一種濃縮機藥劑自動添加系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于選煤廠煤泥水處理環節技術領域，主要用于煤泥水處理設備濃縮機藥劑(凝聚劑和絮凝劑)的自動添加系統及方法。
【背景技術】
[0002]對于采用濕法分選的選煤廠而言，煤泥水處理是一個重要的環節，而濃縮機是煤泥水處理的一種常用的設備。在煤泥水處理過程中，多數選煤廠通過在煤泥水中添加藥劑的方法來加速濃縮機中煤泥的沉降，從而達到縮短煤泥沉降時間，凈化濃縮機溢流，降低循環水濃度，保證循環水的可持續利用，維持整個選煤廠水系統的平衡和正常運轉。煤泥水過程添加的藥劑主要有凝聚劑和絮凝劑，其作用機理為:凝聚劑先把細小顆粒凝聚成較大一點的顆粒，這些顆粒荷的電性較小，容易參加絮凝劑的架橋作用，且顆粒與顆粒間的斥力小了，產生的絮團也比較壓實，同時由于細小的顆粒都被凝聚成團，澄清水的質量也較高。由此可見。凝聚劑和絮凝劑藥劑的添加對于濃縮機濃縮效果以及整個選煤廠水系統的正常運行而言至關重要。
[0003]目前大多數選煤廠采用的濃縮機藥劑添加方式主要有以下幾種:1、人工手動加藥，即配制和添加凝聚劑和絮凝劑均是通過人工手動操作，2、藥劑自動添加，通過對濃縮機內煤泥水的濁度進行測量，然后反饋給控制系統，控制系統通過控制變頻器驅動螺桿栗進行加藥，或者是通過控制電磁閥的開關時間來控制加藥量。
[0004]上述的濃縮機藥劑添加系統主要存在以下幾個問題:1、人工手動加藥時工人勞動強度大，同時存在加藥不及時，加藥量不準確，藥耗高等問題;2、在利用濁度儀測量濁度作為反饋信號時，由于濁度儀大都是光電式傳感器，在煤泥水系統中，很容易造成測量探頭被污染，甚至堵塞等問題，從而造成測量結果嚴重失真，從而影響整個自動加藥系統的運行；
3、在利用螺桿栗作為藥劑添加的執行機構時，不僅需要變頻器作為驅動，而且螺桿栗在使用過程中由于定子和藥劑直接接觸，容易被藥劑腐蝕，從而造成漏液、加藥量不準確等問題;4、利用電磁閥作為執行機構，則加藥過程為間斷加藥，不利于藥劑和煤泥水的充分作用，同時電磁閥易堵塞;5、控制系統多采用簡單的閉環控制系統，由于濃縮機濃縮過程是一個大滯后的過程，藥劑添加后需要一定的作用時間，效果并非即時顯現，而是需要一定的時間才能夠反應出來，因而簡單的利用濁度儀或者濃度計的反饋信號閉環控制并不能夠得到穩定良好的控制結果，甚至造成藥劑的浪費。
[0005]目前的濃縮機藥劑添加系統包括濃縮機3、向濃縮機3供料的濃縮機入料管道4、與濃縮機通過管道連接的濃縮機溢流水池1，濃縮機3的底部開口連接有濃縮機底流栗出口管道14。
【發明內容】
[0006]本發明所述的濃縮機藥劑自動添加系統及方法主要是在選煤廠煤泥水處理環節中，采用PLC與合理的傳感器和執行機構以及先進的控制策略，從而解決現有選煤廠在煤泥水處理過程中濃縮機溢流和底流濃度測量不精確、藥劑添加執行機構可靠性差、自動控制策略落后等導致的選煤廠循環水質量下降，藥劑消耗和水耗大等問題，進而保證選煤廠水系統的正常運行，提高選煤廠產品質量和效益。
[0007]本發明所述的一種濃縮機藥劑自動添加系統，包括凝聚劑藥劑配制裝置、絮凝劑配制裝置、現場控制柜以及現場傳感器;所述現場傳感器包括安裝在濃縮機入料管道上的濃度傳感器和流量計，安裝在濃縮機溢流水池管道上的測量濃縮機溢流濃度的第一濃度計，安裝在濃縮機底流栗出口管道上的測量濃縮機底流煤泥水濃度的第二濃度計;所述凝聚劑藥劑配制裝置和絮凝劑配制裝置均與濃縮機入料管道連接，凝聚劑藥劑配制裝置與濃縮機入料管道之間串接有凝聚劑藥劑添加執行機構，絮凝劑配制裝置與濃縮機入料管道之間串接有絮凝劑藥劑添加執行機構;所述現場控制柜分別與第一濃度計、第二濃度計、濃度傳感器、流量計以及凝聚劑藥劑添加執行機構和絮凝劑藥劑添加執行機構通訊。
[0008]進一步的，所述凝聚劑藥劑添加執行機構和絮凝劑藥劑添加執行機構均選用隔膜栗Ο
[0009]進一步的，還包括與現場控制柜通過以太網進行通訊的調度室上位機;所述現場控制柜設有觸摸屏。
