寿命长，有较强的适应性。
Description
技术领域
本发明属于重介质选煤技术领域，具体涉及一种选煤厂重介密度控制装置及使用方法。
背景技术
煤炭资源作为一次能源，在我国现代化工业发展的进程中发挥着重要的作用，也是我国国民经济的重要支柱。我国煤炭资源储量的80％分布在华北和西北地区，70％消耗在华东以及东南沿海地区，大部分煤炭资源需要长途运输，而我国煤炭资源的显著特点是：难选煤多、高硫煤多，原煤中含有大量的矸石等杂质，未经洗选直接运输不仅会造成极大的人力、物力浪费，还会造成严重的环境污染，违背绿色发展理念。同时，现代工业部门对煤炭的质量要求也各不相同，例如：钢铁工业需要低灰、低硫和具有黏结性的炼焦精煤，而化工用煤又对煤炭的碳含量有较高要求，煤炭质量不达标不但会影响企业的效益，同时还会造成资源浪费。所以为了提高资源利用率，减少环境污染，增加经济效益，需要进行选煤。重介质选煤工艺具有分选效率高、分选粒度范围宽、设备简单且易于实现自动控制等优点，是目前我国应用最广泛的选煤技术。在我国各物理洗选煤工艺的应用中，重介质法选煤量在行业中占比超过60％，其中重介质浅槽分选法是利用重力，将加入重介质悬浮液中的原煤按密度差异进行分层并分离的选煤工艺，主要用于原煤排矸和块煤选矸。在重介质选煤工艺过程中，重介质悬浮液密度的稳定性会直接影响精煤的品质，当重介质悬浮液密度高于设定值时，精煤产品灰分偏高，质量不合格；当悬浮液密度低于设定值时，精煤灰分低，但产量下降，影响选煤厂的经济效益。在重介分选过程中，由于重介质会附着在精煤和矸石表面而流失，磁选回收环节也有少量随煤泥流失，会导致重介质悬浮液密度出现波动，且由于原煤性质不同或对精煤产品灰分要求的不同，需要对重介质悬浮液密度进行控制。
从我国现阶段各选煤厂的实际生产情况来看，大部分选煤厂采用了PID算法控制补水阀开度的方式来实现重介密度控制，而分流过程仍需要人工靠经验手动完成，存在控制精度低、滞后性等问题。而且在多数重介密度控制系统中，差压式密度计安装在合格介质桶上升管路上，与重介质悬浮液直接接触并发生磨损，寿命低且维修不便；分流箱结构简单，重介质悬浮液混入煤块时易发生堵塞，需要停机检修，影响选煤厂经济效益。同时，大多数选煤厂仅实现了对密度的自动控制，而合格介质桶液位却不进行控制，在发生液位超限时，易造成资源浪费、污染生产环境，液位过低时，会导致供液补足，对洗选效果产生影响。
发明内容
本发明提供一种选煤厂重介密度控制装置，实现了对重介浅槽分选过程中合格介质桶悬浮液密度和液位的自动控制，解决了传统人工手动控制悬浮液密度精确度低、滞后性大等问题，且本控制装置结构简单，工作寿命长，有较强的适应性，可有效提高选煤厂经济效益。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种选煤厂重介密度控制装置，包括控制台、PLC控制器、重介浅槽分选组件和执行组件，其中：
所述控制台与所述PLC控制器之间采用网络连接，所述PLC控制器与所述执行组件通过导线连接；
所述重介浅槽分选组件包括原煤分级筛、块浅槽分选机、末煤处理环节、合格介质桶、合格介质泵、稀介质桶、块精煤固定脱介筛、精煤脱介筛、矸石脱介筛、重介磁选机、浓介质桶以及浓介质泵；
所述原煤分级筛进料分级后一端与所述块浅槽分选机连接，另一端与所述末煤处理环节连接；所述块浅槽分选机进口端与所述合格介质桶连接，所述合格介质泵设置于所述块浅槽分选机与所述合格介质桶之间；
所述块浅槽分选机具有两个出口端，其一个出口端与所述稀介质桶连接，所述块浅槽分选机与所述稀介质桶之间设置有所述块精煤固定脱介筛、所述精煤脱介筛；另一个出口端与所述合格介质桶连接，所述块浅槽分选机与所述合格介质桶之间设置有所述矸石脱介筛；
所述精煤脱介筛包括第一出口端和第二出口端，所述矸石脱介筛包括第三出口端和第四出口端，所述第一出口端与所述稀介质桶连接，所述第三出口端与所述合格介质桶连接，所述第二出口端与所述第三出口端连接，所述第四出口端与所述第一出口端连接；
所述重介磁选机进口端与所述稀介质桶连接，所述重介磁选机出口端与所述浓介质桶连接；
所述浓介质泵设置于所述浓介质桶与所述合格介质桶之间；
所述执行组件包括分流装置、加水调节阀、液位传感器、液位控制装置以及密度测量装置；
