有關(guān)磨礦自動化控制系統(tǒng)的研究

王曉艷

引言：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，磨礦已經(jīng)告別了傳統(tǒng)的控制方法，廣泛應(yīng)用自動化控制系統(tǒng)，并且在實(shí)際應(yīng)用中效果良好，使得產(chǎn)品合格率提高、能源消耗降低、生產(chǎn)效率增大。本文結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)分析磨礦自動化控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況，進(jìn)一步介紹控制系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)自動控制。

一、磨礦過程自動控制

磨礦過程是整個(gè)選礦工業(yè)的核心部分，它起著承上啟下的關(guān)鍵作用。由于磨礦過程具有大慣性滯后、多變量耦合、邊界條件波動等特性，無法直接有效而準(zhǔn)確地測量磨機(jī)負(fù)荷。以前國內(nèi)的磨礦自動化程度較低，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低、能源消耗大、磨礦過程的各項(xiàng)指標(biāo)合格率較差，對于磨礦過程的上述特點(diǎn)，傳統(tǒng)的過程控制自動化很難奏效，故而引入綜合自動化系統(tǒng)才是解決問題的關(guān)鍵。

本文根據(jù)車間球磨機(jī)的具體情況，針對磨礦過程的原理、技術(shù)要求和工藝特點(diǎn)，解析由過程管理、智能優(yōu)化和過程控制三層結(jié)構(gòu)組成的磨礦過程綜合自動化系統(tǒng)，到最終實(shí)現(xiàn)綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化的過程。

二、工藝簡介

原礦由給料機(jī)和調(diào)速皮帶送入球磨機(jī)內(nèi)，經(jīng)過研磨后，再經(jīng)過旋流器的溢流分級作用，符合選別要求的的礦漿將進(jìn)入后續(xù)作業(yè)，不符合要求的礦漿以沉砂的形式再回到球磨機(jī)中進(jìn)行研磨。

整個(gè)磨礦過程中，最關(guān)鍵的工藝指標(biāo)是旋流器溢流粒度。影響整個(gè)磨礦過程的主要因素有給礦量、球磨機(jī)筒體內(nèi)的礦漿濃度、旋流器的礦漿濃度等。保持球磨機(jī)給礦量的相對穩(wěn)定，使其不波動或者在允許范圍內(nèi)小幅波動，對磨礦過程至關(guān)重要，同時(shí)在保證球磨機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，應(yīng)保證球磨機(jī)始終運(yùn)行在最佳負(fù)荷區(qū)間。為了保證旋流器產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，必須對旋流器的給礦壓力加以控制，防止大幅波動。旋流器的溢流粒度與給礦濃度有一定的關(guān)系，此參數(shù)配合將是控制旋流器分級效率的重要參數(shù)。

三、控制策略介紹

（一）磨機(jī)恒定給礦

磨機(jī)給礦的控制方案主要分三類：不考慮礦石性質(zhì)和磨礦條件變化的恒定給礦自動控制系統(tǒng)、考慮礦石性質(zhì)和磨礦條件變化的自動控制系統(tǒng)、自尋最佳的自動控制系統(tǒng)。根據(jù)車間的現(xiàn)場情況和國內(nèi)磨礦給礦應(yīng)用現(xiàn)狀，本車間選擇自尋最佳的自動控制方案。調(diào)速皮帶的控制采用現(xiàn)場操作箱控制和遠(yuǎn)程PLC控制兩種方式，當(dāng)調(diào)速皮帶由現(xiàn)場切換到遠(yuǎn)程PLC控制時(shí)，采用無擾動切換的方式。

（二）球磨機(jī)給水控制

磨礦過程中給入磨機(jī)的水量多少直接影響磨礦效率和磨機(jī)質(zhì)量。如果磨機(jī)內(nèi)礦漿濃度太大，它將限制礦石和鋼球下落，并且起緩沖墊的作用。最后由磨機(jī)離心力的作用，使全部礦漿變濃厚而附著在磨機(jī)筒身內(nèi)壁上，使磨礦作用減少到零。為此，必須保證磨機(jī)內(nèi)磨礦濃度適宜，以便發(fā)揮磨機(jī)的最大磨礦效率。在磨機(jī)內(nèi)直接測量礦漿濃度，目前仍無法解決，一般多采用定值控制或者按礦石比率控制給水量的方法實(shí)現(xiàn)控制磨礦機(jī)內(nèi)礦漿濃度。

在礦石的濕度、沉砂量及沉砂濕度變化不大的情況下，磨機(jī)內(nèi)礦漿濃度主要取決于向磨機(jī)內(nèi)所加入的礦量及水量。該處磨機(jī)的給水量采用與給入磨機(jī)實(shí)際礦量成比率的方案控制，該系統(tǒng)中檢測元件采用電磁流量計(jì)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用氣動調(diào)節(jié)蝶閥。氣動調(diào)節(jié)閥的控制采用現(xiàn)場操作箱控制和遠(yuǎn)程PLC控制相結(jié)合的方式，當(dāng)由現(xiàn)場控制箱切換到遠(yuǎn)程PLC控制時(shí)，實(shí)現(xiàn)無擾動切換的功能。

