濃密機(jī)控制邏輯分析

余 冰，劉振民

(江西瑞林電氣自動(dòng)化有限公司，江西南昌 330038）

濃密機(jī)在選礦廠、濕法冶煉廠中的應(yīng)用極為廣泛，主要應(yīng)用于浸出液和廢水處理等需要固液分離的工藝中。礦漿與絮凝劑混合后，通過(guò)頂部的進(jìn)料管進(jìn)入濃密機(jī)，然后依靠導(dǎo)流板的作用向四周擴(kuò)散，沉淀到濃密機(jī)底層并形成泥層。泥層底流濃度與高度的一致性對(duì)于固液分離效果非常重要，是礦漿分離為澄清液和高濃度沉淀物的關(guān)鍵[1]。因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，會(huì)添加適量的澄清液和絮凝劑進(jìn)行混合，以促進(jìn)礦漿沉降，凝結(jié)后的固體顆粒由于自身重力的作用向濃密機(jī)底部沉淀。礦漿中的液體則穿過(guò)泥層逐步上升，在濃密機(jī)的上部形成澄清液。澄清液由濃密機(jī)頂部周?chē)囊缌鞑圩粤鞯较乱患?jí)濃密機(jī)中，而底流礦漿則通過(guò)渣漿泵輸送到下一級(jí)工藝流程。

本文結(jié)合剛果（金）某大型尾礦復(fù)墾項(xiàng)目的工程應(yīng)用實(shí)例，重點(diǎn)介紹濃密機(jī)提耙、降耙、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、報(bào)警及液壓馬達(dá)（含冷卻風(fēng)扇）等執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)鎖控制的實(shí)現(xiàn)。本文闡述的濃密機(jī)控制邏輯是基于西門(mén)子PCS7 V8.2、S7-400 CPU及ET200M遠(yuǎn)程IO站平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的。

1 設(shè)備組成

濃密機(jī)主要由耙驅(qū)動(dòng)裝置、混合氣轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、絮凝劑給料管、給料桶、耙壁、溢流槽及排料管組成。

濃密機(jī)提耙、降耙的動(dòng)力來(lái)自于液壓動(dòng)力單元上的專(zhuān)用液壓泵。其中1個(gè)用于驅(qū)動(dòng)耙子上升和下降，另1個(gè)專(zhuān)門(mén)用于驅(qū)動(dòng)耙子正、反轉(zhuǎn)。這兩個(gè)液壓泵通過(guò)1個(gè)鐘罩安裝在普通電機(jī)上，由撓性聯(lián)軸器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。濃密機(jī)實(shí)物，如圖1所示。

圖1 濃密機(jī)實(shí)物

當(dāng)濃密機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，底流濃度越高，粘度越高，提耙裝置遭受到的拖拽力（負(fù)載）也越大。耙子所經(jīng)受的扭矩也隨之變化，因此耙子需通過(guò)自動(dòng)升高或降低來(lái)維持所受扭矩在允許范圍內(nèi)。在外界條件不變的情況下,耙子提升后所受到的扭矩會(huì)減?。环粗?，耙子所受的扭矩會(huì)增大。安裝在液壓油路的高壓力開(kāi)關(guān)用于過(guò)扭矩系統(tǒng)保護(hù)，扭矩高限發(fā)生時(shí)(壓力大)停止液壓動(dòng)力單元。在液壓線路上安裝1個(gè)壓力變送器用于監(jiān)視耙子扭矩，液壓?jiǎn)卧瑫r(shí)也安裝了1個(gè)安全閥以防壓力開(kāi)關(guān)失效。

2 控制邏輯

該項(xiàng)目中的濃密機(jī)只有遠(yuǎn)程I/O模塊，所有的顯示、控制及聯(lián)鎖保護(hù)都由PCS7來(lái)實(shí)現(xiàn)。接入PCS7的信號(hào)點(diǎn)詳見(jiàn)表1。

表1 濃密機(jī)控制信號(hào)

濃密機(jī)控制邏輯的核心是為耙子的旋轉(zhuǎn)、提升及下降提供動(dòng)力的液壓動(dòng)力單元（液壓泵）。正常生產(chǎn)狀態(tài)下，在降耙時(shí)，耙子必須旋轉(zhuǎn)，當(dāng)力矩大于50%時(shí)，聯(lián)鎖停止下降；手動(dòng)提耙時(shí)，不要求耙子旋轉(zhuǎn)，立即提升。

