浮選機電氣自動化技術

劉 凡

（山西焦煤西山煤電官地選煤廠， 山西 太原 030024）

引言

浮選機作為選煤廠的基礎設備，也是最為重要的生產設備之一，最能體現出選煤環節的機械設備自動化、電氣化進程。因此，對浮選機進行自動化設計是提高選煤廠生產效率的重要環節[1-2]。

1 浮選機的工作原理（見圖1）

圖1 浮選機工作原理

浮選機由電動機三角帶傳動帶動葉輪旋轉，產生離心作用形成負壓，一方面吸入充足的空氣與礦漿混合，一方面攪拌礦漿與藥物混合，同時細化泡沫，使礦物黏合在泡沫之上，浮到礦漿表面再形成礦化泡沫。調節閘板高度，控制液面，使有用泡沫被刮板刮出。加入了定量浮選藥劑的煤炭浮選入料通過泵的加壓后，達到一定的壓力值，將帶有壓力的煤泥送入浮選機，在空氣反應器中，突然加入的煤泥會產生負壓，使得空氣反應器吸入空氣，與煤泥充分混合均勻后，通過浮選分配盤把煤泥均勻刮入浮選機的槽體腔內，進入槽體腔后，煤泥中的空氣出現重新膨脹、析出、上浮，形成許多微小氣泡，使得煤泥中的雜質析出，這樣在浮選藥劑的幫助下完成煤泥內雜質的浮選過程，在浮選機槽體內形成了一定厚度的泡沫層，由于繼續給料，隨著液面的上升，泡沫層從溢流堰流出進入浮精桶。浮選機的基本參數如表1所示[3-4]。

表1 浮選機的基本參數

2 浮選機存在的問題

1）除了操作員調節最后一個腔室尾箱中的閘板組之外，浮子室的浮選池液位不是由副室自動控制。在生產實踐中，不同浮力的煤浮選機浮選性能差異較大。因此，在不考慮房間而自動調節液位的情況下，不能根據每個房間中泡沫層的厚度來改變液位。因此，存在每個房間的清潔煤鏟不能及時刮出泡沫產品的情況。

2）浮選機各室凈化刮煤機數量相同，運行速度相同，不能根據各室泡沫層厚度的實際情況實時調整。目前，機械攪拌浮選機各室的泡沫刮刀為2～4個，均勻安裝在長軸上操作。速度一致，浮選機刮板的速度不能根據每個腔室內泡沫層的狀況進行調整，從而影響精煤產品的質量[5-6]。

3）自動化程度低。在選礦生產過程中，準確控制浮選槽液位使浮選槽中礦漿液面保持穩定，這樣對于提高浮選指標具有重要的作用，不但能穩定浮選作業，而且有利于提高有用礦物的回收率和品位。

大多數浮選槽都是通過手動調節閥門來控制液位的，手動控制閥門的非線性給系統的分析和控制帶來了一定困難。此外很多浮選作業是多槽串聯的，系統內耦合性強，造成的相互影響大。

3 浮選機的自動化設計分析

3.1 浮選機電機控制設計

浮選機的電機啟動設計目前有兩種啟動模式，遠程啟動和短暫啟動。由于大多數浮選槽的浮選槽使用的功率范圍為160～200 kW，電機功率較大，可能會損壞電機，為了防止電機在啟動過程中產生較大的機械沖擊和電流沖擊，因此在電機啟動階段增加了軟啟動器。

3.2 浮選機的模糊PID控制設計

由于浮選過程的復雜性和時變參數等諸多因素，難以持續在線監測。對于浮選來說，浮選的藥劑量、浮選液位、給礦濃度、給礦粒度及給礦的流量等，都會引起浮選過程金屬回收率和精礦品位的變化。不過對于浮選藥劑量和充氣量等都不是浮選機所能控制的，因此浮選過程總是存在著不確定性[7-9]。

因此，為了實現浮選過程的準確控制，確定控制策略以PID為核心，同時必須將影響浮選工藝過程的各種變化情況，建立模糊控制規則進行模糊推理，獲得各控制對象的模糊推理結果，反模糊化和PID。形成Fuzzy+PID的模糊閉環控制，實現對浮選過程的精確控制。

3.3 智能優化設計

在一般的浮選過程中，達到穩態后，輸出不是保持不變，而是在設定值附近波動，這會導致執行機構頻繁動作，縮短其使用壽命。在此基礎上，作者采用智能優化方法在受控對象達到穩態后收集數據和內置優化算法。計算當前狀態下的最佳輸出，然后切換PID以手動方式將輸出固定為計算出的最佳值。為了盡可能延長電氣系統的使用壽命，避免制動器的頻繁操作，以保護浮選機的氣動制動器。

浮選機液位自動控制系統主要由浮選機專用液位測量裝置、氣動執行機構和錐形閥、液位控制器、上位機以及監控系統組成。該自動控制系統能夠控制整個浮選過程，并且還能實現對多槽浮選作業的液位、充氣量自動調節，使浮選流程更穩定。

3.4 浮選機液位檢測設計

在這種設計中，可以使用浮子液位和超聲波液位計進行液位檢測。反光鏡和連桿適用于鈦制設備。為了提高大型浮選機的控制精度，調節閥閥芯采用梭閥設計，流量特性符合線性要求。由于氣動執行器的調節速度較快，因此可實現正常的液位調節。在停電或其他特殊情況下，氣動執行機構和電動執行機構都配備手輪用于手動控制。

4 結語

伴著選礦設備的不斷成長，浮選機的自動化進展擔負著選煤行業成長的主要職責，也是選煤行業朝著現代化、系統化前進的主要保證。浮選流程自動化的意義在于經過對浮選參數的自動控制，實現優化浮選結果，節約浮選藥劑，提高浮選精煤產率。在浮選機的電氣自動化技術的應用過程中，使用更為成熟的控制技術可確保浮選機工作過程和機械設備處于安全穩定的狀態。