自動化控制在金誠信尾礦膏體處置技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用

趙占斌， 王國立(北京金誠信礦山技術(shù)研究院有限公司， 北京 100070)

1 前言

尾礦膏體綠色處置技術(shù)近年來在國內(nèi)外得到快速發(fā)展，就是通過特定濃縮和攪拌工藝及膠凝技術(shù)，將尾礦漿制備成具有流動性、可管道泵送的膏體，這種膏體在一定時間后能夠凝結(jié)成具有一定強(qiáng)度的固體。這種尾礦膏體處置方式，對于尾礦毒害金屬的封存、減輕或消除尾礦對地表或井下環(huán)境污染方面有著不可替代的優(yōu)勢，成為最終徹底解決尾礦環(huán)保、安全等問題的有效途徑[1]。專業(yè)化、系統(tǒng)化尾礦膏體處置技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室可以為尾礦膏體處置技術(shù)理論及工藝試驗(yàn)研究提供了良好的科研平臺。

2 中試試驗(yàn)系統(tǒng)工藝流程

中試試驗(yàn)系統(tǒng)總體規(guī)劃設(shè)計實(shí)現(xiàn)4個試驗(yàn)功能模塊：尾砂旋流分級試驗(yàn)?zāi)K、尾砂深錐濃密試驗(yàn)?zāi)K、膏體制備試驗(yàn)?zāi)K和泵送環(huán)管試驗(yàn)?zāi)K，還規(guī)劃設(shè)計了為實(shí)現(xiàn)上述4個試驗(yàn)功能模塊所需配套的輔助系統(tǒng)模塊：試驗(yàn)開始前的配料計量系統(tǒng)模塊和試驗(yàn)完成后的廢棄物環(huán)保處理系統(tǒng)模塊。每個功能模塊可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康莫?dú)立運(yùn)行，在最小樣品量級條件下，獲得穩(wěn)定的、足夠多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，也可以通過切換開展模塊之間的影響試驗(yàn)。中試試驗(yàn)系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 中試試驗(yàn)系統(tǒng)工藝流程圖

3 中試試驗(yàn)系統(tǒng)主要測控功能及儀表選型

1)液位、物位檢測

檢測儀表包括超聲波液位計、壓力液位計、雷達(dá)料位計、浮球液位開關(guān)。超聲波液位計用于攪拌桶液位檢測；壓力液位計用于絮凝劑制備灌液位檢測(受限于空間)；雷達(dá)料位計用于膏體制備單元臥式雙軸攪拌機(jī)料位檢測[2]；浮球液位開關(guān)用于廢棄物環(huán)保處理模塊振動篩下集料斗液位控制(精度要求低且空間受限)。

2)流量檢測

選用電磁流量計用于清水流量，絮凝劑添加量，旋流器進(jìn)料量，深錐濃密機(jī)進(jìn)料量、溢流量、底流量，PM充填泵出口量等流量測量。其中，當(dāng)被測介質(zhì)為鐵礦尾礦時，尤其是高濃度，電磁流量計不再適用，可嘗試聲吶流量計，后者不受礦漿磁性的影響；當(dāng)被測介質(zhì)濃度(鐵礦、銅礦等)較高時，根據(jù)被測介質(zhì)的種類不同，適用性依然需要驗(yàn)證，價格為普通電磁流量計的十幾倍。

3)深錐濃密機(jī)底流濃度檢測

深錐濃密機(jī)底流濃度較高，傳統(tǒng)檢測儀表是射線濃度計，存在安全、環(huán)保及后期維護(hù)等問題；利用超聲波能量衰減原理的超聲波濃度計，適用于中低濃度檢測，在高濃度領(lǐng)域使用效果不好[3]。荷蘭的Rhosonics阻抗法超聲波濃度計以測量被測介質(zhì)聲阻抗為基礎(chǔ)，求得被測介質(zhì)的密度，進(jìn)而求出其濃度值，可用于高濃度檢測。某鐵礦尾礦經(jīng)深錐濃密機(jī)后，深錐濃密機(jī)底流濃度68%～72%，9次取樣，平均誤差在2%以內(nèi)。

4)壓力檢測

選用表壓測量型，法蘭式隔膜密封(耐磨)，用于深錐濃密機(jī)不同泥層壓力、泵送環(huán)管單元不同點(diǎn)壓力和清水泵出口壓力測量。

5)濁度檢測

濁度儀用于記錄深錐濃密機(jī)溢流水的濁度。

6)稱重檢測

S型拉力傳感器用于尾砂、粗骨料、膠結(jié)材料和水的稱重。

4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及技術(shù)特點(diǎn)

4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

中試試驗(yàn)系統(tǒng)模擬量儀表較多，且多參與函數(shù)運(yùn)算，同時還有主要設(shè)備需要執(zhí)行順序控制，比如PM柱塞充填泵、板框壓濾機(jī)、絮凝劑制備，所以實(shí)驗(yàn)室最終采用DCS和PLC相結(jié)合的混合式控制系統(tǒng)，既能完美地實(shí)現(xiàn)邏輯控制及順序控制，又能很好地完成過程控制。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2示，中控室設(shè)置DCS控制系統(tǒng)，現(xiàn)場設(shè)置PLC控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)實(shí)時采集、處理現(xiàn)場檢測儀表數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障報警等信息，并通過上位機(jī)畫面在中控室集中顯示。

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.2 技術(shù)特點(diǎn)

(1)三種操作模式：手動非聯(lián)鎖、手動聯(lián)鎖和自動聯(lián)鎖。手動非聯(lián)鎖，即遠(yuǎn)程點(diǎn)動，適用于早期單點(diǎn)調(diào)試使用；手動聯(lián)鎖，即設(shè)備啟動聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)設(shè)備順序啟動，適用于各模塊間的聯(lián)合調(diào)試；自動聯(lián)鎖，即設(shè)備按設(shè)定好的參數(shù)自動運(yùn)行，目前只有部分實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)該功能。

(2)非核式高濃度檢測：阻抗法超聲波濃度計是以測量被測介質(zhì)聲阻抗Z為基礎(chǔ)，求得被測介質(zhì)的密度，進(jìn)而求得濃度值。經(jīng)某鐵礦尾礦膏體處置中試系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證，平均誤差達(dá)到2%以內(nèi)。

(3)環(huán)管試驗(yàn)管徑一鍵選擇：泵送環(huán)管試驗(yàn)?zāi)K有DN50、DN100、DN150、DN200四種不同規(guī)格的管道，通過液壓換向閥實(shí)現(xiàn)不同管徑間的切換。實(shí)驗(yàn)時，為確保漿液的流向正確，除控制液壓換向閥進(jìn)行對應(yīng)切換外，還需要開啟或關(guān)閉相應(yīng)管道上的閥門。在本控制系統(tǒng)中，經(jīng)上位機(jī)選擇試驗(yàn)用管徑后，點(diǎn)擊確定按鈕，系統(tǒng)自動控制液壓換向閥進(jìn)行對應(yīng)切換以及相應(yīng)閥門開啟或關(guān)閉，操作方便，降低選擇管徑時出錯的概率。

5 結(jié)論

本控制系統(tǒng)檢測儀表71臺，全面采集、存儲試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)，便于后期的研究、數(shù)據(jù)分析。目前，該中試系統(tǒng)已完成兩次橫向課題任務(wù)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確。