選礦全流程自動(dòng)化的實(shí)踐與探索

【摘 要】目前采礦業(yè)向全流程自動(dòng)化方向的步伐越來(lái)越快，選礦設(shè)備越來(lái)越智能化、大型化，選礦的工藝也隨之不斷提高，但國(guó)內(nèi)的礦物資源也變得越來(lái)越少，我國(guó)的選礦流程遵循著“方案合理、技術(shù)先進(jìn)、操作方便、運(yùn)行可靠”的原則發(fā)展自動(dòng)化控制選礦，使用集散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制設(shè)備運(yùn)行，主要是通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、在線品位分析儀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、在線線粒度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及無(wú)線有線通訊系統(tǒng)等監(jiān)測(cè)和控制設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】選礦全流程；自動(dòng)化；實(shí)踐與探索

對(duì)選礦工作造成影響的因素復(fù)雜多變，建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型和比較精確的控制關(guān)系是很困難的，同時(shí)選礦工作有較長(zhǎng)的滯后時(shí)間，對(duì)使用反饋信息控制造成影響，效率低下，甚至可能出現(xiàn)無(wú)法控制的情況，所以實(shí)行單元作業(yè)流程控制，通常把一個(gè)完整的生產(chǎn)過(guò)程劃分成若干個(gè)作業(yè)控制單元，然后通過(guò)對(duì)各個(gè)單元過(guò)程特點(diǎn)的分析采用適當(dāng)?shù)目刂品椒?，控制單位作業(yè)流程進(jìn)行工作。

一、基于集散控制系統(tǒng)的過(guò)程控制系統(tǒng)

過(guò)程控制系統(tǒng)被劃分為2個(gè)等級(jí)。1.操作管理級(jí)（包含了工程師站ES、操作站OS和網(wǎng)關(guān)GS），操作管理級(jí)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)監(jiān)控操作（趨勢(shì)顯示、預(yù)定義及自由格式動(dòng)態(tài)畫(huà)面顯示、報(bào)表打印和硬件診斷和彈出式報(bào)警及操作指導(dǎo)信息等）和配方管理及數(shù)據(jù)交換等管理功能。2.過(guò)程控制級(jí)（主要是現(xiàn)場(chǎng)控制器AC800F和過(guò)程站PS），過(guò)程控制級(jí)實(shí)現(xiàn)了回路調(diào)節(jié)、順序控制、高速邏輯控制和批量間歇控制等等復(fù)雜控制。同時(shí)整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)又被分為3層：設(shè)備層、控制層以及操作管理層。設(shè)備層和控制層通過(guò)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了各個(gè)分站和主控PLC（可編程邏輯控制電路）之間的數(shù)據(jù)交換。[1]

二、基于在線粒度分析儀和在線品味分析儀的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.在線粒度分析儀

賽默飛世爾生產(chǎn)出型號(hào)為MultipointTM PSM-400的礦漿粒度在線分析儀，該分析儀能夠?qū)Χ喾N粒度磨礦進(jìn)行輸出，進(jìn)而對(duì)磨礦粒度分布進(jìn)行分析。它的優(yōu)點(diǎn)是：使用期限長(zhǎng)、樣品抽取速率高、對(duì)固體的粒度和百分比讀數(shù)速率高（達(dá)到20%每秒），另外由于超聲波的傳輸會(huì)受到空氣的影響不能準(zhǔn)確工作，它還能夠脫去被抽取樣品中的空氣。工廠電腦通過(guò)串行接口接收樣品數(shù)據(jù)，然后對(duì)樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。[2]工廠通過(guò)對(duì)每臺(tái)磨機(jī)磨礦粒度和溢流粒度的在線檢測(cè)，然后反饋粒度信號(hào)給集散控制系統(tǒng)，對(duì)磨機(jī)的加料量進(jìn)行控制，使磨機(jī)的效率得到提高、產(chǎn)能增加，將粒度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，提高了工藝水平。

2.在線品位分析儀

在進(jìn)行選礦工作時(shí)，選礦藥劑的用量隨著礦石處理量和礦漿品位的變化而變化。以前都是在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)礦石進(jìn)行分析，這種方法所需時(shí)間長(zhǎng)，滯后于生產(chǎn)而不能用這種方法指導(dǎo)生產(chǎn)，之前選礦藥劑都是依靠選礦廠的浮選操作人員的自身經(jīng)驗(yàn)，對(duì)浮選泡沫和礦漿品味進(jìn)行目測(cè)，然后根據(jù)以往的情況添加一定量的藥劑，這種方法對(duì)操作人員的工作態(tài)度和技術(shù)水平有很高的要求，若是操作人員疏忽就會(huì)對(duì)工藝指標(biāo)造成很大的影響，使尾礦回收率和產(chǎn)品的合格率不盡人意。賽默飛世爾生產(chǎn)的多流道分析儀（MSA）在線分析設(shè)備，該設(shè)備可以被當(dāng)做一個(gè)持續(xù)快速工作的實(shí)驗(yàn)室，能夠在線對(duì)礦漿中的非金屬元素和多種金屬品位進(jìn)行檢測(cè)。使用該設(shè)備能夠提高生產(chǎn)過(guò)程中的金屬回收率和生產(chǎn)效率。

3.尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種自動(dòng)化的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以分為監(jiān)測(cè)管理中心和監(jiān)測(cè)站。監(jiān)測(cè)站的任務(wù)是在線獲取檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，設(shè)置在尾礦庫(kù)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)；監(jiān)測(cè)管理中心負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的監(jiān)控、展示、發(fā)布以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理等，設(shè)置在選礦廠。市、縣政府安全監(jiān)督部門和集團(tuán)監(jiān)控中心可以通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析和查看尾礦庫(kù)的運(yùn)行狀況。此外系統(tǒng)采用C＼S模式，在服務(wù)端就能對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示，除了必要的安全檢測(cè)外，系統(tǒng)還具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)查看、趨勢(shì)走勢(shì)查看、視頻查看、智能聯(lián)動(dòng)報(bào)警、報(bào)警數(shù)據(jù)查看以及預(yù)案管理系統(tǒng)設(shè)置等功能。[3]