所述分流装置进口端与所述块精煤固定脱介筛出口端连接，所述分流装置两个出口端分别连接所述合格介质桶与所述稀介质桶；
所述加水调节阀与所述合格介质桶连接；所述液位传感器安装在所述合格介质桶上；
所述液位控制装置进口端与所述合格介质桶连接，所述液位控制装置出口端与所述浓介质桶连接；
所述密度测量装置进口端与所述合格介质桶出口端连接，所述密度测量装置出口端与所述合格介质桶进口端连接。
作为本发明的进一步优选，所述分流装置包括主分流管路、安全蝶阀、次分流管路、辅助分流管路、辅助蝶阀以及分流阀，所述主分流管路与所述块精煤固定脱介筛连接的一端安装所述安全蝶阀，所述主分流管路远离所述安全蝶阀的一端与所述合格介质桶连接；所述次分流管路一端与所述块精煤固定脱介筛出口端的连接管路连接，所述次分流管路另一端与连接所述稀介质桶的管道连接；所述辅助分流管路并联在与所述主分流管路上并联，同时所述辅助分流管路与所述主分流管路连接；所述辅助蝶阀安装在所述辅助分流管路上，所述分流阀安装在所述主分流管路上。
作为本发明的进一步优选，所述密度测量装置包括流量调节阀、密度泵、密度计安装管路以及密度计，所述流量调节阀安装在所述合格介质桶的输出管道上，所述密度泵的输入端与所述流量调节阀连接，所述密度泵输出端与所述密度计安装管路连接，所述密度计安装管路出口管路通向所述合格介质桶，若干所述密度计安装在所述密度计安装管路上。
作为本发明的进一步优选，还包括侧管路，所述密度计安装管路上焊接有至少两个所述侧管路，且所述侧管路管口朝上，所述侧管路末端设置有法兰盘，所述密度计安装在所述法兰盘上，各所述侧管路上的所述法兰盘在竖直方向上中心距离为固定值。
作为本发明的进一步优选，所述密度计选用差压式在线密度计，差压式在线密度计包括两个压力传感器和一个压力变送器，两个压力传感器安装在所述侧管路末端的所述法兰盘上；所述压力变送器与所述PLC控制器通过导线连接。
作为本发明的进一步优选，所述分流阀、所述加水调节阀、所述密度计通过导线分别与所述PLC控制器连接，所述合格介质桶密度控制采用模糊PID算法进行控制，所述浓介质泵流量和所述加水调节阀开度均视为阶跃扰动，所述分流阀为所述合格介质桶密度控制的执行构件。
作为本发明的进一步优选，所述液位控制装置包括液位泵和液位控制阀，所述液位泵进口端与所述合格介质桶连接，所述液位泵出口端连接所述浓介质桶，所述液位控制阀安装在所述液位泵与所述浓介质桶之间的连接管路上。
作为本发明的进一步优选，所述液位传感器和所述液位控制阀通过导线与所述PLC控制器连接，所述合格介质桶液位控制采用PID算法进行控制，以所述液位传感器输出测量值为输入信号，所述液位控制阀开度为输出信号，所述液位控制阀为所述合格介质桶液位控制的执行构件。
作为本发明的进一步优选，所述液位控制阀满开度大于所述分流阀满开度。
还提供了一种选煤厂重介密度控制装置的使用方法，具体步骤如下：
步骤S1、原煤加入所述原煤分级筛后筛分为块原煤和末煤，块原煤进入所述块浅槽分选机内进行分选；
步骤S2、所述块浅槽分选机利用重力，将加入重介质悬浮液中的块原煤按密度差异进行分层并分离，煤上浮，矸石下沉；
步骤S3、所述块浅槽分选机分选后得到掺杂重介质悬浮液的所述块精煤和所述块矸石，所述块精煤先后进入所述块精煤固定脱介筛和所述精煤脱介筛进行脱介处理，所述块矸石进入所述矸石脱介筛进行脱介处理；
步骤S4、所述块精煤固定脱介筛脱离出的悬浮液经所述分流装置分流至所述合格介质桶和所述稀介质桶内，而所述精煤脱介筛和所述矸石脱介筛脱离的悬浮液全部进入所述合格介质桶；
步骤S5、在上述步骤1至4运行中，所述合格介质桶密度控制采用模糊PID算法进行控制，模糊PID算法由模糊推理模块和PID控制模块组成，控制过程如下：
S5-1、设定所述合格介质桶内重介质悬浮液的预设密度值ρ0，所述密度计对所述合格介质桶内重介质悬浮液密度进行测量并输出至所述PLC控制器，所述PLC控制器计算所述合格介质桶内重介质悬浮液实时密度ρn、密度偏差e以及偏差变化率ec；
其中，e＝ρn-ρ0；
S5-2、模糊推理模块以密度偏差e和密度偏差变化率ec为输入，经输入量模糊化、根据模糊规则进行推理判断和解模糊三个过程后输出PID控制器三参数调整量ΔKp、ΔKi、ΔKd；
