浮選機(jī)礦漿液位過程控制系統(tǒng)優(yōu)化

摘 要：鹿鳴公司浮選過程液位控制系統(tǒng)，包括浮選機(jī)液位控制和充氣量控制，浮選機(jī)液位控制包括液位檢測，礦漿閥門調(diào)節(jié)；充氣量控制包括充氣氣體流量檢測，充氣閥門調(diào)節(jié)及浮選機(jī)軸承溫度監(jiān)視。文章主要介紹浮選機(jī)液位控制和通訊保護(hù)。

關(guān)鍵詞：浮選機(jī)；液位控制；泡沫層厚度；PID控制；通訊

1 概述

鹿鳴公司320立浮選槽是迄今為止亞洲最大的鉬選礦浮選設(shè)備，是國內(nèi)最大的單系列選礦工藝流程，浮選槽液位控制是直接影響選礦回收率的核心工段，超大型浮選槽實(shí)現(xiàn)液位平穩(wěn)控制、溢流泡沫穩(wěn)定控制是自控專業(yè)的難題，浮選給礦的滯后性和慣性擾動(dòng)往往帶來浮選槽流程液位的大波動(dòng)，充氣量的大小，藥劑添加量的多少直接影響泡沫生成的穩(wěn)定性，從而影響精礦回收率、精礦品位指標(biāo)?，F(xiàn)代大型選礦工藝大多采用DCS對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行集中控制，減小勞動(dòng)強(qiáng)度，提高控制效率，因此對(duì)現(xiàn)場設(shè)備與DCS的通訊穩(wěn)定性提出更高要求。

2 浮選過程控制系統(tǒng)

2.1 液位過程控制系統(tǒng)組成

浮選槽液位檢測：采用浮球桿式激光液位計(jì)，由浮球、激光液位測量儀，支架等組成，浮球桿最低位置到溢流堰距離為最大測量量程1000mm，槽體液位變化，泡沫厚度即為1000減去礦漿液位值，如圖1所示。激光液位測量儀4線制傳感器，4-20mA信號(hào)輸入PLC模擬量通道，監(jiān)測實(shí)時(shí)礦漿液位和泡沫層厚度。由于浮選槽內(nèi)的礦漿含有大量的泡沫并且波動(dòng)很大，對(duì)液位測量帶來不利的影響，因此在測量筒增加沖洗水消除氣泡和礦漿泡沫。

礦漿椎閥氣動(dòng)執(zhí)行器：控制部分采用ABB氣動(dòng)智能執(zhí)行器，由氣動(dòng)執(zhí)行器控制氣缸上升和下降來控制錐形閥的開度，氣動(dòng)執(zhí)行器用螺桿連接閥桿，實(shí)時(shí)檢測閥門開度反饋。PLC模擬量通道輸出4-20mA信號(hào)給氣動(dòng)執(zhí)行器，控制閥門0-100%開度。

2.2 充氣量控制系統(tǒng)

充氣流量檢測：采用E+H一體式氣體質(zhì)量流量計(jì)實(shí)時(shí)測量充氣量，4線制24V供電，4-20mA信號(hào)輸出送至PLC模擬量通道。

氣動(dòng)控制蝶閥：控制部分采用ABB氣動(dòng)智能執(zhí)行器，通過PLC輸出4-20mA信號(hào)控制執(zhí)行器，執(zhí)行器控制氣缸動(dòng)作調(diào)節(jié)蝶閥開度，閥體軸桿連接執(zhí)行器反饋桿從而至執(zhí)行器實(shí)時(shí)檢測蝶閥開度反饋。

2.3 PLC過程控制硬件組成

選用S7-200 CPU224模塊作為控制模塊；3個(gè)EM235模擬量輸入輸出模塊，采集1個(gè)液位計(jì)、2個(gè)椎閥開度反饋、1個(gè)氣動(dòng)球閥開度反饋、1個(gè)風(fēng)流量輸入信號(hào)，輸出控制2個(gè)椎閥開度，1個(gè)氣動(dòng)球閥開；1個(gè)EM277通訊模塊與DCS通訊；一個(gè)觸摸屏人機(jī)界面，如圖2所示。

