基于PLC的立環(huán)高梯度磁選機礦漿液面自動控制系統(tǒng)

徐少華 何健全

(廣州粵有研礦物資源科技有限公司)

基于PLC的立環(huán)高梯度磁選機礦漿液面自動控制系統(tǒng)

徐少華 何健全

(廣州粵有研礦物資源科技有限公司)

立環(huán)高梯度磁選機礦漿液面對選別指標影響大，而人工控制液面穩(wěn)定性差、可靠性低、人力成本高。提出了一種基于PLC的立環(huán)高梯度磁選機礦漿液面自動化控制方案，從PLC控制部分、液面監(jiān)測部分與行程控制開關和閥門三個方面對系統(tǒng)進行了闡述。最后指出，礦漿液面自動化控制系統(tǒng)因顯著優(yōu)勢，在提升立環(huán)高梯度磁選機選別效果方面具有推廣應用價值。

PLC 立環(huán)高梯度磁選機 礦漿液面 自動化控制

立環(huán)高梯度磁選機是利用磁力、重力、脈動流體力等合力連續(xù)分選微細粒弱磁性礦物的高效磁選機，目前已普遍應用在國內外礦山進行黑色金屬礦選別和有色金屬礦除鐵。礦漿液面是分選過程中的一個關鍵參數(shù)。礦漿液面過低，無法全部漫過分選介質，不但造成分選介質浪費，而且介質行程變短縮短選別時間，降低分選效果；礦漿液面過高，既容易溢出包裹鐵軛，造成礦漿損失和設備、廠房污染，又導致介質吸附過于飽和，多余礦漿則隨尾礦排出，大大降低回收率。另外，礦漿液面高低也會對脈動力產生影響。因此，立環(huán)高梯度磁選機選別過程中合適、穩(wěn)定的礦漿液面非常重要。

目前，礦漿液面高度大都通過人工手動控制，操作難度大，可靠性差，人工成本高，不利于選別指標的穩(wěn)定和選礦成本的降低，實現(xiàn)立環(huán)高梯度磁選機礦漿液面的自動控制顯得十分迫切。生產過程自動化、智能化控制技術的發(fā)展，使其成為可能。利用可編程控制器(PLC)進行數(shù)據(jù)對比處理和信號輸出控制，結合超聲波液面自動檢測設備、自動控制閥門來控制立環(huán)高梯度磁選機礦漿液面，保證液面在設定范圍內實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的自動化控制。

1 立環(huán)高梯度磁選機的工作原理和礦漿液面控制

1.1 工作原理

立環(huán)高梯度磁選機主要由激磁線圈、鐵軛、轉環(huán)機構、脈動機構及給卸礦裝置等組成。圖1是SSS-I-3000型立環(huán)高梯度磁選機示意圖。工作原理為：直流電通入激磁線圈，在鐵軛包裹的分選區(qū)內產生均勻感應磁場，轉環(huán)機構帶動磁介質連續(xù)均勻的進出磁場，磁介質表面產生高梯度磁場。礦漿從上部給入，通過鐵軛進入到分選區(qū)。此時進入分選區(qū)的磁介質吸附磁性礦物，并隨轉環(huán)運動至無磁場的頂部區(qū)域，在卸礦水沖洗作用下卸礦；非磁性顆粒則在重力、脈動流體力作用下穿過下部鐵軛，并在下部分離排出[1]。

圖1 SSS-I-3000型立環(huán)高梯度磁選機示意

1.2 礦漿液面控制

人工控制液面礦漿是利用二通管引出礦漿液面至溢流箱，通過測量溢流箱內液面高低。如果高度值不在允許范圍內，則操作脈動斗底部管夾閥手柄，控制閥門開關大小，以調節(jié)液面高低。一般需2個工人分別進行液面高度測量和底部閥門調節(jié)。雖然該方法操作簡單，但現(xiàn)場肉眼觀察測量值精度較差，閥門調節(jié)也辛苦。生產要求實時監(jiān)控礦漿液面，人工成本高昂。因此，實現(xiàn)立環(huán)高梯度磁選機礦漿液面自動化控制，不僅使現(xiàn)場操作人員擺脫枯燥、辛苦的測量和調節(jié)工作，合理安排人力資源，也能提高企業(yè)生產效率，降低成本[2]。

2 礦漿液面自動控制方案

基于可編程控制器(PLC)，提出一種立環(huán)高梯度磁選機礦漿液面自動控制系統(tǒng)?；痉桨笧椋豪枚ü茉?，在脈動斗側壁引出礦漿至溢流箱內。在箱體上部安裝超聲波物位計，設定參考基點R0，利用超聲波反射來實時監(jiān)測溢流箱內液面高度，同時將數(shù)據(jù)實時反饋給中央控制系統(tǒng)。根據(jù)磁選機性能和現(xiàn)場礦漿性質，確定合理的初始液面高度(相對于基點)并給出允許誤差的上下限值Lmax和Lmin，并輸入PLC中。生產時，比對反饋高度R與設定高度R0。當二者差值在允許范圍內，控制閥門不動作；當差值ΔR低于允許下限Lmin時，表示此時液面高度低于正常高度，則發(fā)出控制信號關小閥門，提升液面，直至超聲波物位計采集到的信號顯示高度與設定高度差值符合要求時，停止閥門的動作；當反饋高度大于設定高度時，發(fā)出開大閥門控制信號，降低液面，直至高度差值符合要求時，停止閥門動作。帶行程控制開關的自動控制閥門控制閥門開關大小，同時具有反饋閥門開度大小數(shù)據(jù)到PLC控制系統(tǒng)并顯示給操作人員的功能。閥門開度達到最大值而液面依舊高于設定許可值時，礦漿通過溢流裝置外溢，引發(fā)報警；閥門開度最小(關死)液面仍低于設定高度時，則不再對閥門發(fā)出控制信號。

