選礦廠砂泵調(diào)速液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

林升舟++龐程

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，相關(guān)領(lǐng)域?qū)ΦV產(chǎn)資源需求量增加。選礦作為一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，選礦質(zhì)量高低直接決定選礦廠經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)選礦工作中主要依靠人力，選礦工作量大，且難度高，存在一定危險(xiǎn)性。而計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)的發(fā)展，與機(jī)械設(shè)備相整合，形成了砂泵調(diào)速液位自動(dòng)控制系統(tǒng)，在實(shí)踐應(yīng)用中，不僅能夠提高選礦質(zhì)量，且能夠緩解工人工作壓力和強(qiáng)度，促進(jìn)選礦工作現(xiàn)代化發(fā)展。文章根據(jù)當(dāng)前選礦廠當(dāng)前生產(chǎn)現(xiàn)狀，分析砂泵液位自動(dòng)控制系統(tǒng)原理及組成，并對(duì)系統(tǒng)在應(yīng)用中常見的問題及解決措施進(jìn)行深入探究，為提高選礦質(zhì)量提供更多參考。

關(guān)鍵詞：選礦廠；砂泵調(diào)速；液位自動(dòng)控制系統(tǒng)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TD928 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）13-0079-02

泵池是選礦廠磨礦流程一部分，泵池液位高低，直接影響磨礦質(zhì)量。一般來說，如果液位偏低，會(huì)導(dǎo)致水力旋流器出現(xiàn)喘氣情況，反之，礦漿溢出，無論前者還是后者都不利于生產(chǎn)有序進(jìn)行。以往，液位調(diào)節(jié)通過增加、減少球磨機(jī)方式進(jìn)行，存在強(qiáng)度大、生產(chǎn)不穩(wěn)等問題，無法適應(yīng)當(dāng)前發(fā)展需求。而變頻器的研發(fā)和應(yīng)用，能夠?qū)ι氨秒姍C(jī)進(jìn)行針對(duì)性調(diào)速，根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)高效控制泵池液位目的。

1 砂泵液位自動(dòng)控制系統(tǒng)原理及組成

該系統(tǒng)是一個(gè)單閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)泵池液位上升/下降時(shí)，實(shí)際液位值與設(shè)定值存在偏差，經(jīng)過調(diào)節(jié)器調(diào)整后，輸出信號(hào)，通過電壓頻率，使得砂泵電機(jī)加速、減速，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)泵池液位目標(biāo)。

該系統(tǒng)是由液位計(jì)、調(diào)節(jié)器等構(gòu)成。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，選擇了VEGASON72-2超聲波物位測量設(shè)備，對(duì)選礦時(shí)的液位進(jìn)行檢測。同時(shí)選擇了SR73A PID調(diào)節(jié)器控制速度。調(diào)節(jié)器在實(shí)踐應(yīng)用中，能夠發(fā)揮控制、液位顯示等功能，幫助工作人員更好地進(jìn)行操作。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，對(duì)于工人專業(yè)素養(yǎng)要求并不高，操作簡單，不僅能夠手動(dòng)、還能夠自動(dòng)操作，隨意切換。工作狀態(tài)下，通過調(diào)節(jié)器設(shè)置為自動(dòng)方式，變頻器接收到指令后，會(huì)輸出相應(yīng)的頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵池液位的控制，能夠節(jié)省大量人工。當(dāng)液位計(jì)出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過兩種方式進(jìn)行切換。具體來說：一是利用調(diào)節(jié)器手動(dòng)輸出，在操作面板上通過按鍵調(diào)整變頻器的輸出頻率。二是在變頻器外部接入10KΩ電位器，方便對(duì)頻率的設(shè)定[1]。在選擇時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行針對(duì)性選擇。

液位計(jì)在應(yīng)用中，采用的超聲波浮子液位計(jì)，浮子會(huì)隨著液面的浮動(dòng)而發(fā)生變化，帶動(dòng)導(dǎo)桿上的反射板移動(dòng)，借助超聲波技術(shù)，將液面高低轉(zhuǎn)換為具體的數(shù)值，直觀地反應(yīng)出液位值，與設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，將輸出的信號(hào)及時(shí)傳輸?shù)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)，通過對(duì)排礦閥門的控制，能夠使得礦漿液面保持在允許范圍內(nèi)。系統(tǒng)運(yùn)行中，各個(gè)設(shè)備之間相互作用，能夠?yàn)檫x礦提供技術(shù)上的支持，減少傳統(tǒng)方式在選礦方面的弊端與不足，提高選礦科學(xué)性。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)常見問題及對(duì)策

