蘇 勇

（北京礦冶研究總院，北京100160）

贊比亞盧安夏礦巴盧巴選礦廠始建于1932年，2008年受銅價低級世界經濟危機等各種因素影響，巴盧巴銅礦及選礦廠于2008年12月停產。2009年6月中色盧安夏銅業有限公司接管盧安夏礦后，決定恢復巴盧巴選礦廠的生產，同時進行工藝復產改造。根據工藝改造要求，對現場儀表及控制系統進行相應改造，通過調整工藝參數，優化自動化改造設計，從而提高選礦指標，最終改造完成后銅精礦品味提高到＞20%，銅回收率提高到＞93%。

1 工藝流程改造

贊比亞盧安夏礦巴盧巴選礦廠改造后的選礦工藝流程分為四個部分：破碎、磨礦、浮選和脫水。

破碎流程：三段一閉路破碎流程，原礦經巴盧巴豎井井下粗碎，由11.4km膠帶運輸至破碎車間中碎緩沖礦倉，經振動給料機給礦，通過皮帶運輸機輸送至圓振動篩，篩上物料進入2臺中碎圓錐破碎機；中碎圓錐破碎機排礦經由皮帶運輸機運至細碎緩沖礦倉，由振動給料機給礦至圓振動篩，篩上物料經3臺細碎圓錐破碎機破碎后返回至碎礦緩沖礦倉，6臺圓振動篩篩下礦石合經皮帶送至磨礦車間粉礦倉，破碎產品粒度＜10mm。

磨礦流程：磨礦流程采用單段球磨＋旋流器分級。共設4個磨礦分級回路。粉礦倉礦石經由皮帶給礦機，通過13＃、14＃皮帶送入球磨機，球磨機排礦通過磨礦分級給礦泵送入旋流器分級。旋流器底流返回球磨機，溢流匯總后經渣漿泵輸送至浮選給礦攪拌槽。

浮選流程：采用銅鈷混合浮選工藝流程，一次粗選、二次掃選、一次精選；中礦再選部份：一次粗選、一次掃選、一次精選，中礦底流返回混合浮選掃選，中礦泡沫返回精選。

脫水脫水流程采用濃縮加壓濾的方法，精礦漿經泡沫泵送到濃密機，濃縮后進入攪拌槽，經攪拌后送到壓濾機脫水，從而得到選礦過程的最終產品—精礦。

復產后工藝流程見圖1。

2 自動化系統改造和設計方案

2.1 自動化系統現狀

原磨礦系統和浮選系統共用一個控制室，控制室位于主廠房，控制室按系統設置兩個操作臺及儀表盤，該系統于1984年投入使用。磨礦系統原有控制回路有：球磨機定量給料（皮帶秤稱重計量加直流調速）、磨機前給水（孔板流量計加氣動調節閥）、泵池液位調節（差壓液位計加氣動調節閥調節泵池補加水量，渣漿泵工頻運行），所有控制器采用FOXBORO公司的762CNA系列單回路調節器，控制器安裝于控制室儀表盤上，實現集中調節。同時，將磨礦車間設備譬如磨機主電機、磨機潤滑油站、渣漿泵等設備的啟動、停止、就地／遠程選擇開關也放在控制室操作臺上，在控制室實現設備的單步集中啟停。同時磨機自身設備的狀態信號譬如潤滑油站壓力開關、流量開關、過濾器壓差開關、磨機主電機軸承溫度、磨機軸承溫度等信號除參與電氣聯鎖之外，信號同時送入儀表盤閃光報警器顯示狀態及報警。

圖1 復產工藝流程圖

主廠房浮選系統控制回路主要包括浮選機液位調節及浮選槽PH檢測。其中液位測量采用浮子液位計，執行機構為氣動調節閥，控制器采用762CNA系列單回路調節器，實現就地調節，信號不進控制室。浮選槽PH檢測在就地顯示，信號未進控制室。同時，浮選系統所有泵的啟停控制及運行狀態在控制室操作臺上完成、報警在控制室儀表盤上完成。

2.2 自控系統改造方案比選

根據目前選礦廠主流控制水平，有必要配合工藝流程改造采用PLC系統替換原有儀表盤系統，以實現集中控制。但是考慮到儀表訂貨時間、控制柜成套及海運時間、施工時間，在年底PLC系統投入使用時間來不及，因而考慮將已有儀表盤控制系統與新設PLC控制系統的結合，有以下兩種改造方案供選擇。

方案一：在控制室主要采用Foxboro調節器，設置一套包括1＃、2＃、3＃、4＃磨機的磨礦系統及新增浮選系統的儀表盤控制系統，利用現有儀表盤、現有調節器備件，優先滿足年底2＃、3＃球磨機磨礦系統投產及年后1＃、4＃球磨機磨礦系統及新增浮選系統投產要求。在滿足選廠投產要求的同時設計一套擺放于控制室內的PLC控制系統，由PLC系統完成所有現場調節回路的控制。系統控制框圖見圖2所示。

