自動(dòng)控制在長(zhǎng)距離礦漿管道輸送中的應(yīng)用

唐建文（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南　長(zhǎng)沙　410000）

?

自動(dòng)控制在長(zhǎng)距離礦漿管道輸送中的應(yīng)用

唐建文（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙410000）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，長(zhǎng)距離礦漿管道輸送在礦山行業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越多。為實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)距離礦漿輸送管道的自動(dòng)控制，本文闡述了該系統(tǒng)的總體組成結(jié)構(gòu)、各部分功能及自動(dòng)控制原理。

自動(dòng)控制；長(zhǎng)距離；管道輸送

前言

在我國(guó)的西部偏遠(yuǎn)山區(qū)，存在著大量尚未開發(fā)的礦山資源，這些礦山資源處在崇山峻嶺中，交通條件極其惡劣。出于對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)，這些礦山資源一般不允許就地加工冶煉，而是需要運(yùn)輸?shù)揭呀ǔ傻囊睙拸S來(lái)加工處理。冶煉廠一般距離礦山遙遠(yuǎn)。如何經(jīng)濟(jì)、高效地將礦山資源進(jìn)行運(yùn)輸至冶煉廠處理，最大程度上減少對(duì)自熱環(huán)境的污染，是開發(fā)礦山資源都會(huì)遇到的世界性難題。

采用管道加壓長(zhǎng)距離輸送礦漿的方式應(yīng)運(yùn)而生。采用管道長(zhǎng)距離輸送礦漿有明顯的優(yōu)勢(shì)，輸送能力大，管道埋在地下不會(huì)過(guò)多的涉及征地的問(wèn)題，輸送過(guò)程不受天氣條件的影響，比汽車運(yùn)輸投資低等。由于礦漿輸送管道埋在地下，且敷設(shè)在野外，因此不可能采用人工監(jiān)測(cè)維護(hù)。如何保證整個(gè)長(zhǎng)距離礦漿管道輸送系統(tǒng)安全、高效的運(yùn)行，自動(dòng)控制有著不可替代的作用，自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)隔膜泵的自動(dòng)啟停及變頻調(diào)速，以及工藝過(guò)程的一系列操作。

1　工藝概述

礦漿經(jīng)外部管線送至礦漿攪拌器，礦漿攪拌器攪拌配置一定濃度的礦漿，配置好后礦漿送至喂料泵，在喂料泵出口監(jiān)測(cè)礦漿濃度，濃度不合格回流至礦漿攪拌器重新配置礦漿，濃度合格后送至三臺(tái)隔膜泵加壓輸送，三臺(tái)隔膜泵并列運(yùn)行，輸送至礦漿總管，最后經(jīng)礦漿總管通過(guò)外部越野管線輸送到終端消能閥門站，礦漿經(jīng)過(guò)消能處理后流至礦漿儲(chǔ)存池。

2　自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及原理

自動(dòng)控制是一門古老的學(xué)科，極大的促進(jìn)了人類發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，使得自動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)入到一個(gè)新的發(fā)展階段。長(zhǎng)距離礦漿管道輸送技術(shù)一出現(xiàn)就和自動(dòng)控制技術(shù)緊密的聯(lián)系在一起。長(zhǎng)距離礦漿管道輸送要求采用全自動(dòng)智能控制的運(yùn)行模式，對(duì)管道系統(tǒng)運(yùn)行的各種工作狀態(tài)（正常工況，礦漿沉降，管道堵塞，水錘等）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析，預(yù)報(bào)和風(fēng)險(xiǎn)控制。各類操作與控制完全在中央控制室進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制和智能化管理。如圖1為長(zhǎng)距離礦漿管道輸送自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成，主要包括首站即隔膜泵房站、壓力監(jiān)測(cè)站、尾站即終端消能閥門站。

圖1　自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

3　控制功能及其實(shí)現(xiàn)

在長(zhǎng)距離礦漿管道輸送系統(tǒng)中，采用PLC計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的目的，除了采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)外，還要實(shí)現(xiàn)一些特定的控制功能，這些控制功能的完成可以滿足整個(gè)管道輸送工藝過(guò)程自動(dòng)化生產(chǎn)的需要，有效降低操作人員的工作強(qiáng)度，減少生產(chǎn)的運(yùn)行成本，提高整個(gè)管道輸送系統(tǒng)的生產(chǎn)管理水平。主要的控制功能如下：

