有關(guān)磨礦自動化控制系統(tǒng)的研究

王曉艷

引言：隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，磨礦已經(jīng)告別了傳統(tǒng)的控制方法，廣泛應(yīng)用自動化控制系統(tǒng)，并且在實際應(yīng)用中效果良好，使得產(chǎn)品合格率提高、能源消耗降低、生產(chǎn)效率增大。本文結(jié)合自己的工作經(jīng)驗分析磨礦自動化控制系統(tǒng)的實際應(yīng)用情況，進一步介紹控制系統(tǒng)如何實現(xiàn)自動控制。

一、磨礦過程自動控制

磨礦過程是整個選礦工業(yè)的核心部分，它起著承上啟下的關(guān)鍵作用。由于磨礦過程具有大慣性滯后、多變量耦合、邊界條件波動等特性，無法直接有效而準確地測量磨機負荷。以前國內(nèi)的磨礦自動化程度較低，導致生產(chǎn)效率低、能源消耗大、磨礦過程的各項指標合格率較差，對于磨礦過程的上述特點，傳統(tǒng)的過程控制自動化很難奏效，故而引入綜合自動化系統(tǒng)才是解決問題的關(guān)鍵。

本文根據(jù)車間球磨機的具體情況，針對磨礦過程的原理、技術(shù)要求和工藝特點，解析由過程管理、智能優(yōu)化和過程控制三層結(jié)構(gòu)組成的磨礦過程綜合自動化系統(tǒng)，到最終實現(xiàn)綜合生產(chǎn)指標優(yōu)化的過程。

二、工藝簡介

原礦由給料機和調(diào)速皮帶送入球磨機內(nèi)，經(jīng)過研磨后，再經(jīng)過旋流器的溢流分級作用，符合選別要求的的礦漿將進入后續(xù)作業(yè)，不符合要求的礦漿以沉砂的形式再回到球磨機中進行研磨。

整個磨礦過程中，最關(guān)鍵的工藝指標是旋流器溢流粒度。影響整個磨礦過程的主要因素有給礦量、球磨機筒體內(nèi)的礦漿濃度、旋流器的礦漿濃度等。保持球磨機給礦量的相對穩(wěn)定，使其不波動或者在允許范圍內(nèi)小幅波動，對磨礦過程至關(guān)重要，同時在保證球磨機安全穩(wěn)定運行的前提下，應(yīng)保證球磨機始終運行在最佳負荷區(qū)間。為了保證旋流器產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，必須對旋流器的給礦壓力加以控制，防止大幅波動。旋流器的溢流粒度與給礦濃度有一定的關(guān)系，此參數(shù)配合將是控制旋流器分級效率的重要參數(shù)。

三、控制策略介紹

（一）磨機恒定給礦

磨機給礦的控制方案主要分三類：不考慮礦石性質(zhì)和磨礦條件變化的恒定給礦自動控制系統(tǒng)、考慮礦石性質(zhì)和磨礦條件變化的自動控制系統(tǒng)、自尋最佳的自動控制系統(tǒng)。根據(jù)車間的現(xiàn)場情況和國內(nèi)磨礦給礦應(yīng)用現(xiàn)狀，本車間選擇自尋最佳的自動控制方案。調(diào)速皮帶的控制采用現(xiàn)場操作箱控制和遠程PLC控制兩種方式，當調(diào)速皮帶由現(xiàn)場切換到遠程PLC控制時，采用無擾動切換的方式。

（二）球磨機給水控制

磨礦過程中給入磨機的水量多少直接影響磨礦效率和磨機質(zhì)量。如果磨機內(nèi)礦漿濃度太大，它將限制礦石和鋼球下落，并且起緩沖墊的作用。最后由磨機離心力的作用，使全部礦漿變濃厚而附著在磨機筒身內(nèi)壁上，使磨礦作用減少到零。為此，必須保證磨機內(nèi)磨礦濃度適宜，以便發(fā)揮磨機的最大磨礦效率。在磨機內(nèi)直接測量礦漿濃度，目前仍無法解決，一般多采用定值控制或者按礦石比率控制給水量的方法實現(xiàn)控制磨礦機內(nèi)礦漿濃度。

