有色冶金選礦廠破碎工序自動(dòng)化控制方案設(shè)計(jì)及實(shí)踐

尹久發(fā)

（云南錫業(yè)研究院有限公司，云南個(gè)舊 661400）

進(jìn)入本世紀(jì)，可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略已成為資源性產(chǎn)業(yè)的頭等大事，選礦行業(yè)作為資源性產(chǎn)業(yè)重要的組成部分，必須面對(duì)“持續(xù)”和“發(fā)展”這兩大問(wèn)題?！鞍l(fā)展”的壓力來(lái)自市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，“持續(xù)”的壓力來(lái)自礦產(chǎn)資源的不可再生。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，選礦企業(yè)必須不斷提高生產(chǎn)技術(shù)、降低生產(chǎn)成本，在行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先地位。在發(fā)達(dá)國(guó)家的選礦廠，上個(gè)世紀(jì)末已基本實(shí)現(xiàn)了全流程的計(jì)算機(jī)控制，使得這些企業(yè)經(jīng)久不衰。這就要求用科學(xué)的發(fā)展思維，采取高科技手段，利用有限的資源，追求企業(yè)利益最大化。有色冶金選礦廠在實(shí)施選礦過(guò)程全流程自動(dòng)化控制方面，在國(guó)內(nèi)外工廠中已進(jìn)行全流程自動(dòng)化控制技術(shù)升級(jí)改造，得了顯著成果，并取得較好經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)踐證明，只有采取高科技手段，用信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)改造企業(yè)，才會(huì)使企業(yè)快速走上振興之路，才會(huì)使企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中立于不敗之地。本文通過(guò)對(duì)云錫幾個(gè)有色冶金選礦廠實(shí)施生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的升級(jí)改造中，認(rèn)為選礦廠破碎工序工藝較為成成熟。具備實(shí)施自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造條件，通過(guò)方案論證。設(shè)計(jì)出一套在選礦廠破碎工序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制的方案技術(shù)路線，并在幾個(gè)選礦廠進(jìn)行實(shí)施，自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，安全可靠，降低生產(chǎn)成本，提升選礦廠自動(dòng)化控制技術(shù)水平。

1 選礦廠破碎工序工藝簡(jiǎn)述

有色冶金選礦廠生產(chǎn)工藝一般主要流程是：破碎為三段一閉路流程，粗碎采用鄂式破碎機(jī)中碎、細(xì)碎采用圓錐破碎機(jī)，篩分采用園振篩、中碎、細(xì)碎采用圓錐破碎機(jī)，篩分采用園振篩磨礦采用二段磨礦分級(jí)工藝，一段磨礦分級(jí)產(chǎn)品進(jìn)入二段磨礦流程，磨礦流程結(jié)束后進(jìn)入選別工序，最終實(shí)現(xiàn)選礦廠精礦產(chǎn)品輸送。破碎工序是有色冶金選礦廠礦物入選前重要工序，選礦廠的破碎工序工藝流程為：礦山運(yùn)來(lái)的礦石進(jìn)入原礦倉(cāng)，經(jīng)過(guò)不同用途1#至11#皮帶轉(zhuǎn)移到各種儲(chǔ)料倉(cāng)。原礦倉(cāng)的礦石經(jīng)棒條給料機(jī)輸送給鄂式破碎機(jī)進(jìn)行粗碎。粗碎產(chǎn)品經(jīng)1#、7#、2#皮帶運(yùn)輸?shù)街兴榈V倉(cāng)，經(jīng)3#皮帶給入中碎機(jī)進(jìn)行中碎。中碎產(chǎn)品經(jīng)5#皮帶給入園振篩，篩上產(chǎn)品經(jīng)6#、11#皮帶運(yùn)輸?shù)郊?xì)碎礦倉(cāng)。細(xì)碎礦倉(cāng)的礦石經(jīng)4#皮帶給入細(xì)碎機(jī)進(jìn)行細(xì)碎。細(xì)碎產(chǎn)品經(jīng)5#皮帶返回篩分礦倉(cāng)，形成細(xì)碎篩分閉路；篩下產(chǎn)品經(jīng)8#、9#皮帶運(yùn)輸?shù)角蚰シ鄣V倉(cāng)，完成破碎工序作業(yè)生產(chǎn)。選礦廠破碎工序自動(dòng)化控制系統(tǒng)方案見(jiàn)圖1。