3 控制原理

3.1 液位過程控制原理

浮球桿式激光液位計(jì)檢測實(shí)時(shí)礦漿泡沫層厚度，通過設(shè)定所需要的理想礦漿泡沫層厚度，計(jì)算設(shè)定的理想礦漿泡沫層度與實(shí)時(shí)礦漿泡沫層厚度的差值即偏差，偏差為正時(shí)，PLC輸出4-20mA信號(hào)給氣動(dòng)執(zhí)行器，氣動(dòng)執(zhí)行器控制氣缸增大錐閥開度排除礦漿，降低礦漿液位，增大泡沫曾厚度，同理，偏差為負(fù)時(shí)，執(zhí)行器輸出4-20mA信號(hào)控制氣缸動(dòng)作減小錐閥開度，提升礦漿液位，減小泡沫曾厚度，PID通過偏差控制閥門動(dòng)作達(dá)到穩(wěn)態(tài)，同時(shí)實(shí)時(shí)采集錐閥開度反饋值和泡沫層厚度值，內(nèi)置優(yōu)化算法，預(yù)測計(jì)算最佳輸出閥門開度從而穩(wěn)定泡沫層厚度。此PID控制結(jié)構(gòu)避免常規(guī)控制方式只依靠偏差達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，輸出并不會(huì)保持不變，而是圍繞設(shè)定值上下波動(dòng)，這就會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁動(dòng)作，縮短其使用壽命，造成泡沫厚度不穩(wěn)定。偏差大時(shí)，PID預(yù)測閥門開度，控制閥門快速動(dòng)作，隨著閥門的動(dòng)作偏差越來越小，使閥門緩慢接近預(yù)測開度，從而避免閥門達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)上下頻繁波動(dòng)，PID控制結(jié)構(gòu)如圖3所示。

系統(tǒng)控制方式分為現(xiàn)場就地控制和DCS遠(yuǎn)程控制，默認(rèn)狀態(tài)為DCS遠(yuǎn)程控制，現(xiàn)場就地控制和DCS遠(yuǎn)程控制均包括自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，自動(dòng)控制狀態(tài)下，閥門有一個(gè)自動(dòng)控制或者兩個(gè)都是自動(dòng)控制方式，泡沫層厚度設(shè)定值有效，通過泡沫設(shè)定值與實(shí)際泡沫值的偏差，運(yùn)用PID運(yùn)算，自動(dòng)控制閥門開度大小來穩(wěn)定泡沫厚度；當(dāng)兩個(gè)閥門都處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，泡沫設(shè)定值無效，人工給定閥門開度開控制泡沫厚度。遠(yuǎn)程就地切換時(shí)，實(shí)時(shí)的控制狀態(tài)和數(shù)據(jù)將保持不變，現(xiàn)場就地控制時(shí)，DCS只能監(jiān)測現(xiàn)場所有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)變動(dòng)，DCS遠(yuǎn)程控制時(shí)，現(xiàn)場亦只能監(jiān)測DCS的實(shí)時(shí)改寫數(shù)據(jù)狀態(tài)。檢測到通訊不正常時(shí)，只能就地控制，當(dāng)通訊恢復(fù)正常時(shí)，自動(dòng)切換到通訊中斷前的狀態(tài)。

