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;PⅪI;虚拟仪器中图分类号:TQ536;TP206·.1文献标识码:A文章编号:100646772(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声化麦精细浓装的六内先楚艺亮-0.m@mPXI( 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数据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压力;温度传感器监测水煤浆温度,通过开关冷却测要求器调节温度;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100μm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Iμs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。这种方法与常规的水煤浆2自动控制系统的硬件结构制备方法相比设备结构简单能耗低、易于实现自动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的一种开放性、模块化仪器总线规范,它将PCI统输入输出信号如图1所示。液位传感器监测进料总线技术发展成适合于测量与控制场合应用的机械牧稿日期: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。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3; 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;LabⅤEW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In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,开发效率更髙。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;PXI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数据显控制系统如图2所示。PⅪI系统包括4槽的PXI数据采集1031机箱、P4-M2.2G的PXI-8196主控制器和PXI数据发布622l1多功能数据采集模块。PXI-6221具有16路据分析串口通散据管理16位AD转换器、250kS/s釆样率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拉度仅322串口出料阀门升关仙号脉冲信匚流量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慢型输入温度传感器数据。数据分析模块通过自学习得到一组优化的温A开位开位工a度压力和超声频率参数当本媒制备过程控制在这组参数范围内时,可以在最短时间、用最低能耗达压力传感器6221模拟输出到粒度及其分布曲线的要求。自学习过程采取单因[交频调速器PXI系统素实验法,单次实验将超声频率做为影响精细水煤出功丰放人器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高低电平实现。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釆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-622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6的模拟输出通道输出0~5V电压信号给变频调速(1)器来控制压缩机电机的转速。PXI-6221另一路模a()=k(+拟输出通道输出正弦信号,通过功率放大器以后给式中K—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PX1-6221的计数器输入通道。T积分时间;3自动控制系统的软件7微分时间。程序中生成一个正弦信号确定超声振荡的频率自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编制。 LabVIeW是目前最流行的虚拟仪器软件开料开关和出料开关。煤炭燃烧全国中文核心期刊矿业类被心期刊《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/pmDatasocket的网络技术,它建立在TCP/P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,Lb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等大型数据库链參考文献: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技术的研究[J].煤炭学报,2004,29(2):226~119据与曲线区间粒度分布数据与直方图等重要技术[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0.76μm,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/kg。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[门].沽净煤技术,2007,13(2):59-614结论[5]雷振山.LabⅤEW7Expr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6]刘兆妍,姚征基于ADAM510和 LabVIEW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)PXI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, ChinaAbstract: 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 systemadopt virtual instrument. The technics parameters are optimized by auto-training. Ultrasonic treatment process of ultra-clean micronized coal water slurry preparation has been autocontroled according to the optimized 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