专利名称：煤泥水絮凝沉降自动控制系统与控制方法
技术领域：
本发明煤泥水絮凝沉降自动控制系统与控制方法属于机械电子及其控制技术领域，具体涉及一种基于浓缩机上清水层浊度梯度检测的煤泥水絮凝沉降控制系统与模糊控制技术。
背景技术：
煤泥水处理是选煤厂生产工艺中非常重要的一个环节，因为洗水闭路循环是每个选煤厂都必须达到的基本要求，而且煤泥水处理得好坏还将直接影响到分选设备的分选效果，当煤泥水系统严重恶化时，会导致整个选煤厂无法正常运行甚至停产。絮凝沉降是目前煤泥水处理的主要工艺，处理过程是通过向煤泥水中加入絮凝剂溶解液，使悬浮在煤泥水中的难沉降的微小煤泥颗粒吸附在一起，形成大的絮团而快速沉降。絮凝剂添加是以浓缩机溢流水的浊度为控制目标的，既不能过量也不能不足，如果加药量不足，将造成不完全沉降，使溢流水浊度过高，达不到洗水闭路循环的指标要求；若加药量过多，不仅浪费大量药剂，而且由于药剂分子间相互排斥反而会使煤泥水沉淀效果变差。 因此絮凝剂添加的控制方法是保证絮凝沉降处理效果的关键。絮凝沉降是一个复杂的过程，受到多种因素的影响，特别是具有大滞后的特点，加入絮凝剂后悬浮的细煤粒需要一定的时间才能沉降下来，所以以溢流水浊度作为絮凝剂添加系统的反馈信号会滞后于加药时间，用它作为反馈量来直接控制加药往往难以得到稳定的控制效果，很容易导致浊度忽高忽低，同时也容易造成絮凝剂的浪费，而且被控量检测滞后的问题始终难以解决。
发明内容
本发明煤泥水絮凝沉降自动控制系统与控制方法的目的在于，提供一种能够达到洗水闭路循环指标要求，最大限度地稳定溢流水浊度，并节约絮凝剂用量的絮凝沉降自动控制系统与控制方法。本发明煤泥水絮凝沉降自动控制系统与控制方法的特征在于该系统由本地控制器1、三点式浊度分布检测装置2、模糊控制器3、流量计4、浓度计5、变频控制的螺杆泵6、 以太网通信模块7、远程主控制单元8和现场显示调控单元9组成，本地控制器1为进行数据采集与处理、絮凝剂添加量初值计算、模糊逻辑推理和控制输出的可编程控制器PLC，三点式浊度分布检测装置2为检测浓缩机上清水层沿深度方向的浊度分布情况的传感器组， 模糊控制器3为一种基于清水层表面浊度和清水层表面下沿深度方向上浊度梯度变化的模糊逻辑推理控制器，流量计4为获取浓缩机入料流量的电磁传感器，浓度计5为获取浓缩机入料浓度的超声波传感器，变频控制的螺杆泵6为絮凝剂添加的执行机构，以太网通信模块7为本地控制器1与远程主控制单元8之间互传数据与指令的装置，远程主控制单元 8为絮凝沉降过程工艺参数实时显示与存储、数据分析与处理、模糊模型参数调整、远程自动/手动控制的工业控制计算机及显示终端，现场显示调控单元9为现场实时显示絮凝沉降过程各工艺参数与控制参数并可人工干预控制输出的装置。本发明煤泥水絮凝沉降自动控制系统与控制方法的特征在于，三点式浊度分布检测装置2是安装于浓缩机内沿煤泥水深度方向的三个多光束互补式光电传感器，其三个传感器的安装位置对应三个检测点，第一检测点和浓缩机溢流孔位置平齐，第二检测点距第一检测点400-600mm，第三检测点距第一检测点800-1200mm。通过它可以检测到浓缩机上清水层表面至1200mm深度距离上的浊度分布情况，因上清水层浊度分布不可能突变，所以从该浊度分布情况可以早期预知到絮凝沉降的变化趋势，并根据该趋势实施早期的合理的控制，克服了溢流水浊度信号滞后带来的控制效果不稳定甚至失控的问题。