2.1 液位檢測系統(tǒng)

液位檢測是系統(tǒng)運(yùn)行的基本保障，如果液位檢測不準(zhǔn)確，系統(tǒng)將無法正常、可靠工作。為了確保液位檢測系統(tǒng)能夠保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)注意如下幾個(gè)問題。由于泵池底部不平整，對(duì)于超聲波液位計(jì)的安裝，要采用導(dǎo)管形式，盡可能與泵池出料口相接近，確保能夠進(jìn)行準(zhǔn)確測量，減少進(jìn)料口過度干擾。同時(shí)，針對(duì)導(dǎo)管底部來說，要保持傾斜度45°，內(nèi)部平滑，中斷不要有開孔。否則開孔位置極易出現(xiàn)虛假回波，以保證檢測可靠性。選礦過程中，基于該項(xiàng)工作特點(diǎn)決定，在泵池底部極易出現(xiàn)沉砂、廢銅球等物質(zhì)，使得測量不夠準(zhǔn)確，要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理。如果液位超過預(yù)設(shè)值，進(jìn)入到測量盲目，會(huì)導(dǎo)致漿液外溢，引發(fā)故障，需要復(fù)位液位計(jì)對(duì)液位進(jìn)行監(jiān)督和控制，使其能夠保持正常的工作狀態(tài)。

2.2 PID調(diào)節(jié)器

PID調(diào)節(jié)器在應(yīng)用中，針對(duì)參數(shù)的設(shè)置，其是否合理，與系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行存在密切聯(lián)系。對(duì)此在參數(shù)設(shè)置過程中，我們要給予更多關(guān)注和重視，加強(qiáng)對(duì)調(diào)節(jié)器作用方式的分析。本文采用的調(diào)節(jié)器，會(huì)隨之輸出信號(hào)的變化而隨之產(chǎn)生變化，存在正相關(guān)關(guān)系[2]。同時(shí)，對(duì)于PID參數(shù)的選擇，要在允許范圍內(nèi)，盡可能減少輸出值變化率，確保變頻器不會(huì)隨之而設(shè)定值的變化發(fā)出現(xiàn)故障。通過對(duì)調(diào)節(jié)器的調(diào)整，能夠確保系統(tǒng)始終處于有序運(yùn)行狀態(tài)。

2.3 變頻器

變頻器參數(shù)合理設(shè)置，能夠使得砂泵運(yùn)行處于平穩(wěn)狀態(tài)中，且能夠降低砂泵自身受到外界的干擾。當(dāng)砂泵運(yùn)行時(shí)，由于沉砂過多，砂泵電機(jī)負(fù)荷相對(duì)較大，需要更大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。但變頻器自身屬于軟啟動(dòng)設(shè)備，如果負(fù)荷過重，啟動(dòng)電流過大，將會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。因此針對(duì)啟動(dòng)電流來說，要設(shè)置在合理范圍內(nèi)，使得電壓能夠盡快上升，以便達(dá)到合適的啟動(dòng)力矩。當(dāng)電壓、電流能夠滿足設(shè)備運(yùn)行需求時(shí)，變頻器才能夠啟動(dòng)順利，帶動(dòng)其他環(huán)節(jié)工作。

變頻器參數(shù)的核定，要采用全常規(guī)模式，同時(shí)，設(shè)定合適的啟動(dòng)升壓等。在選礦中，由于泵池礦漿濃度具有不確定性，使得沉沙量也會(huì)發(fā)生變化，砂泵電機(jī)運(yùn)行承載的負(fù)荷過大，因此電機(jī)要具備較強(qiáng)的機(jī)械特點(diǎn)，且能夠克服負(fù)載的過大波動(dòng)。根據(jù)電機(jī)機(jī)械特征曲線來看，當(dāng)電源頻率達(dá)到既定值時(shí)，要適度獲得提高砂泵電機(jī)外電壓，以此來提高機(jī)械設(shè)備自身性能，從而在運(yùn)行中具有較強(qiáng)的負(fù)載波動(dòng)能力。故針對(duì)變頻器參數(shù)的設(shè)置，要設(shè)置較大的截?cái)嚯妷海x予電機(jī)穩(wěn)定的運(yùn)行電壓，從而為系統(tǒng)運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，降低故障發(fā)生幾率，提高選礦標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