S5-3、PID控制模块以密度偏差e为输入，控制参数分别为Kp＝Kp’+ΔKp、Ki＝Ki’+ΔKi、Kd＝Kd’+ΔKd，其中Kp’、Ki’、Kd’为初始控制参数，所述浓介质泵流量和所述加水调节阀开度均视为阶跃扰动，PID控制模块输出所述分流阀开度信号并控制所述分流阀的开度，通过调整所述合格介质桶的分流量，实现对所述合格介质桶密度的自动控制。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过设置分流装置，实现在有效分流的情况下，避免重介质悬浮液混入块煤堵塞时损毁设备，提升了分流装置的安全性，同时在分流阀因工作环境恶劣或长时间工作而失效时，可通过人工手动控制辅助蝶阀进行分流操作，避免了停机停产造成经济损失；
2、本发明设置密度测量装置，将密度计安装在与合格介质桶连接的密度计安装管路上，使得密度测量装置可以实时进行密度调节，此优于现有技术中发生在密度调节之后的方式，提升了密度控制的实时性；
3、本发明通过在密度计安装管路上焊接侧管路，并将密度计安装在侧管路端部，使介质流经过侧管路时在侧管路内形成气体隔腔A，避免了密度计测量装置与介质流的直接接触，从而降低了磨损，提升了使用寿命；
4、本发明实现了对重介浅槽分选过程中对合格介质桶内悬浮液密度控制的同时，实现了对合格介质桶内悬浮液液位的自动控制，避免了重介悬浮液密度控制过程中液位超限造成资源浪费、污染生产环境，以及液位过低导致供液补足，对洗选效果产生影响的情况；
5、本发明采用模糊PID算法实现了对合格介质桶悬浮液密度的自动控制，可在工作过程中实时的对PID控制三参数在线调整，具有更高的控制精度，对不同煤质的适应性较强。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明中执行组件与重介浅槽分选组件的连接关系示意图；
图2为发明整体结构连接关系简单示意图；
图3为发明的分流装置结构示意图；
图4为发明的密度测量装置结构示意图；
图5为发明的液位控制装置结构示意图；
图6为发明的密度控制原理图；
图7为发明的模糊输入量e、ec隶属度函数曲线图；
图8为发明的ΔKp、ΔKi、ΔKd模糊控制规则表。
图中：1、块浅槽分选机；2、块精煤；3、块矸石；4、块精煤固定脱介筛；5、精煤脱介筛；6、分流装置；6-1、分流阀；6-2、安全蝶阀；6-3、辅助蝶阀；6-4、主分流管路；6-5、辅助分流管路；6-6、次分流管路；7、重介磁选机；8、稀介质桶；9、加水调节阀；10、密度测量装置；10-1、密度计；10-2、密度泵；10-3、流量调节阀；10-4、密度计安装管路；10-5、侧管路；11、合格介质桶；12、液位传感器；13、浓介质泵；14、液位控制装置；14-1、液位控制阀；14-2、液位泵；15、浓介质桶；16、合格介质泵；17、矸石脱介筛；18、末煤处理环节；19、原煤分级筛；20、控制台；21、PLC控制器；22、执行组件；23、第一出口端；24、第二出口端；25、第三出口端；26、第四出口端。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
现有技术中，大部分采用PID算法控制补水阀开度的方式来实现重介密度控制，而分流过程仍需要人工靠经验手动完成，存在控制精度低、滞后性等问题。而且在多数重介密度控制系统中，差压式密度计10-1与重介质悬浮液直接接触并发生磨损，寿命低且维修不便；分流箱结构简单，重介质悬浮液混入煤块时易发生堵塞，需要停机检修，影响选煤厂经济效益。同时，现有技术中实现了对密度的自动控制，而合格介质桶11液位却不进行控制，在发生液位超限时，易造成资源浪费、污染生产环境，液位过低时，会导致供液补足，对洗选效果产生影响。为解决上述问题，提供了以下优选实施方案，具体如下：
实施例1
本实施例提供了一种优选实施方案，如图1至图8所示，一种选煤厂重介密度控制装置，包括控制台20、PLC控制器21、重介浅槽分选组件和执行组件22，其中：重介浅槽分选组件包括原煤分级筛19、块浅槽分选机1、末煤处理环节18、合格介质桶11、合格介质泵16、稀介质桶8、块精煤固定脱介筛4、精煤脱介筛5、矸石脱介筛17、重介磁选机7、浓介质桶15以及浓介质泵13；分流装置6包括主分流管路6-4、安全蝶阀6-2、次分流管路6-6、辅助分流管路6-5、辅助蝶阀6-3以及分流阀6-1；密度测量装置10包括流量调节阀10-3、密度泵10-2、密度计安装管路10-4以及密度计10-1。