在礦石的濕度、沉砂量及沉砂濕度變化不大的情況下，磨機內(nèi)礦漿濃度主要取決于向磨機內(nèi)所加入的礦量及水量。該處磨機的給水量采用與給入磨機實際礦量成比率的方案控制，該系統(tǒng)中檢測元件采用電磁流量計，執(zhí)行機構(gòu)采用氣動調(diào)節(jié)蝶閥。氣動調(diào)節(jié)閥的控制采用現(xiàn)場操作箱控制和遠程PLC控制相結(jié)合的方式，當由現(xiàn)場控制箱切換到遠程PLC控制時，實現(xiàn)無擾動切換的功能。

（三）旋流器礦漿濃度控制

旋流器溢流礦漿是磨礦作業(yè)最終產(chǎn)品，其粒度受旋流器進漿濃度的影響極大。根據(jù)工藝流程的特點，通過調(diào)整加入磨機泵池中水的流量的方式來調(diào)整旋流器給礦管的濃度。該回路濃度控制采用了串級開環(huán)控制，輔助回路調(diào)節(jié)給水流量，主回路調(diào)節(jié)濃度。檢測元件為電磁流量計和粒度儀，執(zhí)行機構(gòu)為氣動調(diào)節(jié)蝶閥，控制單元為PLC。氣動調(diào)節(jié)蝶閥的控制采用現(xiàn)場操作箱控制和遠程PLC控制兩種方式，當氣動調(diào)節(jié)蝶閥由現(xiàn)場控制切換到遠程PLC控制時，采用無擾動切換的方式。

（四）旋流器分級穩(wěn)定控制

穩(wěn)定的旋流器進料壓力是保證分級效果的關(guān)鍵。由于旋流器壓力受旋流器進料流量的影響，而礦漿池液位受控于礦漿流量。要使旋流器進料壓力穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，必須放寬對泵池液位的約束，因此，用超聲波液位計測量液位并傳送至PLC系統(tǒng)，設(shè)置液位的上限、上上限、下限、下下限等報警狀態(tài)（可根據(jù)生產(chǎn)實際情況決定）。采用分段控制策略，確保旋流器分級穩(wěn)定。

（五）旋流器溢流粒度、濃度檢測

粒度合格的入選礦漿，對于提高浮選指標，保證回收率和精礦品位有重要意義，會為企業(yè)帶來更大經(jīng)濟效益。通過粒度分析儀測量的旋流器溢流粒度情況去指導球磨機的給礦量、給水量、旋流器的工作壓力等，可以實現(xiàn)磨礦產(chǎn)品粒度穩(wěn)定的目的，例如，如果檢測到旋流器溢流的粒度過細，則在保證一定的粒度情況下，可以加大給礦量，提高磨機的處理量，反之粒度過粗時則減小，以保證溢流礦漿的粒度，在此過程中，設(shè)置給礦量設(shè)定值的高低限，防止出現(xiàn)“脹肚”或“空砸”，從而減少磨機過磨或欠磨，提高磨機處理量和磨機效率。

（六）附加功能

為了使磨礦車間的操作人員能夠方便地了解磨機的運行情況，在磨礦車間配備了LED大屏幕，用來實時顯示球磨機的電耳、功率、給礦量、補加水量、旋流器的溢流粒度、旋流器的溢流濃度等參數(shù)，從而為現(xiàn)場操作人員掌握磨機的運行情況提供依據(jù)。

四、控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)軟件采用Windows2003和WinCC，該項目中主要實現(xiàn)的功能有提供友好的人機操作界面，可以實時顯示磨礦過程參數(shù)數(shù)據(jù)（礦量、水量、壓力、液位等），用戶可以對過程參數(shù)進行實時調(diào)整和操作；實時顯示現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)（遠程控制/就地控制，運行/停止等）；實現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)報警功能（礦量過小，泵池液位高低限報警）；提供各個控制回路的實時控制曲線，通過曲線可以觀察控制效果；提供歷史曲線，供用戶查看一定時間段內(nèi)設(shè)備的運行情況。

由于整個磨礦自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備不是很多且較集中，本系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備層與控制層的PLC控制器通過硬接線的方式連接；控制層PLC控制器與管理層的工程師站之間通過PROFIBUS—DP連接。

結(jié)語

磨礦自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了磨礦生產(chǎn)過程的集中監(jiān)控，使選廠僅通過一臺電腦就能夠非常清楚地掌握整個磨礦自動化的運行狀態(tài)，可以根據(jù)現(xiàn)場情況自由選擇遠程自動或就地操作兩種方式對現(xiàn)場設(shè)備的控制，可以方便地查看當前及過去一段時間內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài)。

參考文獻

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（作者單位：陜西省華縣金堆城鉬業(yè)集團有限公司礦業(yè)分公司）