本发明煤泥水絮凝沉降自动控制系统与控制方法的特征在于，模糊控制器3是一个两输入的系统，其中输入之一为三点式浊度分布检测装置2中第一检测点的浊度值与浊度给定值的偏差，输入之二是由沿清水层深度方向布置的三个检测点上的浊度分布值计算得到的浊度梯度，这与常规模糊控制器输入的偏差变化率的本质区别在于，常规模糊控制器输入的偏差变化率是两次采样时间上的偏差的变化，它属于时间域上的变化率，而本发明中模糊控制器3输入的是沿清水层深度方向上浊度的空间变化率。此处所述的浊度梯度的计算方法是(a)、先求第三检测点浊度值与第二检测点浊度值的斜率；(b)、再求第二检测点浊度值与第一检测点浊度值的斜率；(C)、求上述(a)与(b)的差值得到浊度梯度的方向，求上述(a)与(b)的均值得到浊度梯度的大小。本发明煤泥水絮凝沉降自动控制系统与控制方法的特征在于，该系统在本地控制器1上先通过流量计4和浓度计5的测量值，根据絮凝沉降的药剂制度计算出对应于浓缩机入料的絮凝剂初加量；然后将三点式浊度分布检测装置2得到的浓缩机上清水表面浊度和从清水层表面到沿深度方向800-1200mm范围内的浊度梯度输入模糊控制器3，以螺杆泵转速作为输出，输入、输出可划分为5-7个模糊状态，隶属度函数取三角形函数形式，在此模糊划分下制定出对应的模糊规则，通过模糊控制器3的模糊逻辑推理规则得到絮凝剂添加的增量或减量；最后与前面计算得到的絮凝剂初加量相叠加后，折算成变频器的输出频率，控制电机的转速来调节螺杆泵6的流量进行加药。上述所述的药剂制度是指用工业现场特定性质的煤泥水为对象，在实验室做出不同的药剂配比和用量与煤泥沉降速度之间的关系曲线，然后确定出的最佳合理加药量。远程主控制单元8通过以太网通信模块7接收到本地控制器1传来的各传感器参数后，进行数据分析与絮凝沉降效果分析，并根据分析结果对模糊控制器3进行模型参数修正和规则调整，若第一检测点上清水浊度值长时间连续正向超标，则调高模糊控制器3的输出量系数，反之则反向调节；若浊度梯度连续明显增高时，则修改模糊输出规则表。这些调节量通过以太网通信模块7传回本地控制器1，本地控制器1进行在线参数修改或规则修改后实施控制，以改善控制效果和适应煤质发生变化带来的影响。本发明煤泥水絮凝沉降自动控制系统与控制方法的特征在于，现场显示调控单元 9是一个带RS485接口的单片机系统，接收由本地控制器1传来的絮凝沉降过程的入料流量、入料浓度、浓缩机上清水层浊度分布参数以及控制螺杆泵电机的变频器频率参数并实时显示，同时允许现场操作人员进行非常状态时的变频器频率应急调节。本发明煤泥水絮凝沉降自动控制系统是按下述方式工作的系统在本地控制器1上通过流量计4和浓度计5检测到浓缩机入料的实时流量和实时浓度值，并根据絮凝沉降的药剂制度计算出对应的絮凝剂实时初加量；然后根据三点式浊度分布检测装置2得到的浓缩机上清水表面浊度和清水层表面以下800-1200mm范围内的浊度梯度，输入模糊控制器3，以螺杆泵转速控制量作为模糊控制器3的输出，输入、输出可划分为5-7个模糊状态，隶属度函数取三角形函数形式。在此模糊划分下制定模糊规则，通过模糊逻辑推理得到絮凝剂添加的增量或减量；最后与前面计算出的絮凝剂初加量相叠加，折算成变频器的输出频率，控制电机的转速来调节螺杆泵6的流量进行加药。以太网通信模块7将本地控制器1采集到的所有参数传送给远程主控制单元8 ； 在远程主控制单元8的工控机上进行数据分析与絮凝沉降效果分析，根据分析结果对模糊控制器3的输出系数模糊规则进行调整，调整部分由以太网通信模块7传回本地控制器1， 本地控制器1进行在线参数修改或规则修改后实施控制，以适应煤质发生变化带来的影响。