針對(duì)變頻調(diào)速特點(diǎn)來看，要想使其能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要保證一定的電壓/頻率比值，如果頻率低，電壓沒有及時(shí)下降，那么電機(jī)內(nèi)部磁路保護(hù)，激磁電流也會(huì)隨之增加，導(dǎo)致電機(jī)自身性能惡化，嚴(yán)重情況下，電機(jī)將無法正常運(yùn)行環(huán)。因此截?cái)嚯妷簳r(shí)，要充分考慮各項(xiàng)因素，確保其能夠符合相應(yīng)的條件，從而保障系統(tǒng)能夠有序運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，基頻以上最大電壓，要在電機(jī)允許范圍之內(nèi)，如果超過電機(jī)額定電壓，將會(huì)造成電機(jī)燒毀等問題，影響生產(chǎn)工作繼續(xù)[3]。尤其是在夏季，外部環(huán)境溫度過高，導(dǎo)致變頻器輸出性能也會(huì)下降，對(duì)此要濕度降低最大頻率，從而促進(jìn)變頻器能夠正常運(yùn)行。變頻器頻率設(shè)置上下限，可以根據(jù)其設(shè)置的參數(shù)，確保數(shù)值的設(shè)定符合工作需求。值得注意的是，由于變頻器保護(hù)自身具有的保護(hù)功能較為完善，且機(jī)械故障、生產(chǎn)負(fù)荷過重，極有可能造成設(shè)備保護(hù)失靈。所以，當(dāng)變頻器出現(xiàn)啟動(dòng)困難等問題時(shí)，不能夠忽略機(jī)械設(shè)備運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，要加強(qiáng)分析和研究，及時(shí)作出調(diào)整，以確保選礦工作能夠順利進(jìn)行。

2.4 控制砂泵轉(zhuǎn)速

砂泵在具體運(yùn)行中，要根據(jù)生產(chǎn)需求合理選擇轉(zhuǎn)速。通常而言，轉(zhuǎn)速的確定要將流程送來的礦漿打完后，適當(dāng)留有富余。但富余不能夠過大，如果過大，砂泵運(yùn)行中極易吸入空氣，導(dǎo)致其與礦漿混合輸送，產(chǎn)生汽蝕情況，影響砂泵穩(wěn)定運(yùn)行。如此砂泵的輸送將處于不穩(wěn)定狀態(tài)當(dāng)中，間斷輸送會(huì)影響砂泵運(yùn)轉(zhuǎn)，且極易引發(fā)循環(huán)沖擊力。在此作用下，沖擊力通過葉輪傳遞給軸承，將所有負(fù)荷都?jí)涸谳S承之上。長期超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。由于砂泵的轉(zhuǎn)速與軸承壽命存在密切聯(lián)系，要慎重做出選擇。

3 結(jié)語

根據(jù)上文所述，本文研究的控制系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，且具有較強(qiáng)的穩(wěn)定，適用于選礦現(xiàn)場。由于系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置了PID調(diào)節(jié)器，在具體應(yīng)用中，能夠根據(jù)實(shí)際需求，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使得變頻器輸出的電壓及頻率與砂泵相匹配，不會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷或者空載等問題，不僅能夠降低砂泵設(shè)備損耗，且能夠顯著提高生產(chǎn)效率。隨著現(xiàn)代技術(shù)不斷發(fā)展，我們還要加大對(duì)系統(tǒng)的研究力度，積極引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，不斷優(yōu)化系統(tǒng)，從而提高選礦水平。

參考文獻(xiàn)

[1]唐美，劉維平，張可可，穆星星.基于AMESim混砂車排砂泵液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性仿真分析[J].機(jī)床與液壓，2015（05）：124-126.

[2]張楊，鄭泉，陳黎卿，等.基于蟻群算法的吸砂泵裝配順序優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2015（02）：109-112.

[3]蔡民.石油天然氣鉆井用砂泵新型密封結(jié)構(gòu)及選型應(yīng)用研究[J].中國西部科技，2013（07）：44-45.