浮選機(jī)液位和充氣量自動控制系統(tǒng)

黃 鶴，才 超

(1.北京礦冶研究總院，北京 100160;2.中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

1 引言

在浮選過程控制中，傳統(tǒng)人工手動調(diào)節(jié)方式的準(zhǔn)確性和及時(shí)性均難以得到保證。而現(xiàn)代浮選自動化控制系統(tǒng)，不但克服了人工調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)，而且通過對浮選過程的穩(wěn)定控制與優(yōu)化控制，降低了浮選生產(chǎn)的能耗，提高了精礦產(chǎn)量、質(zhì)量，增加了金屬回收率，為選礦廠帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)減輕了現(xiàn)場操作工人的勞動強(qiáng)度。

2 浮選機(jī)液位檢測系統(tǒng)

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，常用的礦漿槽液位檢測儀表有電容式液位計(jì)、吹氣式液位計(jì)、超聲波液位計(jì)和激光液位計(jì)等［1－2］，經(jīng)過長期的現(xiàn)場實(shí)踐總結(jié)激光液位計(jì)具有誤差小，測量精確，同時(shí)由于是非接觸式測量，使用壽命長、穩(wěn)定可靠、維護(hù)工作量很小，長期工作也不會產(chǎn)生位置漂移的現(xiàn)象，無需再進(jìn)行儀表的校對的優(yōu)勢。因此，本項(xiàng)目最終選定激光液位計(jì)作為液位檢測元件。液位檢測系統(tǒng)由液位計(jì)、液位計(jì)支架、隔泡筒、浮球、浮桿、反射盤組成。隔泡桶可以有效阻隔由于攪拌和浮選機(jī)充氣而產(chǎn)生的浮選泡沫的進(jìn)入，從而消除泡沫對礦漿液位測量的干擾，保證了測量的準(zhǔn)確性。此外該結(jié)構(gòu)中還考慮了沖洗裝置，用以減少礦漿在浮球表面的粘結(jié)，避免了由于礦漿粘結(jié)導(dǎo)致的浮球下沉而導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。

圖1 液位檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)工作原理如下:激光液位計(jì)發(fā)出的光照射到反射盤上被反射，當(dāng)浮選槽內(nèi)的液位發(fā)生變化時(shí)，浮球就會隨液位變化而上下浮動，此時(shí)浮桿帶動反射盤隨浮球上下浮動，從而引起激光液位計(jì)的測量值發(fā)生變化。液位測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本項(xiàng)目中，根據(jù)實(shí)際工況液位計(jì)的量程設(shè)定為0～500mm，液位計(jì)測量值與液位設(shè)定值同時(shí)送至現(xiàn)場控制箱內(nèi)的PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行計(jì)算，PID調(diào)節(jié)器輸出控制信號用于控制液位氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，以達(dá)到使浮選機(jī)液位維持在設(shè)定值的目的，控制過程如圖2所示。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際測試，液位檢測、控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定，控制精度可以達(dá)到±10mm。

圖2 浮選液位控制原理圖

3 浮選充氣量檢測系統(tǒng)

浮選充氣量控制系統(tǒng)由熱式流量計(jì)、氣動調(diào)節(jié)蝶閥、PID調(diào)節(jié)器組成。熱式流量計(jì)采用熱擴(kuò)散技術(shù)，將帶有2個(gè)鉑電阻的熱式流量計(jì)插入到介質(zhì)中，其中一個(gè)鉑電阻被加熱到環(huán)境溫度，另一個(gè)用于感應(yīng)介質(zhì)溫度。介質(zhì)流速增加，介質(zhì)帶走的熱量增多，兩個(gè)溫度傳感器的溫度差將隨介質(zhì)的流速變化而變化，根據(jù)溫度差與介質(zhì)流速的比例關(guān)系，可得出流體的流量。與常用的孔板、渦街和差壓式均速管、文丘里流量計(jì)相比較，熱式流量計(jì)有如下優(yōu)勢［3－4］:

(1)測量氣體的質(zhì)量流量或標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，無需進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償;

(2)量程比大，可測流速范圍為:0.1～100Nm/s，可以覆蓋一般工業(yè)生產(chǎn)的流速測量范圍;

(3)儀表精確度高(精度:±0.5%滿量程)，性能穩(wěn)定(重復(fù)性:±0.5%讀數(shù))，幾乎無壓力損失，對管道振動不敏感;

(4)結(jié)構(gòu)簡單，采用316不銹鋼探桿和哈氏合金C熱套管傳感器，不怕臟污或腐蝕，不存在堵塞問題。可選配不斷流裝拆裝置，可實(shí)現(xiàn)不停氣維修，簡便易行;

(5)插入式熱式流量計(jì)體積小，安裝、運(yùn)輸方便。

流量計(jì)輸出4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號。本系統(tǒng)選用的熱式流量計(jì)為插入式，流量檢測范圍為0～80Nm3/min。安裝維護(hù)方便簡單且測量精度可以達(dá)到±1%。

