板框厢式隔膜压滤机
引言
目前，选煤厂压滤车间采用人工手动方式添加聚合氯化铝(PAC)作为助滤剂。在压滤前添加PAC作为助滤剂，不仅可以压缩煤泥颗粒的双电层，而且其可吸附于颗粒表面，可以减少絮团中的水分，增大絮团，增大煤泥浓度，进而提高压滤效率，同时减小滤饼水分，而且该厂考虑到压耙事故及浓缩机底流泵输送能力，浓缩机底流浓度不宜过大,400~500g/L为最佳，不宜在浓缩机中添加过量药剂，因此，在浓缩机底流被输送到压滤车间煤泥桶中添加PAC作为助滤剂，这是极其科学合理的。但是由于其釆用人工加药方式，致使药剂溶解不完全,分散均匀性差，药量控制不严格，易造成药剂浪费，工人劳动强度大，且煤泥压滤机压滤效率低、滤饼水分高。为此，针对成庄矿选煤厂设计了一套基于PLC的压滤机助滤剂自动添加系统，该系统可实现煤泥助滤剂自动制备与自动添加的功能。
1助滤剂溶解液制备装置
助滤剂溶解液制备装置是保证药剂均匀添加的前提，目前典型的药剂分散溶解形式大致可分为气分散润湿式和文丘里式。但是，由于成庄矿选煤厂所使用的助滤剂PAC易受潮结块，无法通过风力实现气分散溶解；文丘里式易堵塞管道。因此设计了一种新型的药剂制备装置，如图1所示。该药剂制备装置采用搅拌方式实现预溶，设计为三箱联通式,集预溶、分散、储药于一体。箱体体积设计为至少能配置厂里一班所需的药剂量，通过间歇搅拌保证药剂的不沉淀，工人只需上班前添加所需干粉，无需多次添加，减少了工人工作量。
药剂制备箱所需控制的参数有药剂箱的液位、干加入量、搅拌电机的运行时间及加水阀的运行时间。药剂箱的液位控制,设液位传感器，并设液位上限及下限报警，当液位过低时报警器报警提醒工人需要配药，且加药泵不能运行，液位过高时报警提醒工人关闭加水阀。干粉加入量的控制，根据液位计算需要添加的干粉药剂量，并显示在触摸屏上，工人可根据触摸屏显示添加干粉药剂。搅拌电机在药剂配制时连续运行,不药剂配置时，间歇搅拌以保证药剂的均匀性。加水阀的控制，干粉药剂添加后需控制加水阀打开，当液位达到根据干粉药剂添加量及药剂配置浓度计算岀应达到的液位时，加水阀关闭。
由于选煤厂所使用的压滤机为KM600Z2000型快速隔膜压滤机，能够实现自动控制压紧、进料、保压、压榨，以及反吹、拉板、暂停、卸料等功能，由于其间歇式工作特点，确定加药方式采用周期性加药，这样可以减少加药泵的机械损耗及电能消耗，也使得对药剂添加量的控制较容易、较准确。由于本系统采用周期性加药，单次加药量较大,溶液均匀无杂质且黏度低,故加药执行机构釆用离心泵。加药泵为2用1备，通过煤泥桶搅拌泵的上升沿信号控制加药泵的启动，通过加药泵的工作时间来控制加药量。
2控制原理
压滤机助滤剂自动添加系统釆用周期加药的形式，以一个压滤周期为加药周期。釆用前馈加反馈的控制策略，将压滤机脱水效果作为控制目标，其原理框图如图2所示。图2中，前馈过程：以浓缩机底流浓度和流量作为输入信号，根据吨干煤泥加药量加药；反馈过程：以压滤机脱水效果及其变化量作为输入信号，运用模糊控制算法进行反馈调节。控制器确定加药量后，给离心泵一个运行时间信号，控制离心泵输出药剂的工作时间，从而控制药剂添加量。
2.1前馈控制
浓缩机底流在一个加药周期内的累计流量和平均入料浓度的乘积即为该周期内进入煤泥桶的干煤泥量；经过现场交叉试验，可得出助滤剂吨干煤泥加药量。干煤泥量与吨干煤泥加药量的乘积即为该周期的助滤剂的添加量。前馈控制环节中以一个加药周期内的累计流量和平均入料浓度为输入信号，经上述计算过程，计算出需要添加助滤剂的量，将该值转化成控制变频器的模拟量，进而控制加药泵的运行时间。