方案二：在控制室主要采用Foxboro調節器，設置一套范圍包括1＃、2＃、3＃、4＃磨機磨礦系統的儀表盤控制系統，以供臨時使用。利用現有儀表盤、現有調節器，很容易滿足年底恢復的2＃、3＃磨礦系統與年后恢復的1＃、4＃磨礦系統及新增浮選系統的投產要求。同時在控制室新設一套范圍包括1＃、2＃、3＃、4＃磨機磨礦系統及新增浮選系統的PLC控制系統。待PLC系統施工完成后，將整套儀表盤控制系統的控制轉由PLC系統控制，通過廢棄臨時使用的儀表盤控制系統，所有檢測、調節回路均在PLC控制系統上操作員站操作、控制。系統控制框圖見圖3。

圖2 系統框圖一

圖3 系統框圖二

方案一的優點在于PLC控制系統與儀表盤控制系統完全獨立，相互備用，其中任何一套系統出現故障時，能通過轉換開關切換到另一套系統。缺點在于PLC系統與儀表盤控制系統既要彼此獨立又要求相互備用，還要求能相互切換，實施麻煩，整套系統變得復雜，操作也變得繁瑣。與此同時，隨著系統的復雜增加了出故障的可能性，反而達不到提高整套系統可靠性的要求。

方案二采用PLC控制系統簡單實用，且能充分滿足現場實際要求，通過淘汰老舊的儀表盤控制系統，可以顯著的減少昂貴的調節器備件成本，且整套系統可擴展性強，維護簡單，并且與目前控制系統的主流趨勢保持一致。基本沒有缺點，惟一可能的顧慮就是PLC控制系統可能的竣工日期未定，但有臨時使用的儀表盤控制系統依然能滿足生產需要，待車間檢修或停產時可考慮將PLC系統投入使用。

根據現場復產進度計劃的要求，經過綜合考慮，在本次復產自動化系統改造采用方案二。

3 控制系統硬件配置

根據新設計的自控系統經濟適用、簡單可靠的改造原則，以及嚴格滿足年底復產及年后達產的總進度要求，結合現場實際情況，本次改造結和工藝流程改造，采用兩步走方案，第一步在年底復產前利用原有foxboro調節器恢復磨礦系統原有控制回路，增加旋流器頂部壓力調節回路（采用Foxboro調節器），增加旋流器給礦濃度、流量檢測，旋流器溢流濃度、流量檢測，所有檢測及控制信號均送至控制室儀表盤，在控制室實現集中控制。第二步在在控制室內配置一套Rockwell ControlLogix 5000系列PLC控制系統，完成磨礦及浮選部分回路控制、設備的啟停控制、運行狀態監測、聯鎖及報警等。待今后時機成熟時，廢除原有的儀表盤，將原先所有儀表盤、操作臺上的信號轉接入PLC控制系統，由PLC控制系統完成原先調節器實現的回路控制及工藝參數的監視，設備啟停、聯鎖及報警等功能。該系統模擬量、數字量點數初步估計在400點左右，要求在復產后第二年上半年之前完成控制系統施工，投入使用。控制系統架構見圖4。

圖4 控制系統架構圖

4 自控系統改造過程中難點問題

由于設備自身原因如球磨機本體未帶PLC保護系統，原球磨機自身的保護及聯鎖均在電氣二次回路中采用時間繼電器通過硬接線的方式進行聯鎖，在本次改造中，必須在新增的PLC系統里完成球磨機的連鎖保護，因此本次改造后的控制系統實際上是一個混合系統，除了完成磨礦回路控制、工藝參數檢測、設備啟停控制、設備運行狀態監測及報警之外，還需要完成了4臺球磨機自身的保護，譬如磨機潤滑油站壓力開關、流量開關、濾油器堵、磨機軸承溫度過高、磨機主電機軸承溫度過高等報警時都要求停球磨機。另外，慢驅電機及主電機還有一定的聯鎖關系，也需要在改造后的控制系統中實現。因此難點在于弄清楚原球磨機系統自身的聯鎖保護關系。在項目的實施過程中，通過找尋原有電氣圖紙、與原外方維護人員及中方設備人員溝通，理清楚磨機系統的聯鎖控制邏輯，完成聯鎖控制邏輯圖，在PLC程序中編程組態實現，經過反復調試，實踐表明在PLC系統里完成原球磨機系統自身的聯鎖保護是成功的。

5 結 論

針對復產前巴盧巴選礦廠存在的問題，進行了選礦自動化改造，減輕了工人勞動強度，降低了勞動定員，選礦廠生產能力、自動化程度、技術指標得到提高，至2011年底，復產統計數據表明，該礦的銅精礦品位和回收率分別由接管前的16%和90%，提高到了24%和94.5%，提高了礦山的經濟效益。

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