基於PID算法的密控及桶位平衡調節在龍固選煤廠的應用
創新發展
作者：武金龍 王煥忠 侯瓚學
摘要：文章著重介紹數字PID調節器在山東新巨龍能源有限責任選煤廠重介係統中，結合北京通尼科技的密度計傳感器與韓國泰克的氣動電控閥、美國進口E+H壓力傳感器，進行密控及桶位平衡調節，從而提高該重介洗選係統的效率，並更好地控製洗選指標。
關鍵詞：PID調節器；合介密度；桶位平衡；靜壓式液位計；桶位補水閥；重介係統
中圖分類號：TD928 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）31-0172-03
針對選煤廠合介密度及桶位平衡控製自動化，龍固選煤廠引入基於數字PID算法的調節。改造範圍包括上位機、PLC、旋流器入料口壓力表、密度計、合介泵泵前補水閥、桶位補水閥、靜壓式液
位計。
1 改造必要性分析
1.1 調度室方麵
改造前龍固選煤廠的重介係統密度及桶位調節純粹為手動方式，集控員需要時刻關注上述參數指標的變化，並適當進行人工調節以控製係統密度穩定及桶位平衡，作為調度中心的集控室還需要兼顧處理各個崗位反饋的現場問題信息，工作量特別大且非常緊湊。
1.2 生產車間現場
改造前使用的密度計由於使用時間過長，儀表老化，傳感器不穩定，反饋回的密度值不準確，現場補水閥等均為電控閥，反應速度相比氣動閥要慢，在日常頻繁的調節過程中且易出現故障，導致選煤過程中指標難以更好地控製，影響生產質量。現場部分壓力表為現場顯示，未引入到集控室，且有個別壓力表出現故障，示數不準確，造成調度中心不能及時準確方便地觀察控製該參數。
為了科學有效地提高調度中心集控室的工作效率，提高密度測量的準確度，減少現場補水閥的故障發生率，使選煤廠可以更好地控製各項生產指標，達到高質量高效率的運營，本次龍固選煤廠重介係統改造采用基於數字PID的算法控製密度準確穩定和桶位平衡，更換現場密度計儀表、安裝新壓力傳感器並傳輸信號到集控室便於觀察控製、安裝氣動電控閥替換舊的電液閥門。
2 數字PID調節器在龍固選煤廠重介密度控製及桶位平衡係統中的應用
重介選煤密控係統的目的就是使測量密度值跟蹤、趨近直至等於設定值。由於選煤工藝決定了在正常生產過程中合格介質的密度呈上升趨勢，故測控係統是通過補加水來實現控製合格介質密度的。
由於水循環係統中的損耗，車間重介係統桶位整體趨勢為下降，所以增加補水閥實現桶位平衡。為了控製密度穩定，桶位平衡，龍固選煤廠引入了數字PID調節，分為手動和自動兩種方式。手動下，由人工進行操作，自動下，則通過數字PID自動調節控製。
PID（比例-積分-微分）控製器作為最早實用化的控製器已有70多年曆史，現在仍然是應用最廣泛的工業控製器。PID控製器簡單易懂，使用中不需精確的係統模型等先決條件，因而成為應用最為廣泛的控製器。
數字PID控製器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其輸入e（t）與輸出u（t）的關係為：
u（t）=kp[e（t）+1/TI∫e（t）dt+TD×de（t）/dt]
式中積分的上下限分別是0和t，因此它的傳遞函數為：G（s）=U（s）/E（s）=kp[1+1/（TI×s）+TD×s]
其中kp為比例係數；TI為積分時間常數；TD為微分時間常數，隻要合理地調節以上三個參數即可科學準確地實現密度調節和桶位平衡。
2.1 密度控製係統
為了確保合格介質桶的密度穩定到工藝所需的要求，在合格介質泵出口管道上安裝放射性同位素密度計來連續測量密度值，即過程變量PV，通過密度轉換器轉變成標準的4-20mADC信號送給PLC。在PLC內部的數字PID調節器，通過對給定值（SP）與過程變量（PV）之間差值（△=SP-PV）的運算，輸出到現場的補水閥去控製介質的穩定。如下圖所示：
2.1.1 係統調節過程。在生產過程中，如果係統受到外來幹擾而使運行工況發生偏移時，數字PID調節器能進行必要的操作來抵消幹擾的影響，以使運行工況恢複正常。具體調節過程分以下兩種情況：