上述控制台20与PLC控制器21之间采用网络连接，PLC控制器21与执行组件22通过导线连接；控制台20发送指令至PLC控制器21，然后由PLC控制器21去控制执行组件22中对应的装置实施指令。
上述原煤分级筛19具有两个出口端，原煤分级筛19进料分级后一个出口端通向块浅槽分选机1，另一个出口端通向末煤处理环节18。上述合格介质桶11具有三个出口端，合格介质桶11一个出口端通向块浅槽分选机1进口端，合格介质泵16设置于块浅槽分选机1与合格介质桶11之间的连接管路上。合格介质桶11一个出口端通向浓介质桶15进口端，合格介质桶11一个出口端通向密度测量装置10。
上述块浅槽分选机1具有两个出口端，块浅槽分选机1分选后得掺杂重介质悬浮液的块精煤2和块矸石3，块浅槽分选机1一个出口端通向稀介质桶8，块浅槽分选机1与稀介质桶8之间设置有块精煤固定脱介筛4、精煤脱介筛5；块浅槽分选机1另一个出口端通向合格介质桶11，块浅槽分选机1与合格介质桶11之间连接管路上设置有矸石脱介筛17。块精煤2先后进入块精煤固定脱介筛4、精煤脱介筛5进行脱介处理，块矸石3进入矸石脱介筛17进行脱介处理。
上述精煤脱介筛5包括第一出口端23和第二出口端24，矸石脱介筛17包括第三出口端25和第四出口端26，第一出口端23通过管路通向稀介质桶8，第三出口端25通过管路通向合格介质桶11，第二出口端24通向第三出口端25与合格介质桶11之间的连接管路，第四出口端26通过管路通向第一出口端23。
上述重介磁选机7出口端通过管路通向浓介质桶15，稀介质桶8出口端通过管路通向重介磁选机7进口端。上述浓介质泵13出口端通过管路通向合格介质桶11，浓介质桶15出口端通过管路通向浓介质泵13进口端。
上述执行组件22包括分流装置6、加水调节阀9、液位传感器12、液位控制装置14以及密度测量装置10。块精煤固定脱介筛4出口端通过管路通向分流装置6进口端，分流装置6具有两个出口端，分流装置6的两个出口端分别通向合格介质桶11与稀介质桶8。上述加水调节阀9输出端通向合格介质桶11；液位传感器12安装在合格介质桶11上，用于实时监测合格介质桶11内的液位。合格介质桶11与浓介质桶15进口端之间的管路上安装有液位控制装置14，上述液位控制装置14出口端通向浓介质桶15。上述密度测量装置10出口端通向合格介质桶11。
上述分流装置6包括主分流管路6-4、安全蝶阀6-2、次分流管路6-6、辅助分流管路6-5、辅助蝶阀6-3以及分流阀6-1，在主分流管路6-4与块精煤固定脱介筛4出口端连接管路的连接处安装安全蝶阀6-2，主分流管路6-4远离安全蝶阀6-2的一端与合格介质桶11连接；在重介质悬浮液混入块煤导致主分流管路6-4堵塞的情况下，由人工关闭安全蝶阀6-2，将重介质全部分流至稀介质桶8内，同时拆卸主分流管道6-4进行疏通，避免了重介质悬浮液混入块煤导致分流环节堵塞时设备损毁，提升了分流装置6的安全性、可靠性。次分流管路6-6一端与块精煤固定脱介筛4出口端连接管路连接，次分流管路6-6另一端与连接稀介质桶8的管路连接。辅助分流管路6-5并联在主分流管路6-4上，辅助蝶阀6-3安装在辅助分流管路6-5上，分流阀6-1安装在主分流管路6-4上，在分流阀6-1因工作环境恶劣或长时间工作而失效的情况下，可在分流阀6-1因工作环境恶劣或长时间工作而失效的情况下，由人工手动控制辅助蝶阀6-3进行分流操作，避免了停机停产造成经济损失，提升了选煤厂的经济效益。分流阀6-1与PLC控制器21通过导线连接，PLC控制器21以密度计10-1测量值为输入信号，以分流阀6-1开度为输出信号控制分流阀6-1动作实现对密度的实时控制，相较于传统由人工控制分流箱开度的密度控制方法，控制精度更高，实时性更好，同时也改善了工人的劳动强度。