綜上所述，設計出立環(huán)高梯度磁選機的液面自動控制方案，見圖2。首先在PLC控制器中預設R0，Lmin,Lmax值，計算實時液面位置R與R0差值ΔR。ΔR≤Lmin時，PLC發(fā)出關小閥門信號，升高液面；ΔR≥Lmin時，PLC發(fā)出開大閥門信號，降低液面。反復動作，直至Lmin≤ΔR≤Lmax，PLC不發(fā)出動作信號。

圖2 立環(huán)高梯度磁選機礦漿液面自動控制方案示意

在該系統(tǒng)實施時中，應該注意：①超聲波液面數(shù)據(jù)采集時間設定要合理，必須大于一次閥門動作時間；② PLC控制器中具體的ΔR算法應采用階梯函數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場調試的數(shù)據(jù)和要求，利用增量開度控制每次閥門調節(jié)的動作幅度。如在-10+Lmin≤ΔR≤Lmin時，發(fā)信號給行程控制開關關小10%的開度，在-20+Lmin≤ΔR≤Lmin-10時，發(fā)信號給行程控制開關關小20%的開度。

3 自動控制硬件

從圖2可以看出，立環(huán)高梯度磁選機礦漿液面自動控制方案主要包括PLC控制部分、液面監(jiān)測部分、行程控制開關及閥門。

3.1 PLC控制部分

PLC控制部分是整個系統(tǒng)的核心，是分析處理的關鍵硬件。整個PLC控制系統(tǒng)采集的是R數(shù)據(jù)，根據(jù)ΔR大小輸出三類控制信號：正向(關小閥門)、負向(開大閥門)、0(不動作)。

3.2 礦漿液面監(jiān)測部分

使用一部超聲波物位計來實現(xiàn)礦漿液面監(jiān)測。超聲物位計傳感器采用PVDF聚合材料，適用于各種礦山選廠的礦漿液面監(jiān)測；測量范圍為0.25～5.0 m，能實現(xiàn)連續(xù)精確測量，測量誤差控制在0.25%以內；工作溫度為-40～60 ℃，輸出電流信號4～20 mA。超聲物位計自身配有液晶顯示屏，方便現(xiàn)場讀取液面高度數(shù)據(jù)，而采集數(shù)據(jù)的時間可以自由設定。

3.3 行程控制開關及閥門

行程控制開關及閥門是系統(tǒng)的動作部分，根據(jù)PLC信號進行可靠穩(wěn)定的動作響應。行程控制開關及閥門見圖3。從圖3可以看出，行程控制開關及閥門包括閘閥、雙向氣動執(zhí)行機構、行程控制開關以及氣體過濾器。行程控制開關及閥門采用進口產品，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。行程控制開關根據(jù)檢測到的PLC控制器發(fā)出的動作控制信號，使用五步開關程序來控制壓電閥，進而調節(jié)進入雙向夾管的氣流量，調節(jié)閥門開度大小。行程控制開關可以利用微處理器來確定雙向氣動執(zhí)行機構的零點、最大行程、作用方向及定位速度，同時開關自身還配有位置反饋模塊，反饋其雙向氣動執(zhí)行機構的行程位置參數(shù)至中控系統(tǒng)，方便操作人員了解閥門的真實動作情況。

圖3 行程控制開關及閥門

4 結 論

(1)立環(huán)高梯度磁選機礦漿液面對選別指標影響較大，目前國內外礦漿液面多采用人工控制，存在著操作難度大、可靠性差、人工成本高的缺點。

(2)提出了立環(huán)高梯度磁選機礦漿液面自動控制的系統(tǒng)方案，包括PLC控制部分、液面監(jiān)測部分和行程控制開關及閥門3個模塊。該系統(tǒng)可實現(xiàn)礦漿液面控制實時精確控制，穩(wěn)定性好，操作簡便，人力成本低，切實可行。立環(huán)高梯度磁選機礦漿液面自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)勢明顯，將成為今后立環(huán)高梯度磁選設備的重要組成部分和發(fā)展方向。

(3)在實際生產中，影響立環(huán)高梯度磁選機礦漿液面的因素很多，不確定性大，還有很多因素需在生產實踐中發(fā)現(xiàn)并改進。

[1] 趙 明，許麗敏，鐘森林.SSS-I-2500型高梯度磁選機的研制及工業(yè)應用[J].礦山機械，2011,39(1):92-95.

[2] 譚 妍，孔祥宏.結晶器液面控制系統(tǒng)在寶鋼4號連鑄機的應用[J].連鑄，2009(6):44-46.

2015-09-11)

徐少華(1986—)，男，工程師，碩士,510650 廣東省廣州市天河區(qū)長興路363號。