（三）旋流器礦漿濃度控制

旋流器溢流礦漿是磨礦作業(yè)最終產(chǎn)品，其粒度受旋流器進(jìn)漿濃度的影響極大。根據(jù)工藝流程的特點(diǎn)，通過調(diào)整加入磨機(jī)泵池中水的流量的方式來調(diào)整旋流器給礦管的濃度。該回路濃度控制采用了串級開環(huán)控制，輔助回路調(diào)節(jié)給水流量，主回路調(diào)節(jié)濃度。檢測元件為電磁流量計(jì)和粒度儀，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為氣動調(diào)節(jié)蝶閥，控制單元為PLC。氣動調(diào)節(jié)蝶閥的控制采用現(xiàn)場操作箱控制和遠(yuǎn)程PLC控制兩種方式，當(dāng)氣動調(diào)節(jié)蝶閥由現(xiàn)場控制切換到遠(yuǎn)程PLC控制時(shí)，采用無擾動切換的方式。

（四）旋流器分級穩(wěn)定控制

穩(wěn)定的旋流器進(jìn)料壓力是保證分級效果的關(guān)鍵。由于旋流器壓力受旋流器進(jìn)料流量的影響，而礦漿池液位受控于礦漿流量。要使旋流器進(jìn)料壓力穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，必須放寬對泵池液位的約束，因此，用超聲波液位計(jì)測量液位并傳送至PLC系統(tǒng)，設(shè)置液位的上限、上上限、下限、下下限等報(bào)警狀態(tài)（可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況決定）。采用分段控制策略，確保旋流器分級穩(wěn)定。

（五）旋流器溢流粒度、濃度檢測

粒度合格的入選礦漿，對于提高浮選指標(biāo)，保證回收率和精礦品位有重要意義，會為企業(yè)帶來更大經(jīng)濟(jì)效益。通過粒度分析儀測量的旋流器溢流粒度情況去指導(dǎo)球磨機(jī)的給礦量、給水量、旋流器的工作壓力等，可以實(shí)現(xiàn)磨礦產(chǎn)品粒度穩(wěn)定的目的，例如，如果檢測到旋流器溢流的粒度過細(xì)，則在保證一定的粒度情況下，可以加大給礦量，提高磨機(jī)的處理量，反之粒度過粗時(shí)則減小，以保證溢流礦漿的粒度，在此過程中，設(shè)置給礦量設(shè)定值的高低限，防止出現(xiàn)“脹肚”或“空砸”，從而減少磨機(jī)過磨或欠磨，提高磨機(jī)處理量和磨機(jī)效率。

（六）附加功能

為了使磨礦車間的操作人員能夠方便地了解磨機(jī)的運(yùn)行情況，在磨礦車間配備了LED大屏幕，用來實(shí)時(shí)顯示球磨機(jī)的電耳、功率、給礦量、補(bǔ)加水量、旋流器的溢流粒度、旋流器的溢流濃度等參數(shù)，從而為現(xiàn)場操作人員掌握磨機(jī)的運(yùn)行情況提供依據(jù)。

四、控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)軟件采用Windows2003和WinCC，該項(xiàng)目中主要實(shí)現(xiàn)的功能有提供友好的人機(jī)操作界面，可以實(shí)時(shí)顯示磨礦過程參數(shù)數(shù)據(jù)（礦量、水量、壓力、液位等），用戶可以對過程參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整和操作；實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（遠(yuǎn)程控制/就地控制，運(yùn)行/停止等）；實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)報(bào)警功能（礦量過小，泵池液位高低限報(bào)警）；提供各個(gè)控制回路的實(shí)時(shí)控制曲線，通過曲線可以觀察控制效果；提供歷史曲線，供用戶查看一定時(shí)間段內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行情況。

由于整個(gè)磨礦自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備不是很多且較集中，本系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備層與控制層的PLC控制器通過硬接線的方式連接；控制層PLC控制器與管理層的工程師站之間通過PROFIBUS—DP連接。

結(jié)語

磨礦自動化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了磨礦生產(chǎn)過程的集中監(jiān)控，使選廠僅通過一臺電腦就能夠非常清楚地掌握整個(gè)磨礦自動化的運(yùn)行狀態(tài)，可以根據(jù)現(xiàn)場情況自由選擇遠(yuǎn)程自動或就地操作兩種方式對現(xiàn)場設(shè)備的控制，可以方便地查看當(dāng)前及過去一段時(shí)間內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

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（作者單位：陜西省華縣金堆城鉬業(yè)集團(tuán)有限公司礦業(yè)分公司）