三、選礦全流程控制方案

3.1制定全流程控制策略

所謂的全流程控制，就是相互協(xié)作控制全廠的關(guān)鍵變量，以達(dá)成一般以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為主的單一系統(tǒng)指標(biāo)，使得工廠各道工序變量獨(dú)立控制所獲得的效益比總體效益要低。全廠的關(guān)鍵變量為礦石的處理量，各個(gè)流程單元所處理的礦石量要達(dá)到平衡。通常選用知識(shí)庫(kù)控制系統(tǒng)作為協(xié)同控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)以規(guī)則修改調(diào)整點(diǎn)為依靠。并以模型規(guī)則、直觀推斷規(guī)則、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)則來(lái)達(dá)到控制的目的。

在出現(xiàn)某些緊急狀況的控制以及以協(xié)同為主優(yōu)化為輔的控制之中，我們以經(jīng)驗(yàn)規(guī)則來(lái)進(jìn)行直觀推斷。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)則囊括了無(wú)法做出精確模型預(yù)測(cè)的下級(jí)模式的識(shí)別方法。而對(duì)于像磁選、磨礦、浮選以及濃縮過(guò)濾流程這些化學(xué)及物理性質(zhì)都被我們精通的的子系統(tǒng)。及時(shí)當(dāng)下廠區(qū)都裝配了有一定水平的穩(wěn)定控制系統(tǒng)的選礦工作，甚至在一些重要步驟之中，我們還加入了監(jiān)督控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，但是這些小的部分更偏向于茫茫沙漠之中的綠洲，相互之間有間隔甚至是全部隔斷。所謂的全廠控制，即用一定的方法將這些綠洲連成一片。我們需要進(jìn)行以下步驟：一、明確利益目標(biāo)：裝配一件計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x器并熟悉設(shè)備的操作以及不同部件之間的互相影響；全廠進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)。下文列舉出協(xié)調(diào)策略的一個(gè)例子：（1）以磨選車間為主的選擇工廠的各個(gè)步驟的設(shè)備的利用效率。包括了浮選槽和磁選機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、球磨機(jī)的數(shù)量、旋流器的臺(tái)數(shù)，過(guò)濾機(jī)和濃密機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)系列數(shù)；（2）對(duì)目前加入的礦石的可磨性、可碎性以及可浮性進(jìn)行評(píng)估；（3）預(yù)估各個(gè)環(huán)節(jié)可以承載的極限處理量。[4]；（4）得出極限處理量，總結(jié)步驟（3）之中最小的結(jié)果，并算出目前選廠給料的速度；（5）以在線單元流程模型為基礎(chǔ)，計(jì)算出一個(gè)調(diào)整值能夠讓單元流程達(dá)到最佳功效。

通過(guò)上述的例子，能夠讓我們更加了解選礦流程協(xié)調(diào)策略的經(jīng)過(guò)，加深讀者的理解。

3.2控制子系統(tǒng)

選礦廠物料準(zhǔn)備之中最重要的一道工序，就是磨礦子系統(tǒng)的過(guò)程控制。在機(jī)器中被破碎、分級(jí)的礦石，其單體解離或近似于解離狀態(tài)，金屬富集和回收由選別過(guò)程達(dá)到。所以說(shuō)限制了選礦產(chǎn)品的質(zhì)量以及金屬回收率的主要原因就是磨礦的過(guò)程，選礦廠的生產(chǎn)的影響因素之一就是它，并且由于磨礦作業(yè)占選礦廠所需的總能耗的百分比超過(guò)百分之四十。所以自動(dòng)化控制的磨礦過(guò)程有它存在的意義。

磨礦分級(jí)期望使磨礦粒度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的前提之下還能將磨機(jī)的處理量盡量提升。以控制回路的方面來(lái)看，粒度指標(biāo)受到濃度、磨機(jī)的給礦量、旋流器溶液的濃度、分級(jí)機(jī)溢流的濃度等等許多的方面影響。

四、結(jié) 語(yǔ)

隨著時(shí)間的推移，人們愈發(fā)意識(shí)到選礦廠全流程控制給選礦廠所帶來(lái)的便利性以及經(jīng)濟(jì)效益的增加。由于全廠控制的各種設(shè)備已經(jīng)可以保證安全有效成熟地運(yùn)行，并且所需要的金額也在能夠接受的范圍之內(nèi)，那么我們眼下唯一存在的阻礙，就成了沒(méi)有出臺(tái)相應(yīng)的協(xié)調(diào)政策。本文所提出的這一系列方法，不但使得選礦廠的生產(chǎn)過(guò)程安全可靠，而且把磨機(jī)的負(fù)荷、磨礦的粒度、濃縮脫水過(guò)程這幾個(gè)因素之間協(xié)調(diào)控制提升到了全新的高度，令精礦品質(zhì)和金屬回收率得到了提升、消耗的資源得到了降低、對(duì)環(huán)境的污染也盡量做到了最小。

參考文獻(xiàn)

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[2]錢建鋒，馬鋼.2130酸軋機(jī)組過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)介紹[J].硅谷，2011年14期

[3]馮曙光，趙延平.DCS控制系統(tǒng)在破乳劑生產(chǎn)線中的運(yùn)用[J].中國(guó)信息界，2011年07期