上述密度测量装置10包括流量调节阀10-3、密度泵10-2、密度计安装管路10-4以及密度计10-1，流量调节阀10-3安装在合格介质桶11的输出管路上，密度泵10-2的输入端与流量调节阀10-3连接，密度泵10-2输出端与密度计安装管路10-4连接，密度计安装管路10-4出口管路通向合格介质桶11，若干密度计10-1安装在密度计安装管路10-4上，优选地，密度计10-1设置个数为两个。本实施方案还包括侧管路10-5，密度计安装管路10-4上焊接有若干侧管路10-5，且若干侧管路10-5管口朝上，优选地，侧管路10-5设置个数为两个。侧管路10-5末端设置有法兰盘，密度计10-1安装在法兰盘上，各侧管路10-5上的法兰盘在竖直方向上中心距离为固定值。可通过调节流量调节阀10-3开度，以控制密度测量装置10内重介质悬浮液流速，适度限制了重介质悬浮液流对密度计10-1的冲击，降低磨损，提升密度计10-1的使用寿命。
上述密度计10-1与PLC控制器21和控制台20分别连接。分流阀6-1、加水调节阀9、密度计10-1通过导线分别与PLC控制器21连接，合格介质桶11密度控制采用模糊PID算法进行控制，主要由模糊推理模块和PID控制模块组成，模糊推理模块度偏差e和密度偏差变化率ec为输入，经输入量模糊化、根据模糊规则进行推理判断和解模糊三个过程后分别输出PID控制器三参数调整量ΔKp、ΔKi、ΔKd，PID控制模块以密度偏差e为输入，控制参数分别为Kp＝Kp’+ΔKp、Ki＝Ki’+ΔKi、Kd＝Kd’+ΔKd，其中Kp’、Ki’、Kd’为初始控制参数，浓介质泵13流量和加水调节阀9开度均视为阶跃扰动，PID控制模块输出分流阀6-1开度信号并控制分流阀6-1的开度，通过调整合格介质桶11的分流量，实现对合格介质桶11密度的自动控制。通过改变分流阀6-1开度，调节向稀介质桶8的分流量来控制密度，控制原则为：合格介质桶11内悬浮液密度一旦降低，减小分流阀6-1开度，增大分流量，使更多密度过低的不合格的重介质悬浮液经稀介质桶8进入重介磁选机7回收净化后返回浓介质桶15，进行介质浓缩；反之密度一旦升高，增大分流阀6-1开度，减小分流量。
本实施方案将密度计10-1安装在与合格介质桶11连接的密度计安装管路10-4上，使密度测量装置10可以实时进行密度调节，此优于现有技术中密度测量发生在密度调节之后的方式，提升了密度控制的实时性。流量调节阀10-3安装在合格介质桶11壁上的输出管道上，可通过手动调节流量调节阀10-3的开度控制密度测量装置10内重介质悬浮液的流速，降低重介质悬浮液对密度及的冲击，使密度测量误差小，更稳定。
上述密度计10-1选用差压式在线密度计，安装形式为法兰式，差压式在线密度计主要由两个压力传感器和压力变送器组成；密度计安装管路10-4出口管路通向合格介质桶11，密度计安装管路10-4上焊接有两个与密度计安装管路10-4管壁成一定角度的侧管路10-5，且侧管路10-5管口朝上，差压式在线密度计的两压力传感器分别安装在两侧管路10-5末端的法兰盘上，当重介质悬浮液流经侧管路10-5时，会在侧管路10-5内形成气体隔腔A(见附图4)，避免了传统安装方式存在重介质悬浮液流对压力传感器冲刷磨损的现象，提升了密度计10-1的使用寿命；
两侧管路10-5上的法兰盘在竖直方向上中心距离L(见附图4)为固定值，根据静压力基本方程P＝ρgh，由测得的密度差ΔP和竖直方向上的中心距离Δh，计算可得重介质悬浮液密度ρ。
上述液位控制装置14包括液位泵14-2和液位控制阀14-1，液位泵14-2进口端与合格介质桶11连接，液位泵14-2出口端连接浓介质桶15，液位控制阀14-1安装在液位泵14-2与浓介质桶15之间的连接管路上。
上述液位传感器12和液位控制阀14-1通过导线分别与PLC控制器21连接，合格介质桶11液位控制采用PID算法进行控制，以液位传感器12输出测量值为输入信号，液位控制阀14-1开度为输出信号，液位控制阀14-1为合格介质桶11液位控制的执行构件。在对重介浅槽分选过程中合格介质桶11悬浮液密度控制的同时，实现了合格介质桶11悬浮液液位的自动控制。液位控制阀14-1满开度应大于分流阀6-1满开度，以保证在分流阀6-1满开度的极端情况下，仍能实现对液位的有效控制。
本实施方案还提供了一种选煤厂重介密度控制装置的使用方法，具体步骤如下：
步骤S1、原煤加入原煤分级筛19后筛分为块原煤和末煤，块原煤进入所述块浅槽分选机1内进行分选；
步骤S2、块浅槽分选机1利用重力，将加入重介质悬浮液中的块原煤按密度差异进行分层并分离，煤上浮，矸石下沉；
