摘 要：本文介绍了陶瓷过滤机的工作原理及特点，并且针对其传统控制系统存在的不足，论述了实现国产HTG系列陶瓷过滤机智能控制方案。实践证明该方案实用新颖、效果显著，受到了用户的好评。
关键词：陶瓷过滤机；智能控制；PLC；设计及应用
1 引言
陶瓷过滤机是新一代高效节能的液固分离设备，目前已广泛应用于国内外铁精矿、铜精矿、铅精矿、铝精矿、镍精矿、金精矿、磷精矿及混精矿等行业，它是目前国际上公认的细粒级矿物过滤最新型的高效率、低能耗液固分离选矿设备，具有产量大、效率高、滤饼水份低及节能环保效果明显等优点，以其显著的社会经济效益现已彻底取代传统的园盘真空过滤机。
随着地球矿产资源的大量开采，地表矿物不断枯竭，品位逐渐降低，矿石性质越来越复杂，难选矿物使选矿工艺变得更加复杂，流程也越来越长。而陶瓷过滤机作为选矿厂的主要设备，对其性能及使用要求也在日益提高，尤其是对陶瓷过滤机的控制系统要求趋向网络化、智能化，已经提出了工厂无人化的设想和要求。衡量陶瓷过滤机的主要技经指标是产品的产能、含水量及回收率等，然而在实际生产中，由于影响陶瓷过滤机过滤性能的因素比较复杂，仍存在着种种问题。以往常规的控制系统操作陶瓷过滤机已远远不能满足当前选矿厂对选矿设备的要求。因此，实现陶瓷过滤机自控系统的创新设计意义重大。
针对上述问题，目前的HTG系列陶瓷过滤机自控系统经过技术人员多年来坚持不懈的探索、尝试、创新和改进，成为集计算机技术、智能技术和通讯技术等高新技术于一体的控制系统。目前，陶瓷过滤机主要需要创新与改进的地方分别是：（1） 具有微孔陶瓷过滤板保护装置；（2） 具有模糊控制超声波清洗功能的陶瓷过滤机；（3） 具有反冲洗压力自动调节功能的陶瓷真空过滤机；（4） 专用超声清洗机智能识别装置；（5） 智能定时保护装置；（6） 陶瓷过滤机专家智能控制系统。而HTG系列陶瓷过滤机是集微孔陶瓷过滤板、超声清洗技术、智能控制等十多项核心专利和多项创新科技成果为一体的高新技术设备。因此，它在高产优质、减人增效、节能降耗等方面较传统控制的陶瓷过滤机性能有显著的提高，具有很强的市场竞争力。
2 陶瓷过滤机工艺流程及特点
HTG系列陶瓷过滤机主要由转子系统（主轴、分配头、微孔过滤板等）、搅拌系统、给排矿系统、真空系统、滤液排放系统、刮料组件系统、反冲洗系统、联合清洗系统（超声波清洗、化学清洗）、自控系统、矿浆槽及机架等几大部分组成。槽体采用耐腐蚀不锈钢，起装载矿浆的作用；搅拌器在槽体内搅拌混合矿物料，避免矿物料的快速沉降；陶瓷过滤板安装在主轴（转子）上，主轴在可无级变速的减速机由变频电动机带动下旋转。陶瓷过滤机的工艺流程包括四个区域：滤饼形成（真空区）、滤饼干燥（干燥区）、滤饼刮除（卸料区）、清洗（反冲洗区）。陶瓷过滤机结构示意图如图1所示。
陶瓷过滤机采用亲水的微孔氧化铝陶瓷过滤板作为过滤介质，过滤层布满了许多微米级孔径的微孔，过滤开始首先在真空区时，浸没在矿浆料槽中的过滤板在被抽真空力的作用下，微孔中的毛细作用力大于真空所施加的力，使微孔中始终保持充液状态，只有水能够通过过滤板，而空气不能通过，真空度能保持在-0.095MPa以上，故能耗极低，而且滤饼含水量少。逐步抽取矿浆中的水份形成干燥的滤饼，在滤板表面形成一层颗粒堆积层，陶瓷板继续旋转，在干燥区滤饼进一步干燥，进入卸料区时被刮下，刮下的滤饼由皮带机输送到仓库。之后陶瓷过滤板进入反冲洗区，反冲液通过分配头进入陶瓷过滤板，反方向冲洗堵塞在过滤板微孔中的颗粒，而抽取矿浆中的滤液通过分配头进入真空桶连续排出，完成液固分离，至此完成一个过滤工艺流程周期。
3 智能控制系统硬件结构
3.1 智能控制系统主要硬件组成
陶瓷过滤机控制系统硬件主要由PLC、触摸屏、变频器、电磁气动阀、传感器及电器元件组成，采用PLC和触摸屏全自控。主要设备有：主轴（变频）、搅拌（变频）、超声波清洗机、过滤泵、真空泵、酸计量泵、配酸泵、润滑泵、恒压反冲泵、电磁气动阀有、加水阀、循环水阀、排水阀、吸水阀、真空阀、酸计量泵出口阀、吹堵阀、进料阀、出料阀、气反冲阀、放水阀、真空泵冷却水阀等等。陶瓷过滤机控制系统硬件框图如图2所示。
3.2 PLC
（1） 硬件配置
PLC是整个控制系统的核心，PLC选用美国罗克韦尔AB公司CompactLogix系列控制器1769-L32E（电池1769-BA），一个数字量输入模块1769-IQ16（16输入）、二个数字量输出模块1769-OB16（16输出）、二个模拟量输入模块1769-IF8（8输入）、一个模拟量输出模块1769-OF8C（8输出）。1769-L32E模块提供一个集成的EtherNet/IP端口，它由RS Linx软件在AB应用软件间建立以太网通信连接。1769-L32E模块支持6个可组态任务，支持梯形图、功能块、结构化文本和顺序功能图四种编程语言。
在陶瓷过滤机的生产工艺中涉及许多时滞、时变、非线性等复杂对象，而采用常规控制算法不能获得满意的控制效果。智能控制策略，如：模糊控制、专家控制、神经网络、遗传算法等在控制工程领域已经得到了广泛的应用。将不同的控制算法适当地相互结合并且取长补短，发挥整体优势，应用于陶瓷过滤机控制系统，获得了单一控制算法无法具备的控制效果。将陶瓷过滤机控制系统作为研究对象，根据能量平衡，分析了该对象的阶跃响应特点。以实验数据为基础，利用阶跃响应曲线法辨识出系统的数学模型。选用美国罗克韦尔AB公司的CompactLogix1769-L32E系列PLC作为控制器，将先进控制算法嵌入到PLC的常规控制系统，在应用Matlab进行智能算法仿真的基础上，采用结构化编程方法，利用RSLogix5000梯形图语言编制了专家控制过滤及模糊控制清洗算法，实现了PLC控制器对陶瓷过滤机控制系统的智能控制。
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