雙線圈電磁流量計(jì)在選礦中的應(yīng)用

邵 林

(安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院 安徽馬鞍山 243000)

鋼鐵冶煉企業(yè)的選礦車間一般流程為破碎、篩分、磨礦和選別等幾個(gè)重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，現(xiàn)在國內(nèi)礦山大都存在廠區(qū)環(huán)境較差、電氣自動(dòng)化水平偏低，采用人工手動(dòng)給礦，操作人員觀察礦漿的粒度和濃度，最后通過人工判斷負(fù)荷進(jìn)行水路調(diào)節(jié)。由于人工調(diào)節(jié)缺乏實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，容易使磨機(jī)出現(xiàn)“脹肚”與“空腹”現(xiàn)象，致使整個(gè)磨選工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性偏差。因此對選礦車間實(shí)施電氣自動(dòng)控制非常必要。 同時(shí)，由于選礦車間生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，大功率電氣設(shè)備多，比如破碎機(jī)與磨機(jī)，破碎機(jī)甚至為高壓電氣設(shè)備，作為廠區(qū)環(huán)境的干擾源，如電磁干擾、強(qiáng)信號干擾、大型用電設(shè)備控制信號干擾，因此必須采取有效防干擾措施，才使系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行。 目前結(jié)合國內(nèi)選礦廠電氣自動(dòng)化運(yùn)行情況和大紅山鐵礦的實(shí)際工藝流程，我們設(shè)計(jì)了基于雙線圈的電磁流量計(jì)，該系統(tǒng)能及時(shí)掌握生產(chǎn)工藝流程的運(yùn)行工況和參數(shù)變化，能有效優(yōu)化生產(chǎn)流程，保證生產(chǎn)穩(wěn)定、安全運(yùn)行，并能夠降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，提高生產(chǎn)管理水平，對大紅山鐵礦的生產(chǎn)具有重要的意義。

1 雙線圈電磁流量計(jì)的特點(diǎn)

1.1 雙線圈電磁流量計(jì)物理結(jié)構(gòu)

雙線圈電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如下圖1所示。我們采用1個(gè)電磁激發(fā)線圈和2個(gè)電磁接受線圈，當(dāng)電磁激發(fā)線圈發(fā)出勵(lì)磁脈沖信號后，將分別在兩個(gè)接受的電磁線圈中產(chǎn)生相應(yīng)的感生電動(dòng)勢。

圖1 雙線圈電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖

1.2 雙線圈電磁流量計(jì)工作過程

首先設(shè)定第1個(gè)接收電磁線圈感應(yīng)電動(dòng)勢最大值的時(shí)刻為t1，第2個(gè)接收電磁線圈感應(yīng)電動(dòng)勢最大值的時(shí)刻為t2，兩個(gè)感應(yīng)線圈實(shí)際間隔分別為s1和s2，被檢測礦漿樣本的流速為vs。

(1)

2 大紅山鐵礦流量計(jì)

2.1 電磁流量計(jì)通訊協(xié)議

電磁流量計(jì)的通訊接口為RS485，設(shè)置波特率為9600，數(shù)據(jù)起始位為1位，數(shù)據(jù)位為8位，采用偶校驗(yàn)為1位，停止位為1位， 通信協(xié)議為MODBUS-RTU標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，如表1所示。流量計(jì)為從機(jī)，只有收到主機(jī)正確的命令幀才會應(yīng)答。主機(jī)發(fā)送命令幀周期應(yīng)大于50 ms，流量計(jì)響應(yīng)時(shí)間不大于15 ms。

通訊協(xié)議如表2所示：主機(jī)向流量計(jì)發(fā)送數(shù)據(jù)：02 05 data1 data2 sum 03 (所有字節(jié)為十六進(jìn)制數(shù))02 起始字節(jié)05 流量計(jì)機(jī)號data1 data2 為任意數(shù)sum為校驗(yàn)和 (所有數(shù)累加后取補(bǔ))03 停止字節(jié)例如：02 05 00 00 F6 03流量計(jì)向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)：02 05 data1 data2 data3 data4 data5 data6 data7 data8 data9 data10 data11 data12 sum 03 (所有字節(jié)為十六進(jìn)制數(shù))。

表1 主機(jī)至從機(jī)信息結(jié)構(gòu)

表2 從機(jī)相應(yīng)信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2.2 雙線圈電磁流量計(jì)仿真分析

雙線圈電磁流量計(jì)仿真波形如圖2和圖3所示。雙線圈電磁流量計(jì)相當(dāng)于兩個(gè)單線圈電磁流量計(jì)。現(xiàn)假定單線圈電磁流量計(jì)由于勵(lì)磁脈沖引起的誤差為δ，則單線圈電磁流量計(jì)的流速計(jì)算公式為：

(2)

由式2可知，采用雙線圈進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算，能夠消除勵(lì)磁電流本身引起的系統(tǒng)誤差。

圖2 雙線圈流量計(jì)理論檢測波形

圖3 雙線圈流量計(jì)實(shí)際檢測波形

2.3 礦漿流速計(jì)算

由于勵(lì)磁線圈電流(ilc)為三角波脈沖，則最大勵(lì)磁線圈電流為頂點(diǎn)位置，現(xiàn)設(shè)定勵(lì)磁線圈電流達(dá)到最大值時(shí)的激發(fā)時(shí)間t1，由電磁感應(yīng)原理我們可以得到如下公式：

(3)

(4)

其中Φ為礦漿被磁化樣本的磁通，N為被檢測的電磁線圈匝數(shù)。

3 流量計(jì)設(shè)計(jì)程序

為了使流量計(jì)的抗干擾能力增強(qiáng)，同時(shí)便于安裝調(diào)試和封裝，我們采用單片機(jī)作為系統(tǒng)的信號采集和處理單元，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)部分程序如下所示：

MAIN:

mov WDTCN, #0DEh

mov WDTCN, #0ADh

disable watchdog timer

mov sp,#stack

mov SFRPAGE, #0

call ClearRam_wait1ms

mov FILTER_pointer,#0h

mov dptr,#test_time

clr a

mov a,dph

mov Time_pointerH,a

mov Time_dptrh,a

mov a,dpl

mov Time_pointerL,a

mov Time_dptrl,a

call PortWorkspaecInit

call DeviceInit

call Display_wait;dispaly "please wait"

call Delay_wait

call LCD12864_DISPLAY;display 0000...

4 總結(jié)

根據(jù)大紅山鐵礦礦漿生產(chǎn)工藝流程，本文設(shè)計(jì)的雙線圈電磁流量計(jì)能夠克服單線圈電磁流量計(jì)由于本身勵(lì)磁電流引起系統(tǒng)誤差，有效地提高了系統(tǒng)的測量精度。在實(shí)際的生產(chǎn)檢測過程中，雙線圈電磁流量計(jì)同時(shí)也存在一些問題，比如兩個(gè)接收線圈相對物理位置的選擇對系統(tǒng)測量精度的影響，如果相對距離近了，不利于系統(tǒng)測量精度的提高，距離選擇遠(yuǎn)了，由于紊流等檢測因素的影響使得礦漿磁化樣本產(chǎn)生電磁發(fā)散現(xiàn)象。因此，選取合適的雙線圈相對物理位置和優(yōu)化礦漿樣本數(shù)據(jù)是我們將來要進(jìn)行電磁流量計(jì)研究的發(fā)展方向。