淺析豐山銅礦自動加藥系統(tǒng)的應用

潘華南

（大冶有色金屬有限責任公司豐山銅礦，湖北黃石 435232）

0 概述

合理的加藥機制是提高選礦生產(chǎn)能力的重要途徑之一。實際生產(chǎn)中，傳統(tǒng)加藥作業(yè)主要是依靠工人手工操作，勞動強度大，同時受現(xiàn)場客觀條件的限制，標準性差，不能實時監(jiān)控，很難按已確定的最佳配比來添加藥劑，導致各種藥劑的配比不夠精準。針對選礦加藥設備設計PLC（可編程控制器）自動加藥控制系統(tǒng)，根據(jù)給礦量確定加藥量，并通過電磁閥的每分鐘開啟次數(shù)和開啟時間來控制藥劑添加量。系統(tǒng)采用三菱PLC作為主控單元，可有效提高系統(tǒng)運行的可靠性與精確性。采用特制的電磁閥為加藥執(zhí)行元件，以確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

1 自動加藥系統(tǒng)的組成結構及工作原理

自動加藥系統(tǒng)以PLC為加藥控制核心，以計算機為主控制器，通過KVM（鍵盤、顯示器、鼠標）延長器將鍵盤鼠標視頻同步延長，一套人機交互系統(tǒng)在配藥室，另一套人機交互系統(tǒng)安裝于遠端的控制室，并以電磁閥為系統(tǒng)的加藥執(zhí)行機構，利用計算機對整個加藥系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析、處理和操作的一種遠程定量加藥設備（圖1）。

圖1 計算機自動加藥機系統(tǒng)基本結構

該裝置主要是依據(jù)孔口流的基本原理以及間斷性的加藥方式（PWM 即 Pulse－Width Modulation，脈沖寬度調制方式），在一定周期內首先將一定量的藥劑間斷地加入到緩沖器，然后再通過管道連續(xù)地輸送到相應的加藥點。為保證藥箱內藥劑的恒定，在藥劑箱內設置了浮球閥，當藥劑通過電動執(zhí)行閥給藥時，可以確保相同時間內流出相同的藥劑。最后通過PLC來控制執(zhí)行閥，確保在加藥周期內只要保持相同的給藥時間就可以實現(xiàn)每次的給藥量相同。因此，只需要改變周期內給藥時間即可調節(jié)給藥量的多少。

2 系統(tǒng)擴展

如果需要進一步提高控制系統(tǒng)性能，可進行相應的功能擴展。根據(jù)經(jīng)費、系統(tǒng)控制可靠性和精度要求，控制系統(tǒng)增加了3個擴展區(qū)。

（1）擴展區(qū)1——視頻監(jiān)控系統(tǒng)。本區(qū)增加了1臺錄像設備、1臺交換機、若干個攝像頭、電纜和攝像頭用電源適配器（最多15個攝像頭）對藥箱的液位進行監(jiān)視，也可以對浮選槽的狀況進行監(jiān)視。交換機通過RJ45網(wǎng)絡電纜把計算機與監(jiān)控錄像機連在一起，工作人員通過計算機顯示器就可以觀測到各監(jiān)視點的狀況。本項改進增加的費用約10 000元人民幣。

（2）擴展區(qū)2——液流檢測系統(tǒng)。本區(qū)增加了最多48個紅外液流檢測開關對液流是否存在進行檢測，檢測的開關信號送入PLC。PLC在基本的控制程序的基礎上增加液流狀態(tài)邏輯判斷處理程序來對加藥狀態(tài)進行判斷，同時將加藥狀態(tài)送給計算機，進行進一步的判斷和處理。本項改進增加的費用約5000元人民幣。

（3）擴展區(qū)3——藥液流量檢測與控制系統(tǒng)。為了提高加藥的控制與計量精度，減小藥箱液位對加藥流量的影響，本區(qū)最多增加31對流量控制器與超聲波流量計。計算機通過RS485網(wǎng)絡總線對流量控制器與超聲波流量計進行監(jiān)控，使計量與控制更準確。在計算機程序基本的監(jiān)控程序基礎上，對流量控制器與超聲波流量計進行監(jiān)控和處理。每一對系統(tǒng)的增加費用約5000元人民幣。

