基于PXI总线的精细水煤浆制备过程控制技术

煤炭燃烧全国中文核心期刊矿业类核心期刊《cAcD规范》执行优秀期刊基于PⅪI总线的精细水煤浆制备过程控制技术刘兆妍,魏丽(1.河北理工大学自动化与自动控制学院河北唐山063009;2.唐山学院唐山市机电一体化重点实验室,河北唐山063000摘要;为了保证超声强化制备精细水煤浆先进工艺的良好效果,研究了精细水煤浆制备过程自动控制技术。开发了一种PⅪI总线结构的自动控制系统。系统采用虚拟仪器软件,能够经过自学习优化生产工艺参数,按照优化目标实时自动控制超声制备过程,并具有自动数据管理和发布等功能。关键词:精细水煤浆;超声处理;过程控制;PXI;虚拟仪器中图分类号:TQ536;TF206.1文献标识码:A文章编号:10066772(2008)040055-03水煤浆做为一种成本低、见效快和成熟度高的桶中的液位,当液位不足时打开阀门输入原料水煤代油产品用于锅炉燃烧,已经进入全面推广应用阶原料段。目前水煤浆技术研究的热点是精细水煤浆的制液位信号进料备与应用。精细水煤浆一般粒度小于10μm,灰分在1%~2%,浓度为50%-55%1,加入柴油和添频率控制PXI( PCI extensions for Instrumentation—PCI在仪器领域的扩展)总线体系结构的仪器在超声强化水温度开关信号控制控制煤浆制备过程自动控制中的应用,对于提高精细水图1超声制备精细水煤浆工艺流程煤浆的品质,改进精细水煤浆的应用效果具有重要意义。浆;压缩机将原料输入超声破碎机,压力传感器监1超声强化制备精细水煤浆工艺过程及监测压缩机的压力,通过调节电机转速来控制压缩机测要求器调节温度;超声破碎机是核心设备,超声波的频目前国内常用的水煤浆制备工艺主要是磨制和率、水煤浆的温度等因素都会影响水煤浆的质量机械搅拌方法,超声强化制备水煤浆是利用超声波用激光粒度仪测量水煤浆的粒度,当粒度达到要求作用于初磨搅拌后的水煤浆形成100m左右直时开启阀门输出成品;成品用流量计计量;粒度达径的泡沫,利用泡沫在Iws时间内产生的强烈爆破,到要求以前水煤浆返回进料桶再次加工。使煤粉细化并分散3。这种方法与常规的水煤浆制备方法相比设备结构简单、能耗低易于实现自动2自动控制系统的硬件结构控制制备的水煤浆级配更合理流变性和稳定性更自动控制系统硬件采用PXI总线结构。PⅪ是好,因此燃烧效率更高、不易堵塞喷嘴美国国家仪器( National Instruments Corp简称N)超声强化制备水煤浆的工艺流程和自动控制系发布中国煤化工线规范,它将PC统输入输出信号如图1所示。液位传感器监测进料总线CNMH利场合应用的机械收稿日期:2008-03-05作者简介:刘兆妍(1960)女河北唐山人高级实验师主要从事测试和自动控制教学与研究工作基于PX总线的精细水煤浆制备过程控制技术炭燃烧和电气规范,将PC机的性价比优势与PCI总线的发环境提供了几乎所有经典信号处理的函数和大必要扩展结合起来,形成一种主流的虚拟仪器测试量高级信号分析工具; LabVIEW程序非常容易硬件平台。虚拟仪器( Virtual Instruments,简称Ⅵ)和各种数据采集硬件集成,极大的方便了测控系统是以计算机为载体的测量与控制系统,可以用基本的开发;IabⅤEW本身提供了一种叫做 Datasocket相同的硬件,通过修改软件来实现不同的测控应用。的网络技术,可以非常方便灵活的与 Internet和hn与传统的独立仪器相比,虚拟仪器的功能更丰富、更 tranet连接实现测控系统信息共享; LabVIEW可以灵活,开发效率更高。虚拟仪器已经成为世界范围快速的与 SQL-Server等大型数据库链接,便于测试内一种主流的先进测控技术。PXI总线具有更多的数据存储和管理。模块扩展槽以及触发、定时和边带通讯能力,易于测自动控制系统软件结构如图3所示。数据采集控系统的集成;PX总线结构的仪器采用坚固的工模块分别采集液位、压力和温度3个模拟信号,每秒业封装和严格的电磁屏蔽设计,具有优异的防尘散钟采样一次;由计数器通道读取流量脉冲信号,进热、抗震性能和抗干扰能力,成为虚拟仪器中非常适行脉冲计数以后,根据流量计的脉冲当量转换为流合工业现场应用的硬件。量值,作为产品输出的计量值。基于PXI总线结构的超声强化制备水煤浆自动控制系统如图2所示。PX系统包括4槽的PX数据采集数据显示1031机箱、P4-M2.2G的PXI-8196主控制器和PXI数据发布-622l多功能数据采集模块。PXI-6221具有16路串口通讯数据管理16位AD转换器、250kS/s采样率、2路16位D/A转输出控制换器2个通用计数器和24个数字通道。图3自动控制系统软件结构激光粒度仅82串可出料阀门开关号冲值号[流计串口通信模块每分钟读取一次激光粒度分析仪液位传感器报输入模拟输入数据。数据分析模块通过自学习得到一组优化的温进料阀门开关信号冷却器度、压力和超声频率参数,当水煤浆制备过程控制在压力传邑器模输入621这组参数范围内时,可以在最短时间、用最低能耗达[变频调速器极输出到粒度及其分布曲线的要求。自学习过程采取单因PXI系统素实验法,单次实验将超声频率做为影响精细水煤输出边率放人器模报输出浆粒度的主要因素固定下来,调节温度和压力,记录图2超声强化制备水煤浆自动控制系统硬件结构水煤浆达到合格的粒度及其分布所消耗的时间和功耗;不同的实验编号采用不同的超声频率,最后取激光粒度分析仪在线监测水煤浆粒度及其分布得一组理想参数数据,通过RS23串口与PⅪI系统通信。进料阀门、输出控制模块将优化得到的温度、压力和超声出料阀门和冷却器的开关控制通过PXI-621数字频率作为控制目标,用1个数字线的输出电平高低端口不同数字线输出的髙低电平实现。