本发明煤泥水絮凝沉降自动控制系统与控制方法具有如下优点1、用三点式浊度分布检测装置2垂直安装于浓缩机上清水层，实时检测到浓缩机上清水层的浊度分布，从检测到的浊度分布情况可以早期预知到絮凝沉降的趋势，并根据该趋势通过模糊控制器实施及时合理的控制，克服了溢流水浊度信号滞后带来的控制效果不稳定甚至失控的问题，避免循环水浊度的恶化。这种控制方式使循环水浊度的稳定性明显提尚ο2、本地控制器1和现场显示调控单元9都具有相对的独立性，远程主控制单元8 的数据分析处理和模糊模型修正可以适应煤质发生变化带来的影响，这样的架构使控制系统的适应性和鲁棒性更强。
图1为煤泥水絮凝沉降自动控制系统结构2为煤泥水絮凝沉降自动控制系统原理框中1 本地控制器，2 三点式浊度分布检测装置，4 流量计，5 浓度计，6 螺杆泵，7 以太网通信模块，8 远程主控制单元，9 现场显示调控单元
具体实施例方式实施方式1系统在本地控制器1上通过流量计4和浓度计5检测到浓缩机入料的实时流量和实时浓度值，并根据絮凝沉降的药剂制度计算出对应的絮凝剂实时初加量；三点式浊度分布检测装置2垂直安装于浓缩机上清水层，第一点和浓缩机溢流孔位置平齐，第二点位于距第一点500mm，第三点距第二点IOOOmm ；用第一检测点的浊度值与浊度给定值的偏差作为模糊控制器3的输入之一，从测得的浊度分布计算得到浊度梯度值作为模糊控制器3的输入之二，以螺杆泵转速控制量作为模糊控制器3的输出，输入、输出均可划分为7个模糊状态，即正大(PB)、正中(PM)、正小(PS)、零(Z)、负小(NS)、负中(NM)、负大(NB)，隶属度函数取三角形函数形式。在此模糊划分下制定49条模糊规则，如若第一检测点的浊度值与浊度给定值的偏差为正大(PB)、浊度梯度值也为正大(PB)时，则输出转速为正大(PB)。通过这样的模糊逻辑推理规则得到絮凝剂添加的增量或减量；最后与前面计算出的絮凝剂初加量相叠加，折算成变频器的输出频率，控制电机的转速来调节螺杆泵6的流量进行加药。实施方式2由远程主控制单元8通过以太网通信模块7接收本地控制器1传来的各传感器参数，在远程主控制单元8的工控机上进行数据分析与絮凝沉降效果分析，根据分析结果对模糊控制器3的输出系数模糊规则进行调整，调整部分由以太网通信模块7传回本地控制器1，本地控制器1进行在线参数修改或规则修改后实施控制。其它同实施方式1。实施方式3系统用三点式浊度分布检测装置2得到浓缩机上清水层中的浊度分布情况，用流量计4和浓度计5检测到浓缩机入料的实时流量和实时浓度值，这些检测量在现场显示调控单元9上进行实时显示，同时还显示有由变频器输出频率对应的絮凝剂给药量，当意外发生溢流水浊度不达标时，现场操作人员可在现场显示调控单元9上进行变频器输出频率手动干预调节，增减絮凝剂给药量，以保证循环水浊度达标。其它同实施方式1。
权利要求
1.一种煤泥水絮凝沉降自动控制系统，其特征在于该系统由本地控制器(1)、三点式浊度分布检测装置O)、模糊控制器(3)、流量计G)、浓度计(5)、变频控制的螺杆泵(6)、 以太网通信模块(7)、远程主控制单元(8)和现场显示调控单元(9)组成，本地控制器(1) 为进行数据采集与处理、絮凝剂添加量初值计算、模糊逻辑推理和控制输出的可编程控制器PLC，三点式浊度分布检测装置O)为检测浓缩机上清水层沿深度方向的浊度分布情况的传感器组，模糊控制器(3)为一种基于清水层表面浊度和清水层表面下沿深度方向上浊度梯度变化的模糊逻辑推理控制器，流量计(4)为获取浓缩机入料流量的电磁传感器，浓度计( 为获取浓缩机入料浓度的超声波传感器，变频控制的螺杆泵(6)为絮凝剂添加的执行机构，以太网通信模块(7)为本地控制器(1)与远程主控制单元(8)之间互传数据与指令的装置，远程主控制单元(8)为絮凝沉降过程工艺参数实时显示与存储、数据分析与处理、模糊模型参数调整、远程自动/手动控制的工业控制计算机及显示终端，现场显示调控单元(9)为现场实时显示絮凝沉降过程各工艺参数与控制参数并可人工干预控制输出的装置。