3.1隔膜泵的優(yōu)化控制

在長(zhǎng)距離礦漿管道輸送系統(tǒng)中，通常采用隔膜泵輸送礦漿。隔膜泵的優(yōu)化控制是整個(gè)管道輸送系統(tǒng)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。隔膜泵的控制功能設(shè)計(jì)一般由隔膜泵廠家和變頻器供貨商實(shí)現(xiàn)，主要包括變頻器的控制和隔膜泵的本體控制。

通過(guò)PLC控制柜控制變頻器，從而來(lái)控制的隔膜泵的啟動(dòng)及變頻調(diào)速。當(dāng)有多臺(tái)隔膜泵并列運(yùn)行時(shí)，變頻器還需實(shí)現(xiàn)對(duì)隔膜泵運(yùn)行的相位控制。由于隔膜泵輸出的礦漿是脈沖式的，當(dāng)多臺(tái)隔膜泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，必須控制好各臺(tái)隔膜泵的啟動(dòng)間隔，使得各臺(tái)隔膜泵輸出的礦漿流波峰與波谷疊加，從而讓礦漿總管輸出的礦漿流是一條平滑的直線。如果沒(méi)有做好隔膜泵的相位控制，當(dāng)各臺(tái)隔膜泵輸出的礦漿流波峰與波峰疊加時(shí)，礦漿總管便會(huì)輸出更不均勻的脈沖流，壓力極不穩(wěn)定，甚至?xí)驗(yàn)樗查g壓力過(guò)高使得礦漿管道破裂。隔膜泵本體上需要監(jiān)測(cè)軸承振動(dòng)，油壓油溫等一些儀表參量，只有當(dāng)PLC控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到這些參量在正常范圍之類，隔膜泵才允許啟動(dòng)，當(dāng)運(yùn)行過(guò)程中，只要發(fā)生振動(dòng)過(guò)大，油壓油溫過(guò)高或過(guò)低，PLC控制系統(tǒng)將自動(dòng)讓隔膜泵停機(jī)或禁止啟動(dòng)。

3.2礦漿輸送控制系統(tǒng)

礦漿輸送控制系統(tǒng)主要包括礦漿攪拌器、喂料泵，終端消能閥門站的聯(lián)鎖控制。通過(guò)監(jiān)測(cè)喂料泵出口的礦漿濃度值，判定礦漿濃度是否適合管道輸送，如果濃度過(guò)高或過(guò)低，輸送管道的閥門自動(dòng)快速關(guān)閉，回流管的上閥門快速打開，礦漿將會(huì)經(jīng)過(guò)回流管進(jìn)入到礦漿攪拌器再次攪拌配制礦漿。喂料泵是用來(lái)給隔膜泵供應(yīng)礦漿，喂料泵的運(yùn)行隨著隔膜泵的調(diào)速控制而變化。

由于礦漿是高壓輸送，當(dāng)?shù)V漿到達(dá)終端時(shí)，礦漿存在較大的壓力，礦漿進(jìn)入礦漿池之前必須經(jīng)過(guò)消能處理。PLC控制系統(tǒng)根據(jù)終端消能閥門站前礦漿管道的壓力大小，自動(dòng)開啟相應(yīng)的閥門，合理選擇消能孔板來(lái)消除礦漿殘存的壓力。

3.3SCADA系統(tǒng)

SCADA系統(tǒng)主要由壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成，包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。PLC控制系統(tǒng)廠家自帶來(lái)系統(tǒng)軟件，即開發(fā)平臺(tái)，能對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行連續(xù)過(guò)程控制、順序控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信等功能。應(yīng)用軟件由設(shè)計(jì)人員在開發(fā)平臺(tái)上自主開發(fā)完成，按照管道輸送系統(tǒng)的工藝要求，開發(fā)出具有特定功能的控制軟件。根據(jù)尾礦輸送的要求，完成的主要功能如下：管道壓力監(jiān)，礦漿攪拌槽液位監(jiān)測(cè)與聯(lián)鎖控制，管道礦漿濃度檢測(cè)與聯(lián)鎖控制，外部越野管道壓力監(jiān)測(cè)，過(guò)壓報(bào)警，管道礦漿濃度監(jiān)測(cè)與控制。

