PLC在洗煤厂重介系统中的研究与应用_免费论文全文下载

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【摘要】本文着重介绍GE90-70 PLC在山东新巨龙能源有限责任选煤厂重介系统的应用研究，结合密度计传感器与气动电控阀、压力传感器，进行密控及桶位平衡调节，从而提高该重介洗选系统的效率，并更好地控制洗选指标。

【关键词】PLC;数字PID调节;新巨龙选煤厂;应用
一、研究的主要内容
山东新巨龙能源有限责任公司选煤厂属于国内大型炼焦煤选煤厂，设计能力600万吨/年，系统配置能够满足780万吨/年的生产需要。选煤工艺采用重介主再洗选，浮选，浓缩，压滤等环节，其主要生产设备选用进口设备，生产效率较高，自2008年初投产运行以来，为公司及社会取得了巨大的经济效益和社会效益。
PLC是综合了计算机技术、自动化控制技术和通信技术的一种新型的通用的自动控制装置，它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程以及适应工业环境应用一系列优点。新巨龙公司选煤厂控制系统采用通用电气公司GE-Fanuc 90-70系列PLC，全厂参控设备台数为624台，采集信息量包括每台设备的启/停和故障报警以及主要产品的煤量、消耗的电、水量和各种料、液位计。PLC将采集的信息进行处理然后传送到上位机，集控员在上位机上可以清楚的看到每台设备的运行情况及产品质量，并且可以通过上位机给PLC发送指令控制设备。
二、数字PID调节器在重介密度控制中的应用
重介选煤密控系统的目的就是使测量密度值跟踪、趋近直至等于设定值。由于选煤工艺决定了在正常生产过程中合格介质的密度呈上升趋势，故测控系统是通过补加水来实现控制合格介质密度的。
由于水循环系统中的损耗，车间重介系统桶位整体趋势为下降，所以增加补水阀实现桶位平衡。为了控制密度稳定，桶位平衡，龙固洗煤厂引入了数字PID调节，分为手动和自动两种方式。手动下，由人工进行操作，自动下，则通过数字PID自动调节控制。
PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有70多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
数字PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e （t）与输出u （t）的关系为：
u（t）=kp[e（t）+1/TI∫e（t）dt+TD*de（t）/dt]
式中积分的上下限分别是0和t。
因此它的传递函数为：
G（s）=U（s）/E（s）=kp[1+1/（TI*s）+TD*s]
其中kp为比例系数;TI为积分时间常数;TD为微分时间常数，只要合理地调节以上三个参数即可科学准确地实现密度调节和桶位平衡。
1.密度控制系统
为了确保合格介质桶的密度稳定到工艺所需的要求，在合格介质泵出口管道上安装放射性同位素密度计来连续测量密度值，即过程变量PV，通过密度转换器转变成标准的4-20mADC信号送给PLC。在PLC内部的数字PID调节器，通过对给定值（SP）与过程变量（PV）之间差值（△=SP-PV）的运算，输出到现场的补水阀去控制介质的稳定。
在生产过程中，如果系统受到外来干扰而使运行工况发生偏移时，数字PID调节器能进行必要的操作来抵消干扰的影响，以使运行工况恢复正常。
在计算机监控系统上面，可以将调节系统进行自动/手动无扰切换，当系统切换到手动状态时，通过鼠标或键盘进行手动操作，保证合格介质密度的稳定，维持系统的正常运行。
通过以上的调节过程可以看出：
（1）补水调节阀在合理的PID参数调解下，可以保证合格介质桶的密度在调节过程中处于非常缓慢的变化过程当中，不至于出现快速波动。
（2）被调参数：合格介质桶的密度。
（3）调节参数：阀门开度。
（4）调节对象：气动电控补水阀。
2.液位控制系统
为了确保各桶的液位稳定到工艺所需的要求，在桶上安装静压式液位计来连续测量桶位值（即过程变量PV），测量转换为标准的4-20mADC信号送给PLC。在PLC内部的数字PID调节器，通过对给定值（SP）与过程变量（PV）之间差值（△=SP-PV）的运算，输出到现场的补水阀。
通过以上的调节过程可以看出：
（1）在合理的PID参数调节下，上位机控制PLC输出到现场阀门开度的值，有效地控制各桶的液位，使得系统保持平衡。
（2）被调参数：各桶的液位。
（3）调节参数：阀门开度。
（4）调节对象：气动电控补水阀。
三、PLC在重介系统应用中的特点
GE90-70 PLC将现场采集的旋流器入选压力、气动补水阀开度、合格介质密度、桶液位信号采集到PLC的模拟量模块，再经过CPU处理，上传到上位机上。上位机将采集的数据存储到数据库，以便于指导生产和生产数据的查询，并控制现场仪表各项指标参数以达到生产要求。
1.实现合格介质密度的自动测量、显示，并根据密度的设定值控制加水阀门的开度以实现密度值的稳定。采用的北京通尼科技的密度计传感器，密度控制精度为设定值±0.01g/cm?，且数值准确度高，稳定度高。
2.实现重介旋流器入口压力的自动测量、显示、并通过调节旋流器上料泵的转速，实现旋流器入口压力的稳定控制，测控范围满足旋流器分选要求，采用的是美国进口E+H压力表，性能好，耐用性高。
3.实现各桶液位的显示及上、下报警，采用的是韩国泰克的气动电控阀，反应灵敏，耐用，好维护。
4.上位机画面实现具有重介系统主要调节参数的趋势曲线或柱状图显示、报警等功能，便于调度中心观测分析生产指标数据。
5.引入了数字PID调节，系统调节密度和桶位平衡具有上位机手动及自动两种控制功能，极大地提高了系统的稳定性、可靠性、科学性。
参考文献
[1]郭宗仁，吴奕锋，郭永.可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术[M].人民邮电出版社，2004.
[2]谢广元.选矿学[M].中国矿业大学出版社，2001.

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