步骤S3、块浅槽分选机1分选后得到掺杂重介质悬浮液的块精煤2和块矸石3，块精煤2先后进入块精煤固定脱介筛4和精煤脱介筛5进行脱介处理，块矸石3进入矸石脱介筛17进行脱介处理；
步骤S4、块精煤固定脱介筛4脱离出的悬浮液经分流装置6分流至合格介质桶11和稀介质桶8内，而精煤脱介筛5和矸石脱介筛17脱离的悬浮液全部进入合格介质桶11；
步骤S5、在上述步骤1至4运行中，合格介质桶11密度控制采用模糊PID算法进行控制，模糊PID算法由模糊推理模块和PID控制模块组成，控制过程如下：
S5-1、设定合格介质桶11内重介质悬浮液的预设密度值ρ0，密度计10-1对合格介质桶11内重介质悬浮液密度进行测量并输出至PLC控制器21，PLC控制器21计算合格介质桶11内重介质悬浮液实时密度ρn、密度偏差e以及偏差变化率ec；
其中，e＝ρn-ρ0；
S5-2、模糊推理模块以密度偏差e和密度偏差变化率ec为输入，经输入量模糊化、根据模糊规则进行推理判断和解模糊三个过程后输出PID控制器三参数调整量ΔKp、ΔKi、ΔKd；
在重介质选煤实际生产过程中，要求进入块浅槽分选机的重介质悬浮液密度波动需小于±0.1g/cm3，取密度偏差e、密度偏差变化率ec的基本论域为[-0.1，0.1]、[-0.015，+0.015]，输出量ΔKp、ΔKi、ΔKd的基本论域根据实际工况调试选取。输入量e、ec和输出量ΔKp、ΔKi、ΔKd的模糊论域均选取[-3，3]，则输入量化因子分别为30、200，输出比例因子(模糊控制里输入基本论域转化为模糊论域的一个比值)由实际值计算选取。输入、输出模糊子集均选取{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，分别对应负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。选取计算简单且具有一定鲁棒性的三角隶属函数法将输入量e、ec模糊化，隶属度函数曲线如图7所示。ΔKp、ΔKi、ΔKd的模糊控制规则表如图8所示。根据模糊控制规则，采用重心法分别解模糊并乘以对应的比例因子后输出PID控制器三参数调整量ΔKp、ΔKi、ΔKd。
S5-3、PID控制模块以密度偏差e为输入，控制参数分别为Kp＝Kp’+ΔKp、Ki＝Ki’+ΔKi、Kd＝Kd’+ΔKd，其中Kp’、Ki’、Kd’为初始控制参数，浓介质泵13流量和加水调节阀9开度均视为阶跃扰动，PID控制模块输出分流阀6-1开度信号并控制分流阀6-1的开度，通过调整合格介质桶11的分流量，实现对合格介质桶11密度的自动控制。
本实施方案的有益效果如下：
1、本实施方案通过设置分流装置6，实现在有效分流的情况下，避免重介质悬浮液混入块煤堵塞时损毁设备，提升了分流装置6的安全性，同时在分流阀6-1因工作环境恶劣或长时间工作而失效时，可通过人工手动控制辅助蝶阀6-3进行分流操作，避免了停机停产造成经济损失；
2、本实施方案设置密度测量装置10，将密度计10-1安装在与合格介质桶11连接的密度计安装管路10-4上，使得密度测量装置10可以实时进行密度调节，此优于现有技术中发生在密度调节之后的方式，提升了密度控制的实时性；
3、本实施方案设置浓介质桶15和液位控制装置14，在密度控制的同时实现液位控制，避免了重介悬浮液密度控制过程中液位超限造成资源浪费、污染生产环境，以及液位过低导致供液补足，对洗选效果产生影响的情况。
4、本实施方案通过在密度计安装管路10-4上焊接侧管路10-5，并将密度计10-1安装在侧管路10-5端部，使介质流经过侧管路10-5时，在侧管路10-5内形成气体隔腔A，避免了密度计测量装置10与介质流的直接接触，从而降低了磨损，提升了使用寿命。
5、本实施方案实现了对重介浅槽分选过程中对合格介质桶11内悬浮液密度控制的同时，实现了对合格介质桶11内悬浮液液位的自动控制，避免了重介悬浮液密度控制过程中液位超限造成资源浪费、污染生产环境，以及液位过低导致供液补足，对洗选效果产生影响的情况。
6、本实施方案采用模糊PID算法实现了对合格介质桶11悬浮液密度的自动控制，可在工作过程中实时的对PID控制三参数在线调整，具有更高的控制精度，对不同媒质的适应性较强
