盧安夏礦巴盧巴選礦廠復(fù)產(chǎn)自動化系統(tǒng)改造

蘇 勇

（北京礦冶研究總院，北京100160）

贊比亞盧安夏礦巴盧巴選礦廠始建于1932年，2008年受銅價低級世界經(jīng)濟危機等各種因素影響，巴盧巴銅礦及選礦廠于2008年12月停產(chǎn)。2009年6月中色盧安夏銅業(yè)有限公司接管盧安夏礦后，決定恢復(fù)巴盧巴選礦廠的生產(chǎn)，同時進行工藝復(fù)產(chǎn)改造。根據(jù)工藝改造要求，對現(xiàn)場儀表及控制系統(tǒng)進行相應(yīng)改造，通過調(diào)整工藝參數(shù)，優(yōu)化自動化改造設(shè)計，從而提高選礦指標，最終改造完成后銅精礦品味提高到＞20%，銅回收率提高到＞93%。

1 工藝流程改造

贊比亞盧安夏礦巴盧巴選礦廠改造后的選礦工藝流程分為四個部分：破碎、磨礦、浮選和脫水。

破碎流程：三段一閉路破碎流程，原礦經(jīng)巴盧巴豎井井下粗碎，由11.4km膠帶運輸至破碎車間中碎緩沖礦倉，經(jīng)振動給料機給礦，通過皮帶運輸機輸送至圓振動篩，篩上物料進入2臺中碎圓錐破碎機；中碎圓錐破碎機排礦經(jīng)由皮帶運輸機運至細碎緩沖礦倉，由振動給料機給礦至圓振動篩，篩上物料經(jīng)3臺細碎圓錐破碎機破碎后返回至碎礦緩沖礦倉，6臺圓振動篩篩下礦石合經(jīng)皮帶送至磨礦車間粉礦倉，破碎產(chǎn)品粒度＜10mm。

磨礦流程：磨礦流程采用單段球磨＋旋流器分級。共設(shè)4個磨礦分級回路。粉礦倉礦石經(jīng)由皮帶給礦機，通過13＃、14＃皮帶送入球磨機，球磨機排礦通過磨礦分級給礦泵送入旋流器分級。旋流器底流返回球磨機，溢流匯總后經(jīng)渣漿泵輸送至浮選給礦攪拌槽。

浮選流程：采用銅鈷混合浮選工藝流程，一次粗選、二次掃選、一次精選；中礦再選部份：一次粗選、一次掃選、一次精選，中礦底流返回混合浮選掃選，中礦泡沫返回精選。

脫水脫水流程采用濃縮加壓濾的方法，精礦漿經(jīng)泡沫泵送到濃密機，濃縮后進入攪拌槽，經(jīng)攪拌后送到壓濾機脫水，從而得到選礦過程的最終產(chǎn)品—精礦。

復(fù)產(chǎn)后工藝流程見圖1。

2 自動化系統(tǒng)改造和設(shè)計方案

2.1 自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀

原磨礦系統(tǒng)和浮選系統(tǒng)共用一個控制室，控制室位于主廠房，控制室按系統(tǒng)設(shè)置兩個操作臺及儀表盤，該系統(tǒng)于1984年投入使用。磨礦系統(tǒng)原有控制回路有：球磨機定量給料（皮帶秤稱重計量加直流調(diào)速）、磨機前給水（孔板流量計加氣動調(diào)節(jié)閥）、泵池液位調(diào)節(jié)（差壓液位計加氣動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)泵池補加水量，渣漿泵工頻運行），所有控制器采用FOXBORO公司的762CNA系列單回路調(diào)節(jié)器，控制器安裝于控制室儀表盤上，實現(xiàn)集中調(diào)節(jié)。同時，將磨礦車間設(shè)備譬如磨機主電機、磨機潤滑油站、渣漿泵等設(shè)備的啟動、停止、就地／遠程選擇開關(guān)也放在控制室操作臺上，在控制室實現(xiàn)設(shè)備的單步集中啟停。同時磨機自身設(shè)備的狀態(tài)信號譬如潤滑油站壓力開關(guān)、流量開關(guān)、過濾器壓差開關(guān)、磨機主電機軸承溫度、磨機軸承溫度等信號除參與電氣聯(lián)鎖之外，信號同時送入儀表盤閃光報警器顯示狀態(tài)及報警。