2.2反馈控制
(1)压滤机脱水效果评价模型
压滤后滤饼水分是压滤效果的一个重要反映参数，但是由于压滤后滤饼水分无法直接测量，本文提出釆用压滤机脱水效果评价模型来评价压滤效果。一个压滤周期可分为入料、压滤及卸料3个阶段。在入料时间内，通过测量煤泥桶液位变化以,再乘以煤泥桶底面积S,可得到入料的流量卩，入料流量V乘以浓缩机底流浓度c即为一个压滤周期内进入压滤机的干煤泥量的。在同周期的卸料阶段，煤泥输送带称可测量滤饼质量，通过卸料过程内煤泥输送带称累计值可计算出该周期内的滤饼质量。压滤后滤饼水分W即等于一个压滤周期内，滤饼总质量Sm减去进入压滤机的干煤泥量mo后，占滤饼总质量2/n的百分比。
(2)模糊控制
模糊控制器将压滤机脱水效果评价模型的计算值W和其偏差e作为输入变量，压滤机加药反馈值作为输出量V。确定*、e以及〃的模糊论域均为X={-4,-3,-2,-l,0,l,2,3,4},选取语言值为{NB,NM,NS,O,PS,PM,PB},语言变量论域上的模糊子集釆用三角形隶属函数来确定。
模糊控制规则表按照专家经验总结得出的，表达形式为IF-is-AND-is-THEN-is-0规则制定应基于原则：煤泥水分低，且煤泥水分有降低的趋势，则减少加药量;煤泥水分高，且煤泥水分有增高的趋势，则增大加药量。模糊控制规则表如表1所示。
人机界面包括两部分：①现场加药控制系统的HMI,便于现场工人及时加药；②集控室的工控机，便于集控及数据记录。传感器浓缩机底流流量计、浓缩机底流浓度计、煤泥桶液位计、煤泥输送带秤。由于压差式流量计经济耐用、安全准确、长期稳定性好，因此浓缩机底流流量计釆用压差式流量传感器。浓缩机底流浓度传感器FDM633压差式浓度传感器，其原理测量是通过不同高度压差计算出煤泥水密度，再结合煤泥真密度计算出煤泥水浓度。
3控制系统的实现
3.1硬件系统
该控制系统的硬件结构包括控制器、传感器及执行机构。
控制器控制器釆用AUen-Bradley公司的MicroLx)gix1400系列PLC控制器1766-L32AWAA。
3.2软件系统
软件系统以Win7操作平台为主要工作环境，釆用AB公司的RockwellRSlogix500编程，现场控制系统HMI釆用FactoryTalkviewME进行El面组态，上位机界面釆用AB公司的FactoryTalkviewSE进行画面组态。该系统实现的功能:①药剂自动制备功能；②药剂箱液位上限下限报警功能;③传感器故障诊断功能；④基于前馈及反馈的压滤机助滤剂自动添加控制；⑤实时数据和运行状态显示，以及历史数据曲线查询等。
4结语
针对成庄矿选煤厂现有煤泥水处理过程中人工手动添加助滤剂，致使煤泥压滤机压滤效率低、煤泥水分高等问题，设计了一种前馈加反馈的压滤机助滤剂自动添加系统，前馈控制基于干煤泥量进行加药，模糊控制以压滤机脱水效果评价模型的计算值W及其变化量作为输入信号，实现反馈调节。通过该系统实现了助滤剂药剂制备与药剂添加的自动控制，缩短了压滤机压滤周期，降低了滤饼水分,减少了PAC的使用量。
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