濃密機(jī)的控制邏輯按控制功能主要有以下幾個(gè)部分：1）濃密機(jī)液壓動(dòng)力單元啟停、聯(lián)鎖保護(hù)及狀態(tài)顯示；2）耙子旋轉(zhuǎn)控制、聯(lián)鎖及狀態(tài)顯示；3）降耙與提耙控制、聯(lián)鎖及狀態(tài)顯示；4）濃密機(jī)過(guò)程量及狀態(tài)顯示、報(bào)警及聯(lián)鎖關(guān)系。

2.1 液壓動(dòng)力單元控制

正常操作時(shí)，在PCS7上操作模式切換為就地（Local），按下機(jī)旁操作箱的啟動(dòng)（Start）按鈕，如未發(fā)生以下聯(lián)鎖停機(jī)條件，液壓動(dòng)力單元將正常啟動(dòng)：1）液壓油位低（LSL13110B）；2）液壓油溫高，液壓油溫（TT13110）大于 70 ℃；3）扭矩高限（NSH13110），扭矩達(dá)到量程上限的95%以上；4）電機(jī)故障。液壓電機(jī)正常工作時(shí)候，可以通過(guò)機(jī)旁控制箱停止（Stop）或者急停（Estop）按鈕正常停止液壓電機(jī)。

需要注意的是，扭矩高限發(fā)生后，液壓電機(jī)立即聯(lián)鎖停車(chē)。該條件消失后，在機(jī)旁控制箱上按下“高扭矩復(fù)位”（HIGH TORQUE RESET）按鈕后，才能再次啟動(dòng)液壓泵。

2.2 耙子旋轉(zhuǎn)控制

耙子的方向開(kāi)關(guān)有正向、中間位、反向3個(gè)位置，選擇“正向”激活正向電磁閥，選擇“反向”激活耙子的反向電磁閥，當(dāng)選擇中間位時(shí)兩個(gè)電磁閥都不激活。一般狀況下都是使用正向轉(zhuǎn)動(dòng)，只有在耙子卡住時(shí)才手動(dòng)使用反向旋轉(zhuǎn)，以擠開(kāi)泥層使耙子能夠提升。其中反向是自復(fù)位的。耙子方向可以根據(jù)液壓動(dòng)力單元的運(yùn)行與否來(lái)進(jìn)行改變。

耙子正、反轉(zhuǎn)時(shí)需滿足以下條件：1）正、反轉(zhuǎn)切換時(shí)，需10 s以后才能切換動(dòng)作；2）液壓油泵已啟動(dòng)；3）旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)在正轉(zhuǎn)（FWD）或者反轉(zhuǎn)（REV）位置（HS13110A/HS13110B）；4）旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)在正轉(zhuǎn)位置時(shí)，當(dāng)耙子碰到高限位（ZSH13110）時(shí)，將自動(dòng)正轉(zhuǎn)。

2.3 提、落耙控制

耙子扭矩（NIT13110）變送器提供 4～20 mA（0%～100%）信號(hào)到PCS7。這個(gè)信號(hào)用來(lái)控制耙子的自動(dòng)上升和下降。

1）自動(dòng)提耙。自動(dòng)提耙的過(guò)程中，耙子的扭矩將逐漸減小，需同時(shí)滿足以下條件：（1）機(jī)旁控制箱選擇開(kāi)關(guān)處于遠(yuǎn)程（REMOTE）；（2）扭矩（NIT13110）大于50%；（3）液壓油泵已啟動(dòng)；（4）耙子不處于中間（Neutral）狀態(tài)。這是因?yàn)镕WD與REV的輸出信號(hào)與輸入點(diǎn)信號(hào)不一定相同，所以該聯(lián)鎖信號(hào)取FWD與REV的輸出點(diǎn)信號(hào)。直到以下任一條件滿足時(shí)，停止自動(dòng)提耙：（1）扭矩（NIT13110）降低到 45%以下；（2）耙子高限位開(kāi)關(guān)（ZSH13110）被激活。

2）自動(dòng)降耙。此動(dòng)作時(shí)每128 s周期間隔下降2 s，下降速度5 mm/s。同時(shí)滿足以下條件時(shí)自動(dòng)降耙：（1）機(jī)旁控制箱選擇開(kāi)關(guān)處于遠(yuǎn)程（REMOTE）；（2）不處于中間（Neutral）狀態(tài)；（3）液壓油泵已啟動(dòng)；（4）扭矩（NIT13110）小于40%。直到以下任一條件滿足時(shí)，停止自動(dòng)降耙：（1）扭矩（NIT13110）大于 40%；（2）耙子低限位開(kāi)關(guān)（ZSL13110）激活。