液位、压力控制冷却器开关调节温度;用模拟输出的电压幅度和温度监测都采用输出标准电流信号的变送器,在调节变频调速器频率,通过改变压缩机转速控制压接入PXI-621的模拟输入通道之前用精密电阻将力,电压幅度值用式(1)所表示的PID( Proportional电流转换为电压,并进行隔离和滤波。PXI-6221 Integral-Derivative比例微积分)算法确定的模拟输出通道输出0~5V电压信号给变频调速u()=Kledt+T(1)器来控制压缩机电机的转速。PXI-6221另一路模拟输出通道输出正弦信号,通过功率放大器以后给式中K—一控制器增益;超声破碎机。流量计输出脉冲信号经过光电隔离和偏差整形以后接入PXI-6221的计数器输入通道。中国煤化工3自动控制系统的软件CNMHG超声振荡的频率豸动控制软件用高效率的 LabVIEW图形语言和幅值,用2个数字线的输出电平高低分别控制进LabVIEW是目前最流行的虚拟仪器软件开料开关和出料开关。《洁净煤技术》2008年第14卷第4期煤炭燃烧全国中文核心期刊矿业类核心期刊《cACD规范》执行优秀期刊数据显示模块用 LabvIeW提供的图形、图线、容器表头和指示灯等各种形式生动直观的控件,进行生产现场状态的实时显示,包括样品浓度、粒度分散状态的变化情况等;同时按照用户要求显示重尔要数据在不同时段的历史趋势数据发布模块使用 Datasocket以网页的形式发0.11.0100.0布生产现场的数据, LabVIeW提供了一种叫做粒径/μmDatasocket的网络技术,它建立在TCP/IP协议上图4超声强化制备的水煤浆粒度分布但是不需要复杂的编程就可以非常方便灵活的与局域网连接,传输数据的速度与可靠性能够得到充分(3)智能优化的虚拟仪器软件能极大的提高精保证全厂生产、技术经济部门可以在浏览器上细水煤浆产品质量和生产效率。查看实时数据和变化趋势。(4)系统结构具有良好的可移植性,适应多种数据管理模块将重要数据保存在数据库,Lahb不同工艺的水煤浆制备过程自动控制。VEW可以快速的与 SQL-Server等大型数据库链参考文献接,便于测试数据存储和管理。系统根据生产管理需要分期分类打印各种报表,包括累计粒度分布数1付晓恒王祖讷柴保明等精细水煤浆制备与应用据与曲线、区间粒度分布数据与直方图等重要技术技术的研究[J].煤炭学报,2004,29(2):226~119[2]任兰柱郭斌,刘长跃,等.精细油水煤浆制备及其特参数。超声强化制备精细水煤浆测试得到的粒度数性的研究[J.选煤技术,2007(3):12-14.据:中位径076μm,体积平均径2.10μm,面积平均[3]刘玉英刘增厚葛军等超声波强化制备水煤浆方径1.02μm,比表面积21302m2/kgo粒度及其分法的研究[J].燃料化学学报,1996,24(4):306~363布如图4所示。[4]高洪阁,田原宇,黄伟等.油煤水浆生产与工艺的研究探索[J].沽净煤技术,2007,13(2):59~64结论[5]雷振山.LbⅤEW7Expr实用技术教程[M].北(1)采用PXI总线结构的硬件和虚拟仪器软件京:中国铁道出版社,2004组成的测控系统能够很好地保证超声强化制备精细61刘兆.姚征基于ADAM510和LaEW的集散型水煤浆这种先进工艺的良好效果。供热控制系统[J].微计算机信息,2005,21(7):87(2)PⅪI总线结构的硬件在复杂的工业现场环境表现出优异的性能。Process control technology of ultra- clean micronized coal waterslurry preparation based on PXI busLIU Zhao-yan, WEI Li(1. Institute of Automatization and Autocontrol, Hebei Polytechnic University, Tangshan 063009, China;2. Tangshan Key Laboratory of Mechantronics, Tangshan College, Tangshan 063000, China)Abstract: In order to guarantee the advantage of ultrasonic treatment on ultra-clean micronized coal water slurrypreparation, autocontrol technology of ultra-clean micronized coal water slurry preparation process has been re-searched. a autocontrol system which based on PXI bus structure has been developed. The software of the systemdopt virtual instrument. The technics parameters are optimized b山中国煤化工 ment process oftra-clean micronized coal water slurry preparation has been auteCNMHGimized parametersThe data of coal water slurry preparation has been managed and shared by the systemKeywords: ultra-clean micronized coal water slurry; ultrasonic treatment; process control; PXI; virtual instrument穷数的精细水煤浆制备过程控制技术