破碎控制系統(tǒng)在選礦生產(chǎn)過程的應用

方文 尚海洋 戰(zhàn)立崗 殷輝寧 原磊 孫寶慶

(1.北京礦冶研究總院礦冶過程自動控制技術北京市重點實驗室,北京 100160;2.山東黃金礦業(yè)股份有限公司新城金礦,山東萊州 261438)

破碎控制系統(tǒng)在選礦生產(chǎn)過程的應用

方文1尚海洋1戰(zhàn)立崗2殷輝寧2原磊2孫寶慶2

(1.北京礦冶研究總院礦冶過程自動控制技術北京市重點實驗室,北京 100160;2.山東黃金礦業(yè)股份有限公司新城金礦,山東萊州 261438)

針對金礦選礦生產(chǎn)過程中破碎工段的生產(chǎn)工藝和控制要求,設計、開發(fā)并應用了破碎自動化控制系統(tǒng),實現(xiàn)了破碎設備連鎖控制、圓錐破碎機擠滿給礦控制和自動布料控制等功能。控制系統(tǒng)投入使用后,提高了生產(chǎn)設備的安全性,降低了碎礦的生產(chǎn)成本,大幅降低了操作人員的勞動強度,經(jīng)濟效益顯著。

破碎 自動化 控制系統(tǒng)

1 前 言

選礦工藝的發(fā)展對設備的可靠性和高效性、過程參數(shù)的穩(wěn)定性、流程中各段產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高的要求,破碎自動化是保證破碎過程正常生產(chǎn)的必要手段,是提高綜合效益的有效途徑[1][2]。針對該金礦選礦生產(chǎn)過程中破碎生產(chǎn)工藝和控制要求,以提高選礦生產(chǎn)過程自動化水平、提高生產(chǎn)能力為目標,對控制系統(tǒng)進行設計、開發(fā)和應用,提高了破碎系統(tǒng)的可靠性,保證了設備的安全性,降低了碎礦的生產(chǎn)成本,減少了人員的勞動強度,顯著地提高了經(jīng)濟效益[3][4]。

該金礦碎礦作業(yè)工藝流程是:原礦經(jīng)地下粗碎后提升至地面粗料倉,進入地表碎礦生產(chǎn)流程;礦石經(jīng)給料機用皮帶送至雙層篩進行洗礦;雙層篩的篩下產(chǎn)品經(jīng)皮帶送至細料倉,礦泥經(jīng)螺旋分級機分級后,返砂送至細料倉,溢流送至脫水工序;雙層篩的篩上產(chǎn)品經(jīng)皮帶到達中碎圓磨進行中碎;中碎后的產(chǎn)品由皮帶送至單層篩進行篩分,篩下產(chǎn)品經(jīng)皮帶送往細料倉,篩上產(chǎn)品進入圓錐破碎機進行細碎后,產(chǎn)品再重新回到單層篩,構(gòu)成閉路碎礦。

圖1 自動布料示意圖Fig.1 Sketch map of Auto- Distribution control system

2 破碎控制系統(tǒng)開發(fā)

原有碎礦作業(yè)電氣控制系統(tǒng)為繼電器-接觸器控制系統(tǒng),可靠性低,故障率較高,難于快速查找故障點,經(jīng)常造成停車事故;根據(jù)細碎機進料口料位人工調(diào)節(jié)槽式給料機負荷,不能達到擠滿給礦,生產(chǎn)效率偏低,作業(yè)成本較高;同時生產(chǎn)過程中存在以下矛盾:

(1)給礦不能自動調(diào)節(jié),供料不均衡、不連續(xù),造成生產(chǎn)間斷,影響處理量和生產(chǎn)成本;

(2)供料不均衡造成皮帶漏斗經(jīng)常堵塞,需要停止供料進行處理,影響處理量,造成能源浪費,加大了操作工的勞動強度;

(3)因破碎處理能力略大于磨機處理能力,布料口需要經(jīng)常倒換,特別是細料倉無料造成球磨機缺料空砸,影響磨機處理量,浪費能源,操作工的勞動強度非常大;