3）手動(dòng)提耙。在檢修調(diào)試時(shí)，常常需要手動(dòng)提耙。手動(dòng)提耙時(shí)需滿足以下條件，提耙停止：（1）機(jī)旁控制箱處于就地狀態(tài) （LOCAL）；（2）液壓油泵已啟動(dòng)；（3）旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)（HS13110C）處于提耙（RAISE）狀態(tài)。

4）手動(dòng)降耙。在檢修調(diào)試時(shí)，常常需要手動(dòng)降耙。手動(dòng)降耙需同時(shí)滿足以下條件：（1）機(jī)旁控制箱 處 于 就 地 狀 態(tài) （LOCAL）；（2）液壓油泵已啟動(dòng)；（3）不處于中間（Neutral）狀態(tài)；（4）旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)（HS13110D）處于降耙（LOWER）狀態(tài)（即發(fā)出降低命令）。直到低限位開(kāi)關(guān)（ZSL13110）被激活或者扭矩（NIT13110）大于50%停止降耙。

2.4 聲光報(bào)警

1）聲音報(bào)警條件。以下條件任意一個(gè)發(fā)生時(shí)，將觸發(fā)聲音警報(bào)，提醒維護(hù)人員進(jìn)行確認(rèn)維護(hù)：（1）耙子扭矩（NIT13110）大于 50%；（2）當(dāng) PCS7接收到液壓油位低 （LSL13110B） 信號(hào)；（3） 液壓油溫高（TT13110）大于 70 ℃；（4）PCS7 接收到扭矩大于95%（NSH13110）信號(hào)；（5）液壓電機(jī)發(fā)生故障。后面4種狀況下的聲音報(bào)警可以通過(guò)機(jī)旁操作箱上的按鈕（HS13110X）進(jìn)行復(fù)位。

2）閃爍報(bào)警條件。發(fā)生以下任意一個(gè)條件時(shí)，將觸發(fā)聲光警報(bào)，提醒維護(hù)人員進(jìn)行確認(rèn)維護(hù)：（1）PCS7 接收到扭矩大于 95%（NSH13110）信號(hào)；（2）當(dāng)PCS7 接收到液壓油位低（LSL13110B）信號(hào)；（3）液壓油溫高 （TT13110）大于 70℃；（4）液壓電機(jī)發(fā)生故障；（5）耙子扭矩（NIT13110）大于 50%時(shí)啟動(dòng)閃爍，小于50%時(shí)停止閃爍。

3 濃密機(jī)操作

PCS7所涉及的濃密機(jī)控制邏輯是為了保證濃密機(jī)的正常運(yùn)行，中控室（CCR）操作員需對(duì)遠(yuǎn)程操作與就地操作有清晰的認(rèn)識(shí)。濃密機(jī)液壓動(dòng)力單元由現(xiàn)場(chǎng)操作人員就地啟停操作，中央控制室（CCR）將濃密機(jī)液壓動(dòng)力單元的操作模式切到就地模式（LOCAL）。當(dāng)發(fā)生聯(lián)鎖跳閘時(shí)，則需CCR切換到遠(yuǎn)程模式，在PCS7復(fù)位及確認(rèn)故障后再切換到就地（LOCAL）模式，由現(xiàn)場(chǎng)人員操作。

液壓系統(tǒng)正常后，操作員將就地選擇開(kāi)關(guān)選擇切換至“就地”（LOCAL），耙子旋轉(zhuǎn)方向選擇“正轉(zhuǎn)”（FWD）。按下提耙按鈕時(shí)，耙子將立即提升，直至碰到耙子高限位，耙子停止提升并開(kāi)始正向旋轉(zhuǎn)。操作員將就地選擇開(kāi)關(guān)選擇“遠(yuǎn)程”（REMOTE），PCS7根據(jù)旋轉(zhuǎn)力矩來(lái)自動(dòng)控制提耙或降耙。基于PCS編程組態(tài)的畫(huà)面詳見(jiàn)圖2。

圖2 濃密機(jī)流程監(jiān)控畫(huà)面

4 結(jié)論

本文所討論的濃密機(jī)的控制邏輯功能，在剛果（金）某大型尾礦復(fù)墾銅鈷濕法冶金工程中得到成功應(yīng)用。該工程共11臺(tái)濃密機(jī)均采用了文中所涉及的自動(dòng)控制與聯(lián)鎖保護(hù)邏輯，目前設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定。