4　自控儀表選型及系統(tǒng)設(shè)置

4.1自控儀表選型

自控儀表是工業(yè)控制系統(tǒng)的眼睛，生產(chǎn)過(guò)程中的任何工藝控制功能都離不開自控儀表。在長(zhǎng)距離礦漿管道輸送系統(tǒng)中需要設(shè)置一定數(shù)量的自控儀表來(lái)監(jiān)測(cè)工藝過(guò)程參量，由于礦漿是堅(jiān)硬的固體顆粒與水的混合物，要求各類自控儀表需具有很強(qiáng)的耐磨性能；而隔膜泵的出口壓力高達(dá)10MPa，要求自控儀表需具有很強(qiáng)的耐高壓力性能。在礦漿攪拌器設(shè)置一臺(tái)雷達(dá)液位計(jì)，用來(lái)監(jiān)測(cè)礦漿攪拌器的液位，選用德國(guó)科隆測(cè)量?jī)x器公司的雷達(dá)液位計(jì)，型號(hào)為OPTIWAVE 6300 C，要求：兩線制，喇叭型天線，法蘭連接，儀表外殼：不銹鋼。在喂料泵的出口、隔膜泵的進(jìn)出口、壓力監(jiān)測(cè)站及終端消能閥門站進(jìn)口設(shè)置多臺(tái)壓力變送器，選用ABB公司生產(chǎn)的264系列壓力變速器，要求：兩線制，填充液：硅油，安裝法蘭口徑為DN50，外殼材質(zhì)為不銹鋼，在氣溫-25.4℃時(shí)能正常工作，且具有良好的防震性能。在喂料泵出口總管與終端消能閥門站進(jìn)口各設(shè)置一臺(tái)礦漿濃度計(jì)，用以監(jiān)測(cè)礦漿濃度是否滿足輸送要求，由于礦漿濃度高，需采用核輻射濃度計(jì)才能達(dá)到較高的精度，選用美國(guó)熱電公司生產(chǎn)的型號(hào)為Density PRO的礦漿濃度計(jì)，要求：電源為220VAC，放射源為Cs137，且具有良好的密閉性。

4.2系統(tǒng)設(shè)置

控制系統(tǒng)是整個(gè)長(zhǎng)距離礦漿管道輸送系統(tǒng)的大腦，自控儀表的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析管道系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，在合適的時(shí)刻發(fā)出控制指令，使得喂料泵、隔膜泵及各個(gè)閥門按照生產(chǎn)工藝的要求運(yùn)行。

控制系統(tǒng)選用AB（羅克韋爾）自動(dòng)化控制系統(tǒng)，羅克韋爾自動(dòng)化有限公司是全球最大的致力于工業(yè)自動(dòng)化與信息化的公司，致力于幫助客戶提高生產(chǎn)力，以及世界可持續(xù)發(fā)展。整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)中央控制中心，即隔膜泵泵房主控制室，作為操作監(jiān)控中心。管道上各個(gè)自控儀表的監(jiān)測(cè)控制信號(hào)將通過(guò)光纖傳輸?shù)礁裟け梅恐骺刂剖?，在主控制室?shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)長(zhǎng)距離礦漿管道輸送系統(tǒng)的進(jìn)行控制。

5　結(jié)語(yǔ)

總之，隨著自動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)越來(lái)越朝著無(wú)人值守的方向發(fā)展。自動(dòng)控制在長(zhǎng)距離礦漿管道輸送中的應(yīng)用，不僅大量節(jié)省了人力、物力及財(cái)力，而且極大的提高輸送系統(tǒng)的智能性、可靠性。

［1］徐鵬魁.淺析長(zhǎng)距離越野礦漿管道的泄漏檢測(cè)定位系統(tǒng)［J］.有色金屬設(shè)計(jì)，2012（3）：53.

［2］田洪波，等.SCADA系統(tǒng)在長(zhǎng)輸管道的應(yīng)用和發(fā)展［J］.石油化工自動(dòng)化，2008，4（10）：10～12.

［3］部偉生，等.長(zhǎng)距離管道輸送發(fā)展現(xiàn)狀及在礦山的應(yīng)用前景［J］.金屬材料與冶金工程，2009，37（1）：57～60.

唐建文（1984-），男，工程師，研究生，主要從事工程設(shè)計(jì)工作。

TD67

A

2095-2066（2016）13-0087-02

2016-4-2