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种选煤厂重介密度控制装置，其特征在于，包括控制台(20)、PLC控制器(21)、重介浅槽分选组件和执行组件(22)，其中：
所述控制台(20)与所述PLC控制器(21)之间采用网络连接，所述PLC控制器(21)与所述执行组件(22)通过导线连接；
所述重介浅槽分选组件包括原煤分级筛(19)、块浅槽分选机(1)、末煤处理环节(18)、合格介质桶(11)、合格介质泵(16)、稀介质桶(8)、块精煤固定脱介筛(4)、精煤脱介筛(5)、矸石脱介筛(17)、重介磁选机(7)、浓介质桶(15)以及浓介质泵(13)；
所述原煤分级筛(19)进料分级后一端与所述块浅槽分选机(1)连接，另一端与所述末煤处理环节(18)连接；所述块浅槽分选机(1)进口端与所述合格介质桶(11)连接，所述合格介质泵(16)设置于所述块浅槽分选机(1)与所述合格介质桶(11)之间；
所述块浅槽分选机(1)具有两个出口端，其一个出口端与所述稀介质桶(8)连接，所述块浅槽分选机(1)与所述稀介质桶(8)之间设置有所述块精煤固定脱介筛(4)、所述精煤脱介筛(5)；另一个出口端与所述合格介质桶(11)连接，所述块浅槽分选机(1)与所述合格介质桶(11)之间设置有所述矸石脱介筛(17)；
所述精煤脱介筛(5)包括第一出口端(23)和第二出口端(24)，所述矸石脱介筛(17)包括第三出口端(25)和第四出口端(26)，所述第一出口端(23)与所述稀介质桶(8)连接，所述第三出口端(25)与所述合格介质桶(11)连接，所述第二出口端(24)与所述第三出口端(25)连接，所述第四出口端(26)与所述第一出口端(23)连接；
所述重介磁选机(7)进口端与所述稀介质桶(8)连接，所述重介磁选机(7)出口端与所述浓介质桶(15)连接；
所述浓介质泵(13)设置于所述浓介质桶(15)与所述合格介质桶(11)之间；
所述执行组件(22)包括分流装置(6)、加水调节阀(9)、液位传感器(12)、液位控制装置(14)以及密度测量装置(10)；
所述分流装置(6)进口端与所述块精煤固定脱介筛(4)出口端连接，所述分流装置(6)两个出口端分别连接所述合格介质桶(11)与所述稀介质桶(8)；
所述加水调节阀(9)与所述合格介质桶(11)连接；所述液位传感器(12)安装在所述合格介质桶(11)上；
所述液位控制装置(14)进口端与所述合格介质桶(11)连接，所述液位控制装置(14)出口端与所述浓介质桶(15)连接；
所述密度测量装置(10)进口端与所述合格介质桶(11)出口端连接，所述密度测量装置(10)出口端与所述合格介质桶(11)进口端连接。
2.根据权利要求1所述的一种选煤厂重介密度控制装置，其特征在于：所述分流装置(6)包括主分流管路(6-4)、安全蝶阀(6-2)、次分流管路(6-6)、辅助分流管路(6-5)、辅助蝶阀(6-3)以及分流阀(6-1)，所述主分流管路(6-4)与所述块精煤固定脱介筛(4)连接的一端安装所述安全蝶阀(6-2)，所述主分流管路(6-4)远离所述安全蝶阀(6-2)的一端与所述合格介质桶(11)连接；所述次分流管路(6-6)一端与所述块精煤固定脱介筛(4)出口端的连接管路连接，所述次分流管路(6-6)另一端与连接所述稀介质桶(8)的管道连接；所述辅助分流管路(6-5)并联在与所述主分流管路(6-4)上并联，同时所述辅助分流管路(6-5)与所述主分流管路(6-4)连接；所述辅助蝶阀(6-3)安装在所述辅助分流管路(6-5)上，所述分流阀(6-1)安装在所述主分流管路(6-4)上。
3.根据权利要求2所述的一种选煤厂重介密度控制装置，其特征在于：所述密度测量装置(10)包括流量调节阀(10-3)、密度泵(10-2)、密度计安装管路(10-4)以及密度计(10-1)，所述流量调节阀(10-3)安装在所述合格介质桶(11)的输出管道上，所述密度泵(10-2)的输入端与所述流量调节阀(10-3)连接，所述密度泵(10-2)输出端与所述密度计安装管路(10-4)连接，所述密度计安装管路(10-4)出口管路通向所述合格介质桶(11)，若干所述密度计(10-1)安装在所述密度计安装管路(10-4)上。