(4)重點設備的狀態(tài)監(jiān)測儀表比較老,而且不全,對設備不能進行有效保護。

圖2 控制框圖Fig.2 Control block diagram

圖3 破碎機功率與進料口料位趨勢圖Fig.3 The trend maps of power and level

表1 控制規(guī)則表

以上問題的存在已經(jīng)嚴重影響了金礦破碎流程的正常生產(chǎn),針對上述問題,對破碎自動化控制系統(tǒng)進行了詳細設計和實施,較好地解決了以上生產(chǎn)中存在的問題,有效提高了生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)成本和人工勞動強度。以下對控制系統(tǒng)進行詳細分析。

2.1 PLC控制系統(tǒng)

采用PLC控制系統(tǒng)取代了原來的繼電器-接觸器控制系統(tǒng),實現(xiàn)了以下功能:

(1)與原控制系統(tǒng)相比,大大減少了故障發(fā)生率,提高了破碎控制系統(tǒng)的可靠性;

(2)根據(jù)工藝流程中物料到達時刻的順序,具有逆序開車、順序停車、聯(lián)鎖起停、故障聯(lián)鎖停車等功能,實現(xiàn)了節(jié)能降耗、保護設備的目的;

(3)實現(xiàn)對皮帶、振動篩、破碎機、給料機等重要設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測,實現(xiàn)對中碎稀油站的油溫、油壓、流量、油位等重要參數(shù)進行監(jiān)測,實現(xiàn)對細碎圓錐破碎機的運行狀態(tài)進行監(jiān)測,確保了重要設備的運行安全;

(4)實現(xiàn)對主要皮帶的打滑、跑偏進行檢測和報警,拉繩開關緊急停車,對破碎廠房、篩分廠房等進行粉塵濃度檢測和報警,有利于設備故障的早期發(fā)現(xiàn),可以避免設備生產(chǎn)事故的發(fā)生,同時是現(xiàn)場人員安全生產(chǎn)的前提條件。

控制系統(tǒng)對破碎生產(chǎn)起到了顯著成效,保證了人員、設備和生產(chǎn)安全,實現(xiàn)了節(jié)能降耗。

2.2 自動布料控制

破碎系統(tǒng)與下一個工藝流程-磨礦系統(tǒng)是通過細料倉進行銜接的,如果布料控制不當,即使破碎系統(tǒng)達到了最大處理能力,也不能保證磨礦系統(tǒng)的正常運行,因此實現(xiàn)礦倉布料的自動控制對保障整個選廠生產(chǎn)的連續(xù)性非常重要。

控制系統(tǒng)采用雷達料位計自動檢測六個細料倉的料位值,根據(jù)工藝要求的料倉狀態(tài)設置優(yōu)先級別,采用專用控制算法自動控制位于料倉下料口的電動布料器,從而實現(xiàn)多礦倉的自動布料功能。自動布料示意圖如圖1所示。

根據(jù)各個礦倉布料的優(yōu)先級別,自動布料的控制策略為:

(1)當?shù)V倉料位有低于料位低限的情況,則按照制定的12種優(yōu)先級類別優(yōu)先順序進行自動布料控制;

(2)當所有料倉都高于低限,分料器不再進行調(diào)整,處于下料狀態(tài)的分料器繼續(xù)運行,直到該料倉達到高限后,按照高限優(yōu)先級重新選擇調(diào)整;

(3)當?shù)V倉料位有低于料位高限但高于低限的情況,則根據(jù)優(yōu)先級進行自動布料控制;

(4)所有料倉的低限值、高限值都可以根據(jù)現(xiàn)場情況進行更改設置;

(5)任意一個分料器都可以隨意退出或進入優(yōu)先級隊列進行參與自動布料控制。

經(jīng)過自動布料控制,實現(xiàn)了六個料倉的供料均勻,保證了磨礦作業(yè)正常生產(chǎn)供料。自動布料減少了人為因素的影響,降低了工人勞動強度,實現(xiàn)了生產(chǎn)工藝的無縫銜接,保證了磨礦流程的正常生產(chǎn),大幅提高了經(jīng)濟效益。