充氣量控制原理如圖3所示:安裝在風(fēng)管上的熱式流量計(jì)的測量值與風(fēng)量的設(shè)定值同時(shí)送至現(xiàn)場的就地控制箱內(nèi)的PID調(diào)節(jié)器中，調(diào)節(jié)器經(jīng)過運(yùn)算處理輸出控制信號到智能電/氣閥門定位器上，控制氣動調(diào)節(jié)蝶閥的開度以達(dá)到控制浮選機(jī)充氣量的目的。

圖3 充氣量控制原理圖

4 液位和充氣量控制系統(tǒng)

本套浮選控制系統(tǒng)分為就地控制和遠(yuǎn)程控制兩部分。

圖4 浮選過程控制器的現(xiàn)場安裝

就地控制箱安裝在相應(yīng)的浮選機(jī)旁，便于現(xiàn)場操作。如圖4所示。就地控制系統(tǒng)是基于MCGS組態(tài)軟件建立的觸摸屏監(jiān)視畫面［5］。在生產(chǎn)過程中，觸摸屏實(shí)時(shí)采集、顯示液位、充氣量的測量值和調(diào)節(jié)閥的開度等參數(shù)。并且，就地控制箱還具有歷史曲線觀測的功能，通過現(xiàn)場觸摸屏觀察歷史曲線、調(diào)出各參數(shù)的變化趨勢，可以為現(xiàn)場PID參數(shù)設(shè)定提供準(zhǔn)確的依據(jù)。就地控制箱內(nèi)部設(shè)有PID調(diào)節(jié)器，通過箱體表面的觸摸屏可進(jìn)行PID參數(shù)、控制周期的調(diào)整以及液位、充氣量值的設(shè)定。

圖5 基于MCGS組態(tài)軟件的就地操作監(jiān)視畫面

位于控制室內(nèi)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、顯示器和PLC等，用于整個(gè)浮選過程的集中遠(yuǎn)程監(jiān)控。就地控制箱內(nèi)的數(shù)據(jù)通過Modbus－RTU協(xié)議傳到遠(yuǎn)程控制箱中，并與上位機(jī)通過TCP/IP協(xié)議通訊。此外，遠(yuǎn)程控制箱內(nèi)還預(yù)留了Profibus－DP通訊接口，可以將PLC采集的數(shù)據(jù)通過Profibus－DP通訊傳送至全廠的中央控制系統(tǒng)中，便于集中監(jiān)控管理。浮選過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示:

圖6 浮選過程控制系統(tǒng)的組成

整個(gè)控制系統(tǒng)基于力控軟件開發(fā)了的上位機(jī)的 監(jiān)控畫面，畫面如圖7所示:

圖7 上位機(jī)畫面

在控制室的上位機(jī)可以清楚的顯示每個(gè)浮選過程的液位、充氣量的具體數(shù)值，以及閥門的開度，實(shí)現(xiàn)工藝過程遠(yuǎn)程監(jiān)視。在就地控制箱上可以選擇“遠(yuǎn)程/就地”切換。當(dāng)就地控制箱中選擇“就地”時(shí)，參數(shù)設(shè)置全部由現(xiàn)場操作人員完成，當(dāng)就地控制箱選擇“遠(yuǎn)程”的時(shí)候，參數(shù)設(shè)置由中央控制室的操作人員控制，實(shí)現(xiàn)了浮選液位、充氣量的遠(yuǎn)程控制。

5 結(jié)語

本套浮選過程液位和充氣量的控制系統(tǒng)在金川集團(tuán)某選礦廠已經(jīng)得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了浮選過程液位和充氣量的自動控制。該系統(tǒng)自投產(chǎn)3個(gè)月以來，運(yùn)行穩(wěn)定。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)狀況，該系統(tǒng)在保證精礦品位的前提下，使精礦的產(chǎn)量得到很大程度的提高。此外，由于使用本套自動控制系統(tǒng)，現(xiàn)場浮選工人數(shù)量減少1/3，并且很大程度的減少了浮選工人的勞動強(qiáng)度。

浮選機(jī)浮選過程中的液位和充氣量的單參數(shù)閉環(huán)控制是實(shí)現(xiàn)浮選過程自動控制的第一步［6］。目前，國內(nèi)外已有公司開發(fā)出浮選過程控制的多參數(shù)專家系統(tǒng)，并開始在浮選過程中應(yīng)用。在實(shí)際中的應(yīng)用效果有待考察、總結(jié)后推廣應(yīng)用。

［1］ 榮國強(qiáng)，劉炯天等.大型浮選設(shè)備礦漿液位檢測控制系統(tǒng)的研究［J］.中國礦業(yè)，2007(5):51－54.

［2］ 駱冬玲.50 m3浮選機(jī)礦漿液位自動控制系統(tǒng)［J］.有色金屬，2005(4):81－83.

［3］ 林曉毅.插入式熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用［J］.自控技術(shù)應(yīng)用，2012(2):61－63.

［4］ 劉燕，丁鋼.熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在焙燒爐系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.甘肅冶金，2012(2):120－122.

［5］ 水娟，劉淮霞.MCGS工控組態(tài)軟件在煤礦主通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.煤炭工程，2006(11):107－109.

［6］ 喻玲玲.浮選機(jī)液位和充氣量自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2008(5):33－35.