2.如权利要求1所述的煤泥水絮凝沉降自动控制系统，其特征在于三点式浊度分布检测装置( 是安装于浓缩机内沿煤泥水深度方向的三个多光束互补式光电传感器，其三个传感器的安装位置对应三个检测点，第一检测点和浓缩机溢流孔位置平齐，第二检测点距第一检测点400-600mm，第三检测点距第一检测点800-1200mm。
3.如权利要求1所述的煤泥水絮凝沉降自动控制系统，其特征在于模糊控制器(3)是一个两输入的系统，其中输入之一为三点式浊度分布检测装置O)中第一检测点的浊度值与浊度给定值的偏差，输入之二是由沿清水层深度方向布置的三个检测点上的浊度分布值计算得到的浊度梯度。
4.权利要求1所述的煤泥水絮凝沉降自动控制系统的控制方法，其特征在于在本地控制器⑴上先通过流量计⑷和浓度计(5)的测量值，根据絮凝沉降的药剂制度计算出对应于浓缩机入料的絮凝剂初加量，然后将三点式浊度分布检测装置( 得到的浓缩机上清水表面浊度和从清水层表面到沿深度方向800-1200mm范围内的浊度梯度输入模糊控制器 (3)，通过模糊控制器(3)的模糊逻辑推理规则得到絮凝剂添加的增量或减量，再与前面计算得到的絮凝剂初加量相叠加后，折算成变频器的输出频率，控制电机的转速来调节螺杆泵(6)的流量进行加药；远程主控制单元(8)通过以太网通信模块(7)接收到本地控制器 (1)传来的各传感器参数后，进行数据分析与絮凝沉降效果分析，并根据分析结果对模糊控制器( 进行模型参数修正和规则调整，以改善控制效果和适应煤质发生变化带来的影响。
5.如权利要求4所述的煤泥水絮凝沉降自动控制系统的控制方法，其特征在于现场显示调控单元(9)是一个带RS485接口的单片机系统，接收由本地控制器(1)传来的絮凝沉降过程的入料流量、入料浓度、浓缩机上清水层浊度分布参数以及控制螺杆泵电机的变频器频率参数并实时显示，同时允许现场操作人员进行非常状态时的变频器频率应急调节。
全文摘要
一种煤泥水絮凝沉降自动控制系统与控制方法属于机械电子及其控制技术领域，具体涉及一种基于浓缩机上清水层浊度梯度检测的煤泥水絮凝沉降控制系统与模糊控制技术。提供一种使溢流水浊度稳定、达标，并节约絮凝剂用量的絮凝沉降自动控制系统与控制方法。该系统通过三点式浊度分布检测装置检测浓缩机上清水层沿深度方向的浊度分布，从该浊度分布情况可以得到沿清水层深度方向上浊度的空间变化率，早期预知絮凝沉降的变化趋势，然后将此作为模糊控制器的输入之一进行模糊逻辑推理，实施及时合理的控制，克服了由于溢流水浊度反馈信号大滞后带来的控制效果不稳定甚至失控的问题，避免循环水浊度的恶化。本发明适用于各种选煤厂的煤泥水絮凝沉降处理。
文档编号C02F1/52GK102385357SQ201110208108
公开日2012年3月21日 申请日期2011年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者姚李威, 李强, 杨洁明, 杨津灵, 魏晋宏 申请人:太原理工大学