變頻器與DCS系統在地槽礦漿輸送控制中的應用

礦漿輸送泵控制方式，針對存在的問題，重新設定變頻器參數，并通過與DCS組合控制，對DCS系統的PID控制進行調節，實現漿池液位跟蹤控制，使控制曲線穩定，達到控制目的。

　　關鍵詞 地槽礦漿 輸送泵 變頻器 DCS系統 PID控制 液位跟蹤

　　1 工藝示意圖及說明

　　圖1是精礦濃密系統的磷礦礦漿輸送工藝示意圖。原料廠80萬噸/年磷礦礦漿浮選裝置是把球磨機磨出的低品位礦漿經工藝處理后提高單位密度礦漿的磷含量，再經過濃密系統的沉降，輸出生產所需的精礦漿，然后經濃密槽排出，進入圖1所示的地槽漿池，zui后由地槽礦漿輸送泵輸送到20m高處的精礦漿槽(地槽輸送管道以水平彎曲管道和斜坡管道組成，長度50m左右)。由于礦漿濃度和黏度的關系，很容易造成地槽輸送管道堵塞，因此在地槽礦漿輸送泵出口并未安裝止回閥，即當地槽礦漿輸送泵停止后，管道內的礦漿將因高差而自動退回地槽漿池。

　2 地槽礦漿輸送泵的控制方式

　　地槽礦漿輸送泵為立式泵，流量Q為160m3/h，揚程H為40m，輸送管道為ф159的碳鋼管，配套電機功率為55kW;采用變頻調速，通過現場機旁安裝操作柱來控制啟/停。變頻器頻率給定有手動和自動兩種方式，通過DCS系統切換。手動控制時，通過手動輸入來給定變頻器頻率;切換到自動控制后，通過地槽漿池的超聲波液位計所測得的實際液位來控制變頻器的頻率給定，實現PID控制。正常運行時，地槽礦漿輸送泵采用自動控制。在調試和采用水作為原料的試運行過程中，這種采用超聲波液位計的PID自動控制方式運行正常。

　　3 存在的問題

　　濃密系統投運后，多次發現地槽漿池滿槽溢出，初步判斷是超聲波液位計未起作用。于是對液位計進行檢查、校驗，結果正常。經DCS操作人員觀察，變頻器的給定頻率波動大，尤其是頻率下降得很快，而回升卻不及時，造成變頻器低速運行跳閘，而地槽漿池小，導致礦漿滿槽溢出。查看PID曲線，發現曲線波動大，且PID控制給定頻率跟蹤液位不穩定，圖2為未整定前的曲線。

頻率給定值隨液位波動大，造成地槽漿池不是滿槽就是池干見底。現將礦漿濃密系統地槽立式輸送泵存在的問題總結如下：

　　(1)低速運行跳閘，卻并未報低速運行超時故障;

　　(2)正常停機后，變頻器在高頻率下手動控制不能啟動，DCS將頻率給定降為低頻后，才能啟動;

　　(3)DCS系統PID控制不穩定，變頻器增速、減速波動太大;

　　(4)PID液位自動控制變頻器調速時，在低液位使變頻器頻率降低，當液位回升后，頻率不能及時回升，造成漿池滿槽溢出;

　　4 原因分析

　　下面對上述問題逐一進行分析。

　　(1)原工藝要求是當地槽礦漿輸送泵停止后，礦漿會因高差而自動退回地槽漿池。但是在現場發現，在地槽礦漿輸送泵沒有停止的情況下，只要變頻器頻率降到一定值以下時，輸送泵就會因高差壓力而不能輸出礦漿，導致管道里的礦漿退回地槽漿池。此時，液位計仍處于低位，變頻器的給定頻率下降很快，電機也在降速，而輸送泵卻因管道礦漿退回而反轉，迫使變頻器因反拉制動而跳閘。

　　(2)正常停機后，高頻率下手動控制不能啟動的原因是礦漿退回地槽漿池后，礦漿會堵塞立式泵[微軟用戶1] ，導致立式泵[微軟用戶2] 高速運轉，從而使變頻器制動。

　　(3)PID控制的 I(積分)調節是為了消除余差，即消除PV(實際控制值)和SV(目標值)之間的余差。余差越接近目標值，控制就越穩定，給定頻率將實時跟蹤液位。這個I值可以根據計算得出，也可以通過人為調節而確定一個穩定的經驗值。

　　(4)因為地槽漿池太小，地槽礦漿輸送泵輸送過快，地槽漿池很快見底;輸送過慢，又會造成地槽漿池很快滿槽溢出，所以需要對PID控制的參數P(比例)進行調節。這個P值可以通過計算得出，也可以通過人為調節而確定一個穩定的經驗值。

　　5解決措施

　　對于問題(1)和(2)，只需將變頻器的低頻率運行閥值從0Hz改為30Hz，并將變頻器的加/減速時間改為10s(廠家默認值為3s)。這樣無論手動控制還是自動控制，變頻器zui低運行頻率都為30Hz，從而確保礦漿不會順著管道退回地槽漿池，也能使變頻器低頻率啟動。變頻器的低頻率運行閥值是地槽礦漿輸送泵克服管道里的礦漿高差壓力輸送礦漿的zui小頻率值，可通過泵參數、電機參數、礦漿濃度、管道長度以及高差來計算得出，這里的30Hz是一個經人為調節而確定的穩定值。

　　問題(3)和(4)主要涉及PID控制問題，可以通過傳函數的關系，計算出P和I的值，再根據實際運行，進行微量調節，使其滿足工藝要求。當對I值輸入1.00%，將P值調為30左右時，就可保證地槽漿池的液位在一個比較恒定的范圍內，不會滿槽溢出，也不會池干見底。整定后的曲線如圖3所示。

　PV經過兩個波峰之后逐漸衰減，并向控制目標SV曲線靠近，即PV值跟蹤SV值(的效果是PV與SV重合);而MV也由兩個波峰之后逐漸變為一穩定值，其大小由漿池的進料多少決定。只要進料改變，測量值PV就會改變，MV也會改變，同圖3一樣，經過兩三個波峰后，又會達到平穩，這就是系統需要實現的控制目標。