2.3 擠滿給礦控制

圓錐破碎機是破碎生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要設備,為了發(fā)揮其最大生產(chǎn)效率,需要對其進行擠滿給礦控制,即破碎機腔體料位穩(wěn)定在一定范圍內(nèi),在此時破碎機處理量最大,處于最佳工作狀態(tài),提高了碎礦系統(tǒng)處理能力和細碎整體運行效率[5]。

在破碎生產(chǎn)中的細碎圓錐破碎機,其結(jié)構(gòu)特點要求給料達到擠滿式給礦,才能發(fā)揮出設備的最大臺時效率。破碎系統(tǒng)中給料機作為提供流程原礦的設備,在整個給礦控制中起主要的調(diào)整作用,調(diào)節(jié)整個破碎工藝流程的給礦量和生產(chǎn)負荷;破碎機的給礦皮帶作為破碎機的給礦設備,在給礦控制中起微調(diào)作用和保護作用,穩(wěn)定破碎機腔體料位,并在料位過高時停止供料,實現(xiàn)對破碎機的保護。

由于破碎過程具有大滯后的特性,常規(guī)PID控制策略無法取得較好的控制效果,這為實現(xiàn)給礦自動控制帶來較大難度。根據(jù)被控對象特性,設計專家控制規(guī)則,采用雷達料位計檢測圓錐破碎機進料口料位,變頻控制破碎機給礦皮帶、給料機的給礦速度,分別與破碎機料位構(gòu)成閉環(huán)控制回路,最終實現(xiàn)破碎機擠滿給礦控制,控制框圖如圖2所示。

專家控制規(guī)則是根據(jù)現(xiàn)場操作人員的操作經(jīng)驗和工業(yè)現(xiàn)場的實驗摸索,在生產(chǎn)運行中不斷完善的控制規(guī)則。根據(jù)現(xiàn)場運行情況,破碎機料位劃分為低低限、低限、高限、高高限、高報警限等,在每個料位段根據(jù)專家控制規(guī)則進行頻率控制,實現(xiàn)最優(yōu)的控制效果,如表1所示的部分控制規(guī)則。

如圖3所示,破碎機進料口的料位波動范圍基本穩(wěn)定在5%-10%之間,保證了破碎機腔體內(nèi)擠滿式給料;同時破碎機工作功率基本穩(wěn)定在200KW左右,運行穩(wěn)定。細碎破碎機的擠滿給料控制,提高了細碎破碎機的處理能力和工作效率,同時提高了整個破碎系統(tǒng)的生產(chǎn)能力,一定程度上提升了破碎產(chǎn)能。

3 結(jié)語

破碎自動化控制系統(tǒng)投入生產(chǎn)后,不但滿足了建設數(shù)字礦山的需要,滿足“生產(chǎn)過程可視化、自動化”的要求,而且解決了生產(chǎn)過程中存在的矛盾和制約生產(chǎn)的瓶頸,在系統(tǒng)可靠性、設備安全性方面有大幅提高,降低了碎礦的生產(chǎn)成本,大幅降低了操作人員的勞動強度,節(jié)能降耗;同時,提高了破碎系統(tǒng)產(chǎn)能,取得了較大的經(jīng)濟效益。

[1]陳夕松,王木蘭.過程控制系統(tǒng)[M].北京:科學出版社,2005.

[2]王豐雨,張覃,黃宋魏.我國選礦自動化評述[J].國外金屬礦選礦,2006,8:18-21.

[3]孫云東,楊金艷.國內(nèi)選礦自動化技術應用及進展[J].黃金,2010,31(4):35-38.

[4]刑江,關治洪.網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與展望[J].控制工程,2006,13(4): 294-296.

[5]馮斌,柴垣民.料位控制技術在PYD2200圓錐破碎機的應用實踐[J].有色金屬,2008,4:36-38.

According to the crushing process characteristics and control requirement of gold mine, automation control system is designed and developed, and finally completed. The control system includes interlocking control of device, ore feeding control of cone crusher, and automatic ore distribution control. Since the control system has been put into application, the safety of production equipment is enhanced, the production cost of crushing and labor intensity are significantly reduced with significant economic benefits.

Crushing Automation Control system

方文(1982—),男,河北滄州人,工程師,從事選冶自動化工作。