3 設備安裝

PLC、固態(tài)繼電器、電源均安裝在控制柜內，KVM延長器的發(fā)送器與計算機一起安放在加藥室，與計算機的鍵盤、鼠標和VGA（視頻圖像適配器）接口相連（圖2）。加藥閥安裝在加藥箱下部側面的球閥上，通過電纜與控制柜的輸出接線端子連接。

圖2 加藥閥安裝位置

擴展區(qū)1的錄像設備、交換機、攝像頭用電源適配器安放在加藥室，攝像頭安裝在監(jiān)視現(xiàn)場，通過電纜與錄像設備相連，操作人員通過計算機的顯示器觀察現(xiàn)場運行情況。擴展區(qū)2的紅外液流檢測開關安裝在電磁閥附近，對液流是否存在進行檢測，檢測的開關信號通過信號電纜送入PLC的輸入端。擴展區(qū)3的流量控制器安裝在控制柜內，通過RS485網(wǎng)絡總線與計算機相連，流量控制器的控制輸出與固態(tài)繼電器的輸入相連；超聲波流量計安裝在電磁閥附近，其通過RS422總線與流量控制器相連。

加藥箱液位控制閥如圖3所示。其中，閥體為DN25 mm，采用水平安裝方式閥體應不超過過濾網(wǎng)板。進藥管端頭應有錐管外螺紋（對DN40 mm 管為ZG1英寸），以便安裝液位控制閥。

4 自動加藥系統(tǒng)的功能特點

利用PLC中的高速定時器以及比較判斷節(jié)點，可以實現(xiàn)電磁閥的通斷電控制功能，人機對話在加藥室和遠端均可操作。在選礦廠的實際生產(chǎn)中，自動加藥機能夠實現(xiàn)4個功能。

（1）每點流量數(shù)控。在安裝過程中應選取一定的執(zhí)行閥通電時間，然后在加藥箱液面穩(wěn)定的狀態(tài)下，用量筒測量出執(zhí)行閥放出的藥劑量并將數(shù)據(jù)送入PLC。當個點數(shù)據(jù)傳送完畢后，PLC開始投入使用。此外，遇到系統(tǒng)突然斷電或者停車時，PLC內的數(shù)據(jù)可以儲存下來。

（2）工藝指令限量。當輸入的數(shù)據(jù)超出規(guī)定上下限流量時，所輸入的數(shù)據(jù)系統(tǒng)會自動視為無效數(shù)據(jù)，并發(fā)出提示，仍會依據(jù)原給定值運行。

（3）給藥箱液位報警功能。如果由于各種原因，如管路堵塞抑或其他原因導致進入量與給出量不符，液面發(fā)生上升或下降變化時，藥箱內的液位檢測系統(tǒng)會發(fā)出報警信號，并顯示出相關的給藥箱。

（4）自動放藥功能。當給藥箱中的藥劑液面低于設定液位值或者藥液離開高位一定時間時，系統(tǒng)將自動打開放藥閥；否則系統(tǒng)將自動關閉放藥閥。

5 自動加藥系統(tǒng)實際應用分析

在選礦廠投入運行后，對實際生產(chǎn)情況進行分析可知，自動加藥系統(tǒng)對選礦過程中的技術管理、運行穩(wěn)定性、節(jié)能降耗及減低工人勞動強度等都起到積極作用，具體表現(xiàn)有3個方面。

（1）降低藥點流量的數(shù)控誤差。經(jīng)實際測量分析，平均誤差<3%，遠高于人工控制的精度。

（2）浮球閥的自動化控制藥劑功能有效解決了人工操作導致的給藥箱斷藥或滿藥的問題。

（3）自動加藥系統(tǒng)還能提供給加藥點的趨勢曲線，便于技術人員制定相應的措施，進而實現(xiàn)藥劑科學化、制度化的管理。

6 結束語

目前PLC自動加藥系統(tǒng)已廣泛應用于各礦產(chǎn)企業(yè)，經(jīng)實際生產(chǎn)應用可知，該加藥系統(tǒng)便于操作，故障率低，能夠節(jié)能降耗、提高選礦回收率。

圖3 液位控制閥結構

［1］羅瑞，張自紅.PLC和組態(tài)王在選礦加藥控制系統(tǒng)中的應用［J］.中國科技信息，2009（4）：123－124.

［2］李克鵬，王彬，李金梁.基于PLC自動加藥系統(tǒng)在選礦廠的應用［J］.價值工程，2017，36（23）：215－216.