2 選礦廠破碎工序自動(dòng)化控制系方案設(shè)計(jì)及組成

2.1 選礦廠破碎工序自動(dòng)化控制技術(shù)指標(biāo)

針對(duì)選礦廠破碎工序生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，破碎工序生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制主要指標(biāo)是：（1）破碎工序生產(chǎn)全過(guò)程自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人或盡量降低現(xiàn)場(chǎng)操作人員。（2）實(shí)現(xiàn)破碎工序生產(chǎn)過(guò)程各種量綱及生產(chǎn)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)安全監(jiān)控，確保生產(chǎn)設(shè)備安全運(yùn)行。（3）實(shí)現(xiàn)破碎工序生產(chǎn)過(guò)程各種設(shè)備滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)，如破碎機(jī)的擠滿(mǎn)式給礦控制，提高生產(chǎn)產(chǎn)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力。

2.2 破碎工序自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能

根據(jù)選礦廠破碎工序工藝流程特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要功能有（1）實(shí)現(xiàn)原礦倉(cāng)、中碎礦倉(cāng)、細(xì)碎礦倉(cāng)、粉礦礦倉(cāng)的料位檢測(cè)、顯示、報(bào)警與粉礦倉(cāng)布料控制；（2）實(shí)現(xiàn)進(jìn)料1#皮帶金屬探測(cè)與報(bào)警；（3）通過(guò)中碎、細(xì)碎破碎機(jī)負(fù)荷檢測(cè)，與給礦皮帶變頻形成閉路連鎖控制，實(shí)現(xiàn)擠滿(mǎn)給礦的目的；（4）通過(guò)與破碎機(jī)自帶PLC 通訊實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)視，完成保護(hù)報(bào)警等功能；（5）實(shí)現(xiàn)碎礦工藝過(guò)程中各主要輸送皮帶、電氣設(shè)備的邏輯控制與邏輯連鎖；（6）實(shí)現(xiàn)破碎工藝過(guò)程中各主要皮帶的防跑偏、監(jiān)測(cè)、報(bào)警以及大功率皮帶電流監(jiān)測(cè)；（7）實(shí)現(xiàn)中、細(xì)破碎、篩分作業(yè)的優(yōu)化平衡控制及相關(guān)工藝過(guò)程的自動(dòng)分析、故障判斷、歷史資料歸檔、事故報(bào)警、故障保護(hù)等功能。

圖1 選礦廠破碎工序自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成流程圖

2.3 破碎工序自動(dòng)化控制系統(tǒng)特點(diǎn)

通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，破碎工序自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)。

（1）系統(tǒng)可靠性高：系統(tǒng)核心設(shè)備采用平均無(wú)故障時(shí)間較長(zhǎng)、易于維護(hù)的設(shè)備，控制系統(tǒng)設(shè)備選用當(dāng)前國(guó)內(nèi)外大中型企業(yè)的實(shí)際使用的成熟設(shè)備，輔助設(shè)備采用通用設(shè)備，便于現(xiàn)場(chǎng)人員的使用與維護(hù)。

（2）控制技術(shù)先進(jìn)：系統(tǒng)采用DCS 控制系統(tǒng)，主控單元采用模糊控制＋常規(guī)控制實(shí)現(xiàn)（FUZZY ＋PID），并采用復(fù)雜控制回路的自適應(yīng)模糊PID 控制技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)智能優(yōu)化控制系統(tǒng)。

（3）實(shí)用性強(qiáng)：針對(duì)中國(guó)國(guó)內(nèi)的廠情，選取工藝過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。同時(shí)對(duì)原有工藝不需要作任何改造，安裝調(diào)試不影響生產(chǎn)。系統(tǒng)具有自動(dòng)、控制室內(nèi)軟手動(dòng)或自動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)三類(lèi)控制方法。