[0010]進一步的，所述現場控制柜采用羅克韋爾1400系列PLC;流量計采用電磁流量計；第一濃度計采用超聲波濃度傳感器，第二濃度計采用壓差式濃度傳感器。
[0011]基于上述存在的問題以及需要達到的目的，本發明一種濃縮機藥劑自動添加系統主要包括硬件平臺搭建以及控制系統設計，本發明所采用的硬件平臺主要包括:羅克韋爾1400系列PLC作為現場控制柜，在濃縮機入料管道上安裝流量計和濃度傳感器測量入料量和濃度，在濃縮機溢流水池處安裝第一濃度計實時測量濃縮機溢流濃度，在濃縮機底流栗出口處安裝第二濃度計實時測量濃縮機底流濃度，藥劑添加執行機構選用蠕動栗，配制好的藥劑由蠕動栗通過藥劑管輸送至煤泥水管道。在藥劑自動添加系統現場安裝有就地控制箱(S卩PLC)，現場操作人員通過就地箱上的觸摸屏對系統進行監控，通過以太網通訊與調度室上位機進行通訊。
[0012]上述的濃縮機自動加藥系統中，濃縮機溢流濃度傳感器(第一濃度計)選用超聲波濃度傳感器，濃縮機底流濃度傳感器(第二濃度計)選用壓差式濃度傳感器，安裝在濃縮機底流栗出口處的垂直管道上，濃縮機總入料管道上流量計為電磁流量計，通過HART通訊協議可測得煤泥水總入料的瞬時流量和累計流量，煤泥水濃度采用壓差式濃度計進行測量。藥劑添加知行機構選用蠕動栗，具有以下優點:首先輸送的藥劑不與栗體接觸，避免了藥劑對栗體的腐蝕，其次電機自帶4-20Ma模擬量控制功能，能夠通過調節電機轉速從而控制栗的流量即加藥量，不需要變頻器進行驅動，同時其栗體清洗、拆卸簡單快捷方便，因此非常適用于凝聚劑和絮凝劑的藥劑添加。
[0013]本發明所述的一種濃縮機藥劑自動添加方法，采用基于案例推理的前饋+反饋智能控制方法，包括案例產生、案例檢索、案例重用;①案例產生:在系統正式運行前，通過前期試驗和現場觀察，總結出大量的案例組成案例庫;每個案例均包括濃縮機入料濃度、入料量流量、噸煤泥藥耗、濃縮機底流煤泥水濃度以及濃縮機溢流濃度;②案例檢索和案例重用，在系統正式運行過程中通過濃度傳感器和流量計對入料濃度和入料量流量進行實時檢測，同時結合控制系統目標值，對當前工況案例特征進行描述，然后采用最近相鄰法(KNN)計算當前案例與案例庫中案例的相似度，若和案例庫中的一個案例匹配的相似度在設定的閾值范圍內，則現場控制柜根據該案例庫中的案例控制凝聚劑藥劑添加執行機構和絮凝劑藥劑添加執行機構分別輸出凝聚劑藥劑和絮凝劑藥劑的添加量，也即噸煤泥藥耗。
[0014]進一步的，在②案例檢索和案例重用若在案例庫中有η個案例匹配的相似度在設定的閾值范圍內，則輸出結果取其加權平均值。
[0015]進一步的，基于案例推理的前饋+反饋智能控制方法還包括案例修正和案例存儲；③案例修正，案例修正是通過濃縮機溢流濃度和濃縮機底流煤泥水濃度檢測值對案例進行校正;設濃縮機溢流濃度和濃縮機底流煤泥水濃度目標范圍分別為Amin <A< AMAX.Bmin <B < BMAX,由于濃縮機的藥劑添加存在大的滯后，凝聚劑和絮凝劑藥劑添加進去后需要一定的時間T才會產生效果，因而系統利用時間T之后第一濃度計和第二濃度計采集到的實時的濃縮機溢流濃度值和濃縮機底流煤泥水濃度值與目標值進行對比，若實時值在目標值范圍內則不需要進行案例修正，則此案例可直接轉入案例存儲，若測得的值偏離了目標值的范圍，則需要對目標值進行修正，直到目標值進入工藝要求目標范圍內；④案例存儲，案例存儲的過程即是對案例庫的補充和優化的過程，當設定的案例滿足工藝要求時，則被添加到案例庫，同時，經過修正后的案例則重新被添加至案例庫中。
[0016]本發明濃縮機藥劑自動添加系統采用前饋+反饋的控制策略，其中反饋控制為閉環控制，通過對濃縮機溢流和底流煤泥水濃度的實時監測，對凝聚劑和絮凝劑的藥劑添加量進行調整，前饋控制主要采用基于案例推理的智能控制策略，通過對濃縮機入料濃度和入料流量的實時檢測，然后通過與案例庫中的案例進行相似度對比，匹配出最佳的案例組合，進而得到相應的藥劑量。
[0017]本發明所述濃縮機藥劑自動添加系統控制結構為四層網絡結構:管理層、監控層、控制層和設備層，其中管理層主要包括上位工控機(調度室上位機)，與PLC通過以太網進行通訊，用于實現數據庫的保存以及現場數據的遠程顯示包括各個傳感器