圖1 復(fù)產(chǎn)工藝流程圖

主廠房浮選系統(tǒng)控制回路主要包括浮選機液位調(diào)節(jié)及浮選槽PH檢測。其中液位測量采用浮子液位計，執(zhí)行機構(gòu)為氣動調(diào)節(jié)閥，控制器采用762CNA系列單回路調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)就地調(diào)節(jié)，信號不進控制室。浮選槽PH檢測在就地顯示，信號未進控制室。同時，浮選系統(tǒng)所有泵的啟?？刂萍斑\行狀態(tài)在控制室操作臺上完成、報警在控制室儀表盤上完成。

2.2 自控系統(tǒng)改造方案比選

根據(jù)目前選礦廠主流控制水平，有必要配合工藝流程改造采用PLC系統(tǒng)替換原有儀表盤系統(tǒng)，以實現(xiàn)集中控制。但是考慮到儀表訂貨時間、控制柜成套及海運時間、施工時間，在年底PLC系統(tǒng)投入使用時間來不及，因而考慮將已有儀表盤控制系統(tǒng)與新設(shè)PLC控制系統(tǒng)的結(jié)合，有以下兩種改造方案供選擇。

方案一：在控制室主要采用Foxboro調(diào)節(jié)器，設(shè)置一套包括1＃、2＃、3＃、4＃磨機的磨礦系統(tǒng)及新增浮選系統(tǒng)的儀表盤控制系統(tǒng)，利用現(xiàn)有儀表盤、現(xiàn)有調(diào)節(jié)器備件，優(yōu)先滿足年底2＃、3＃球磨機磨礦系統(tǒng)投產(chǎn)及年后1＃、4＃球磨機磨礦系統(tǒng)及新增浮選系統(tǒng)投產(chǎn)要求。在滿足選廠投產(chǎn)要求的同時設(shè)計一套擺放于控制室內(nèi)的PLC控制系統(tǒng)，由PLC系統(tǒng)完成所有現(xiàn)場調(diào)節(jié)回路的控制。系統(tǒng)控制框圖見圖2所示。

方案二：在控制室主要采用Foxboro調(diào)節(jié)器，設(shè)置一套范圍包括1＃、2＃、3＃、4＃磨機磨礦系統(tǒng)的儀表盤控制系統(tǒng)，以供臨時使用。利用現(xiàn)有儀表盤、現(xiàn)有調(diào)節(jié)器，很容易滿足年底恢復(fù)的2＃、3＃磨礦系統(tǒng)與年后恢復(fù)的1＃、4＃磨礦系統(tǒng)及新增浮選系統(tǒng)的投產(chǎn)要求。同時在控制室新設(shè)一套范圍包括1＃、2＃、3＃、4＃磨機磨礦系統(tǒng)及新增浮選系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)。待PLC系統(tǒng)施工完成后，將整套儀表盤控制系統(tǒng)的控制轉(zhuǎn)由PLC系統(tǒng)控制，通過廢棄臨時使用的儀表盤控制系統(tǒng)，所有檢測、調(diào)節(jié)回路均在PLC控制系統(tǒng)上操作員站操作、控制。系統(tǒng)控制框圖見圖3。

圖2 系統(tǒng)框圖一

圖3 系統(tǒng)框圖二

方案一的優(yōu)點在于PLC控制系統(tǒng)與儀表盤控制系統(tǒng)完全獨立，相互備用，其中任何一套系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到另一套系統(tǒng)。缺點在于PLC系統(tǒng)與儀表盤控制系統(tǒng)既要彼此獨立又要求相互備用，還要求能相互切換，實施麻煩，整套系統(tǒng)變得復(fù)雜，操作也變得繁瑣。與此同時，隨著系統(tǒng)的復(fù)雜增加了出故障的可能性，反而達不到提高整套系統(tǒng)可靠性的要求。

方案二采用PLC控制系統(tǒng)簡單實用，且能充分滿足現(xiàn)場實際要求，通過淘汰老舊的儀表盤控制系統(tǒng)，可以顯著的減少昂貴的調(diào)節(jié)器備件成本，且整套系統(tǒng)可擴展性強，維護簡單，并且與目前控制系統(tǒng)的主流趨勢保持一致。基本沒有缺點，惟一可能的顧慮就是PLC控制系統(tǒng)可能的竣工日期未定，但有臨時使用的儀表盤控制系統(tǒng)依然能滿足生產(chǎn)需要，待車間檢修或停產(chǎn)時可考慮將PLC系統(tǒng)投入使用。