3.2 通訊優(yōu)化

DCS采用霍尼韋爾公司PlantCruise系統(tǒng)，液位過程控制系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)通訊采用profibus DP通訊，因此，對(duì)通訊的穩(wěn)定性提出了很高要求，但是在系統(tǒng)運(yùn)行中，不可避免的出現(xiàn)各種通訊中斷，比如由于通訊讀寫錯(cuò)誤或者數(shù)據(jù)堆積導(dǎo)致掉線，系統(tǒng)斷電重啟導(dǎo)致的通訊中斷等情況，因此，在液位過程控制系統(tǒng)中做了保護(hù)，當(dāng)通訊中斷時(shí)，液位過程控制自動(dòng)切換到就地控制狀態(tài)，而閥門的手自動(dòng)控制及閥門開度和泡沫厚度的設(shè)置都將保持通訊中斷前的狀態(tài)，這樣就避免通訊中斷時(shí)DCS的遠(yuǎn)程控制自動(dòng)過度到現(xiàn)場就地控制狀態(tài)而不會(huì)出現(xiàn)控制紊亂。但是這種保護(hù)只是單方面的，系統(tǒng)調(diào)試時(shí)仍然出現(xiàn)閥門全開全關(guān)等紊亂現(xiàn)象，通訊中斷導(dǎo)致系統(tǒng)不可控，針對(duì)選礦工藝來說，系統(tǒng)是失敗的，完全不可用。通過現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控和分析，通訊中斷時(shí)設(shè)置的由DCS遠(yuǎn)程控制切換到就地控制的保護(hù)是成功的，系統(tǒng)調(diào)試時(shí)仍然出現(xiàn)的閥門全開全關(guān)的紊亂現(xiàn)象是通訊恢復(fù)時(shí)導(dǎo)致的，從通訊中斷開始，DCS讀取的數(shù)據(jù)不是現(xiàn)場實(shí)際值，而是0和1等無效數(shù)據(jù)，通訊中斷過程中，液位過程控制系統(tǒng)已經(jīng)切換到就地控制狀態(tài)，這些0和1的無效數(shù)據(jù)并不能改寫現(xiàn)場數(shù)據(jù)，但是當(dāng)系統(tǒng)通訊恢復(fù)時(shí)，液位過程控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到通訊中斷前的狀態(tài)，如果上一狀態(tài)是遠(yuǎn)程控制，那么第一次通訊讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，這些無效的0和1就會(huì)瞬間改寫現(xiàn)在的控制數(shù)據(jù)，所以這是導(dǎo)致閥門全開全關(guān)的紊亂現(xiàn)象的根本原因。因此，做了一下保護(hù)，在通訊恢復(fù)被檢測到時(shí)，將禁止立即切換到通訊中斷前的狀態(tài)，而是通過延時(shí)50秒再恢復(fù)到通訊中斷前的狀態(tài)，通過觀察分析，50秒時(shí)間，足夠DCS讀取現(xiàn)場的真實(shí)數(shù)據(jù)，而系統(tǒng)斷電重啟到恢復(fù)需要約45秒時(shí)間。因此，通訊恢復(fù)時(shí)延時(shí)50秒后切換到原狀態(tài)，DCS讀取的數(shù)據(jù)已經(jīng)刷新為現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將平穩(wěn)過渡，不會(huì)出現(xiàn)紊亂現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

浮選液位過程控制系統(tǒng)是一個(gè)龐大而繁雜的控制系統(tǒng)，通過排礦閥門的控制、給氣量大小的控制、藥劑量的添加控制來控制泡沫層的穩(wěn)定控制只是表象，控制的本質(zhì)是控制溢流精礦的品位即有用金屬量的回收率。當(dāng)然選礦工藝還要考慮人力物力投入與收益的最佳性價(jià)比，通過簡化的排礦閥門的控制，給氣量大小的控制，藥劑量的添加控制也能達(dá)到控制要求。文章只講述單個(gè)浮選槽的液位過程控制，遠(yuǎn)程就地切換時(shí)，實(shí)時(shí)的控制狀態(tài)和數(shù)據(jù)保持不變，閥門控制平穩(wěn)，達(dá)到無擾切換效果，通過現(xiàn)場運(yùn)行，采用DCS集中控制方式提高了控制效率，大大減小工人勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)通訊的優(yōu)化使得DCS集中控制方式得到保障，在此基礎(chǔ)上，相鄰多個(gè)浮選槽的協(xié)同控制將在下一步的優(yōu)化中得到體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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