4.根据权利要求3所述的一种选煤厂重介密度控制装置，其特征在于：还包括侧管路(10-5)，所述密度计安装管路(10-4)上焊接有至少两个所述侧管路(10-5)，且所述侧管路(10-5)管口朝上，所述侧管路(10-5)末端设置有法兰盘，各所述侧管路(10-5)上的所述法兰盘在竖直方向上中心距离为固定值。
5.根据权利要求3所述的一种选煤厂重介密度控制装置，其特征在于：所述密度计(10-1)选用差压式在线密度计，差压式在线密度计包括两个压力传感器和一个压力变送器，两个压力传感器安装在所述侧管路(10-5)末端的所述法兰盘上；所述压力变送器与所述PLC控制器(21)通过导线连接。
6.根据权利要求4所述的一种选煤厂重介密度控制装置，其特征在于：所述分流阀(6-1)、所述加水调节阀(9)、所述密度计(10-1)通过导线分别与所述PLC控制器(21)连接，所述合格介质桶(11)密度控制采用模糊PID算法进行控制，所述浓介质泵(13)流量和所述加水调节阀(9)开度均视为阶跃扰动，所述分流阀(6-1)为所述合格介质桶(11)密度控制的执行构件。
7.根据权利要求6所述的一种选煤厂重介密度控制装置，其特征在于：所述液位控制装置(14)包括液位泵(14-2)和液位控制阀(14-1)，所述液位泵(14-2)进口端与所述合格介质桶(11)连接，所述液位泵(14-2)出口端连接所述浓介质桶(15)，所述液位控制阀(14-1)安装在所述液位泵(14-2)与所述浓介质桶(15)之间的连接管路上。
8.根据权利要求7所述的一种选煤厂重介密度控制装置，其特征在于：所述液位传感器(12)和所述液位控制阀(14-1)通过导线与所述PLC控制器(21)连接，所述合格介质桶(11)液位控制采用PID算法进行控制，以所述液位传感器(12)输出测量值为输入信号，所述液位控制阀(14-1)开度为输出信号，所述液位控制阀(14-1)为所述合格介质桶(11)液位控制的执行构件。
9.根据权利要求8所述的一种选煤厂重介密度控制装置，其特征在于：所述液位控制阀(14-1)满开度大于所述分流阀(6-1)满开度。
10.一种选煤厂重介密度控制装置的使用方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤S1、原煤加入所述原煤分级筛(19)后筛分为块原煤和末煤，块原煤进入所述块浅槽分选机(1)内进行分选；
步骤S2、所述块浅槽分选机(1)利用重力，将加入重介质悬浮液中的块原煤按密度差异进行分层并分离，煤上浮，矸石下沉；
步骤S3、所述块浅槽分选机(1)分选后得到掺杂重介质悬浮液的所述块精煤(2)和所述块矸石(3)，所述块精煤(2)先后进入所述块精煤固定脱介筛(4)和所述精煤脱介筛(5)进行脱介处理，所述块矸石(3)进入所述矸石脱介筛(17)进行脱介处理；
步骤S4、所述块精煤固定脱介筛(4)脱离出的悬浮液经所述分流装置(6)分流至所述合格介质桶(11)和所述稀介质桶(8)内，而所述精煤脱介筛(5)和所述矸石脱介筛(17)脱离的悬浮液全部进入所述合格介质桶(11)；
步骤S5、在上述步骤1至4运行中，所述合格介质桶(11)密度控制采用模糊PID算法进行控制，模糊PID算法由模糊推理模块和PID控制模块组成，控制过程如下：
S5-1、设定所述合格介质桶(11)内重介质悬浮液的预设密度值ρ0，所述密度计(10-1)对所述合格介质桶(11)内重介质悬浮液密度进行测量并输出至所述PLC控制器(21)，所述PLC控制器(21)计算所述合格介质桶(11)内重介质悬浮液实时密度ρn、密度偏差e以及偏差变化率ec；
其中，e＝ρn-ρ0；
S5-2、模糊推理模块以密度偏差e和密度偏差变化率ec为输入，经输入量模糊化、根据模糊规则进行推理判断和解模糊三个过程后输出PID控制器三参数调整量ΔKp、ΔKi、ΔKd；
S5-3、PID控制模块以密度偏差e为输入，控制参数分别为Kp＝Kp’+ΔKp、Ki＝Ki’+ΔKi、Kd＝Kd’+ΔKd，其中Kp’、Ki’、Kd’为初始控制参数，所述浓介质泵(13)流量和所述加水调节阀(9)开度均视为阶跃扰动，PID控制模块输出所述分流阀(6-1)开度信号并控制所述分流阀(6-1)的开度，通过调整所述合格介质桶(11)的分流量，实现对所述合格介质桶(11)密度的自动控制。
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