（4）直接經(jīng)濟(jì)效益突出：一次投資少、見(jiàn)效快，回收周期短。一次投資，多年受益。系統(tǒng)運(yùn)行后、提高礦石破碎粒度合格率和金屬回收率，降低后續(xù)磨礦工序球耗、電耗及襯板等消耗，避免故障的發(fā)生。

（5）易于系統(tǒng)擴(kuò)展：系統(tǒng)提供必要的接口，能夠接入不同標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，兼容范圍廣，為廠級(jí)管理、過(guò)程自動(dòng)控制設(shè)計(jì)了必要軟件接口與界面。

（6）操作方便：系統(tǒng)在保證自動(dòng)控制的前提下，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)局部與全部的自動(dòng)、軟手動(dòng)和手動(dòng)操作等多種操作方式。

（7）間接效益顯著：為企業(yè)管理提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，提高企業(yè)的管理水平。真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，挖掘設(shè)備潛力，提高設(shè)備作業(yè)率，降低崗位工人勞動(dòng)強(qiáng)度與難度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

3 生產(chǎn)實(shí)踐

本系統(tǒng)已應(yīng)用在云南、山東等幾個(gè)大型有色冶金選礦廠進(jìn)行，運(yùn)行結(jié)果顯示：一般一個(gè)3000～8000t/年有色金屬選礦廠破碎工序，日處理礦石滿(mǎn)負(fù)荷情況下可達(dá)10000多噸物料，不加自動(dòng)化控制控制系統(tǒng)前，需要30多人進(jìn)行不同崗位操作，每天處理各種設(shè)備故障在5臺(tái)套以上，并且還伴隨發(fā)生部分操作員工及設(shè)備安全事故3%機(jī)率可能性；增加破碎工序自動(dòng)化控制系統(tǒng)后，整個(gè)工序生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)過(guò)程均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和監(jiān)控，生產(chǎn)崗位操作人員只需要3～5人，生產(chǎn)人工成本下降70%，生產(chǎn)過(guò)程及設(shè)備滿(mǎn)負(fù)荷率提高30%，設(shè)備故障率降低80%，人員及設(shè)備安全事故率可降至0.1%以下，同時(shí)優(yōu)化破碎工序作業(yè)，提高整個(gè)工序的作業(yè)能力及效率和產(chǎn)品的合格率。企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平及安全文化水平顯著提高、效益顯著。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）對(duì)有色冶金選礦廠破碎工序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制，工藝路線及控制技術(shù)成熟，具有較強(qiáng)生產(chǎn)實(shí)踐性和應(yīng)用前景。

（2）控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)設(shè)備監(jiān)測(cè)與設(shè)備安全管理，達(dá)到保障設(shè)備安全運(yùn)行，減少設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間，提高設(shè)備作業(yè)率及生產(chǎn)過(guò)程負(fù)荷率。

（3）通過(guò)實(shí)施自動(dòng)化控制，顯著減少破碎工序生產(chǎn)過(guò)程污染，降低人工成本、改善現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境及生產(chǎn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)清潔文明生產(chǎn)，顯著提高企業(yè)現(xiàn)代化水平。

（4）通過(guò)運(yùn)用自動(dòng)化系統(tǒng)，可使企業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率50%以上，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，對(duì)有色冶金選礦企業(yè)降本增效，提高企業(yè)經(jīng)經(jīng)濟(jì)效益提出重要路徑。

碎礦礦工序自動(dòng)化控制是直接應(yīng)用于有色冶金選礦生產(chǎn)過(guò)程的一項(xiàng)全新技術(shù)，通過(guò)全生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，信息化和全流程過(guò)程生產(chǎn)人員設(shè)備操作行為、運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)檢測(cè)和過(guò)程閉環(huán)反饋控制。它能高效提升有色冶金選廠產(chǎn)品質(zhì)量、降低能降和成本，特別在降低有色冶金選礦廠破碎系統(tǒng)安全事故，提高生產(chǎn)效率方面不論在硬件和軟件起關(guān)鍵技術(shù)支撐，對(duì)國(guó)內(nèi)有色冶金礦山企業(yè)相關(guān)破碎工序提升自動(dòng)化水平具有一定參考價(jià)值，為有色冶金選礦廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理和現(xiàn)代化科學(xué)管理發(fā)揮重要作用。