根據(jù)現(xiàn)場復(fù)產(chǎn)進度計劃的要求，經(jīng)過綜合考慮，在本次復(fù)產(chǎn)自動化系統(tǒng)改造采用方案二。

3 控制系統(tǒng)硬件配置

根據(jù)新設(shè)計的自控系統(tǒng)經(jīng)濟適用、簡單可靠的改造原則，以及嚴格滿足年底復(fù)產(chǎn)及年后達產(chǎn)的總進度要求，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，本次改造結(jié)和工藝流程改造，采用兩步走方案，第一步在年底復(fù)產(chǎn)前利用原有foxboro調(diào)節(jié)器恢復(fù)磨礦系統(tǒng)原有控制回路，增加旋流器頂部壓力調(diào)節(jié)回路（采用Foxboro調(diào)節(jié)器），增加旋流器給礦濃度、流量檢測，旋流器溢流濃度、流量檢測，所有檢測及控制信號均送至控制室儀表盤，在控制室實現(xiàn)集中控制。第二步在在控制室內(nèi)配置一套Rockwell ControlLogix 5000系列PLC控制系統(tǒng)，完成磨礦及浮選部分回路控制、設(shè)備的啟停控制、運行狀態(tài)監(jiān)測、聯(lián)鎖及報警等。待今后時機成熟時，廢除原有的儀表盤，將原先所有儀表盤、操作臺上的信號轉(zhuǎn)接入PLC控制系統(tǒng)，由PLC控制系統(tǒng)完成原先調(diào)節(jié)器實現(xiàn)的回路控制及工藝參數(shù)的監(jiān)視，設(shè)備啟停、聯(lián)鎖及報警等功能。該系統(tǒng)模擬量、數(shù)字量點數(shù)初步估計在400點左右，要求在復(fù)產(chǎn)后第二年上半年之前完成控制系統(tǒng)施工，投入使用?？刂葡到y(tǒng)架構(gòu)見圖4。

圖4 控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

4 自控系統(tǒng)改造過程中難點問題

由于設(shè)備自身原因如球磨機本體未帶PLC保護系統(tǒng)，原球磨機自身的保護及聯(lián)鎖均在電氣二次回路中采用時間繼電器通過硬接線的方式進行聯(lián)鎖，在本次改造中，必須在新增的PLC系統(tǒng)里完成球磨機的連鎖保護，因此本次改造后的控制系統(tǒng)實際上是一個混合系統(tǒng)，除了完成磨礦回路控制、工藝參數(shù)檢測、設(shè)備啟?？刂?、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測及報警之外，還需要完成了4臺球磨機自身的保護，譬如磨機潤滑油站壓力開關(guān)、流量開關(guān)、濾油器堵、磨機軸承溫度過高、磨機主電機軸承溫度過高等報警時都要求停球磨機。另外，慢驅(qū)電機及主電機還有一定的聯(lián)鎖關(guān)系，也需要在改造后的控制系統(tǒng)中實現(xiàn)。因此難點在于弄清楚原球磨機系統(tǒng)自身的聯(lián)鎖保護關(guān)系。在項目的實施過程中，通過找尋原有電氣圖紙、與原外方維護人員及中方設(shè)備人員溝通，理清楚磨機系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制邏輯，完成聯(lián)鎖控制邏輯圖，在PLC程序中編程組態(tài)實現(xiàn)，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，實踐表明在PLC系統(tǒng)里完成原球磨機系統(tǒng)自身的聯(lián)鎖保護是成功的。

5 結(jié) 論

針對復(fù)產(chǎn)前巴盧巴選礦廠存在的問題，進行了選礦自動化改造，減輕了工人勞動強度，降低了勞動定員，選礦廠生產(chǎn)能力、自動化程度、技術(shù)指標得到提高，至2011年底，復(fù)產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，該礦的銅精礦品位和回收率分別由接管前的16%和90%，提高到了24%和94.5%，提高了礦山的經(jīng)濟效益。

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