攪拌式浮選自動液位控制的設計及應用

王澤坤

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 馬關 663700）

到目前為止，浮選設備的發展已經有了近百年的歷史，并且伴隨著科技的不斷發展，現在的浮選技術已經得到了很大的提高，浮選機也開始變得更加多樣化、系列化、大型化和自動化，同時應用的領域也在不斷的擴展。作為選礦工藝中的重要設備之一，它對整個選礦工作起到了決定性的作用。對于浮選機來說，浮選槽內礦漿液位的穩定，對浮選機設備本身、工藝流程的正常運行是重要的前提和保證，對生產指標的提高都有著重要的作用。因此，需要采用先進的自動控制設備，設計適合于大型設備和復雜工藝的控制算法來實現液位的自動控制。

1 浮選機自動控制液位設計

在設計浮選機自動控制液位中要選用自動化的配套設備，用來使浮選機的液位、充氣量以及甘油進行自動調節、自動控制和自動添加的功能。控制系統選擇可靠性高、性價比高的PLC控制系統，同時還應該加設通訊功能以及與其相匹配的觸摸屏顯示器，并將這兩種裝置安裝在液位機的控制柜中，這樣可以對電氣控制回路中所有的元器件進行故障的監控，將儀表盤上的所有監測數據以及所有設備的工作狀態情況都顯示出來，生產操作人員通過觸摸顯示屏可以完成所有的操作。

1.1 電氣控制

浮選機中電氣控制是最主要的部分，主要用于對銅、鋅、鉛、鎳等有色金屬進行選別，也可以用于黑色金屬和非金屬的粗選和精選[1]。電氣控制是由電動機三角帶傳動帶動葉輪旋轉，在旋轉的過程中會產生離心作用從而形成負壓，在吸入充足的空氣與礦漿混合的同時，將礦漿與藥物進行充分的攪拌并混合，在這一過程中，泡沫會不斷細化，使礦物粘合泡沫之上，浮到礦漿面再形成礦化泡沫。調節電氣控制中的閘板高度，以達到控制液面高度的目的，使有用的泡沫容易被刮板刮出。通過以上的因素分析，結合8立方浮選機工業試驗的成果，研究選用精確的檢測儀表、線性控制流量的執行機構和滿足生產穩定運行的控制器基礎上，采用多回路液位協同控制算法，優化了液位自動控制系統。該系統由液位測量裝置、控制器、氣動調節閥組成[2]。氣動調節閥由氣動執行機構和排礦閥組成，其原理框圖如圖1所示。

圖1 浮選液位自動控制系統原理圖

1.2 浮選液位自動控制系統硬件組成研究

根據自動控制理論，一個完整的控制系統主要由控制對象、檢測機構、控制器和執行機構組成[3]。針對GF-8浮選機機和工藝流程的特點，對液位自動控制系統的硬件結構進行了以下研究。

（1）液位測量裝置。液位測量裝置由北京礦冶研究總院自主研發，采用激光液位計測量液位，誤差小，測量精確，同時由于是非接觸式測量，磨損極小，使用壽命長，一旦運行，穩定可靠，維護工作量很小，長期工作也不會產生位置漂移的現象，無需再進行儀表的校驗。液位測量裝置由專用激光測距測量儀、測量支架、浮球組件（浮球、連桿、反射盤）、噴淋裝置和隔離筒等部件組成，將液位值以4mA～20mA信號輸出。隔離筒的設計起到了消泡并穩定測量值的作用，結構原理見圖2。

圖2 液位測量裝置原理圖

（2）液位專用氣動執行機構。液位專用氣動執行機構由氣缸、錐閥、連接桿組成，通過調節氣缸的行程來帶動與其連接的錐閥，從而改變錐閥的開啟度，以此來調節礦漿流量，改變液位高度。氣缸自身的承重、行程、響應特性、錐閥的規格和流量特性，以及連接桿材質和尺寸等都影響著執行機構的性能，增加了故障位的保護，在意外停電時錐閥會上提，防止發生意外生產事故；在停止供氣時進行保位，保障生產的順利進行。同時，改進了錐閥的角度，接近快開型特性曲線，實現了線性調節。

（3）液位控制器。作為控制系統的核心，采用了AB公司Compact系列的PLC作為硬件核心，控制算法由BGRIMM自主設計。通過CPU配套的I/O模塊，將各種控制信號和測量信號比如液位測量值、閥位開啟度等采樣輸入到控制器中，CPU通過事先加載到內部的程序進行計算，最后將計算出的控制信號比如閥門的開啟度等給輸出模塊，刷新輸出控制執行機構動作，從而調節礦漿流量使液位保持在預期的設定值。人機交互采用觸摸式平板電腦，在平板電腦中安裝上位機程序軟件進行設定控制器的參數及工藝參數，實現液位的自動控制，同時實時監視浮選全流程的液位狀態和執行機構狀況。為了提高控制系統的適應性和穩定性，增加了就地控制設備。工作人員除了控制PLC根據工藝自動控制液位外，還可以在就地調節執行結構。此外通過MODBUS通訊，PLC與中控室DCS系統進行連接，允許DCS遠程監控浮選作業。各種控制方式均做到了無擾切換，提高了系統的穩定性和靈活控制。

2 浮選液位自動控制系統軟件結構的研究

浮選液位自動控制系統軟件分為上位機軟件和下位機軟件。①上位機軟件。上位機軟件即人機交互界面軟件，在WonderWare平臺下開發的Intouch應用程序，主要實現液位、風量的實時數據采集監測、控制、參數設置和歷史數據的存儲。這種人機交互軟件較西門子的觸摸屏具有很高的靈活性，且涵蓋的信息量大，用戶可以方便地進行二次開發和擴展。②下位機軟件及控制算法。下位機軟件即PLC程序，通過液位優化控制算法實現液位的自動控制。該優化算法的核心是前饋控制加反饋控制。圖3為液位優化控制原理圖。

圖3 浮選液位優化控制原理

反饋控制采用PID控制算法，而前饋控制通過綜合各個回路之間的耦合程度、給礦量的變化、執行機構的開啟度變化、供風量的大小和穩定程度等因素作為影響控制系統的干擾源，以及執行機構的流量特性，從而計算得到控制量。與PID控制算法計算得到的控制量一起來控制執行機構動作，最終控制浮選作業的液位使其達到預期的設定值。

3 對比與傳統浮選液位控制設備的區別

傳統的XJ型機械攪拌式浮選機型式較老，但在我國應用的范圍卻廣泛，在這種浮選機設備中通常采用U型管法，其基本原理是首先將尾礦引入到U型管當中，U型管起到引流的作用，能夠將尾礦傳輸到儲存尾礦的箱中，并且在箱中的液位處在同一高度上。一旦液位的調節速度變慢，會造成尾礦和精礦的劃分不夠精確，穩定性較差，因此降低了整個浮選產物的穩定度。而在本文設計的浮選設備中，主要選用電氣控制進行調節，可以使控制更穩定，也因此保證了浮選的精度和穩定性。在傳統的XJ型機械攪拌式浮選機的浮選過程中，當達到穩定狀態后，其輸出不是保持不變的，而是在事先設定的范圍內波動，這樣會造成執行機構的頻繁運作，因此縮短了執行機構中設備的使用壽命。但本文的8立方浮選機自動控制液位采用智能優化的方式，在被控制的對象到達穩定狀態時，將其數據進行收集并且優化內置算法，將計算出的最佳值輸出，再切換成手動的形式將固定的數值設為最佳值。同時為了延長執行機構設備的壽命，避免其頻繁的運行，選用專門的液位測量裝置和電氣控制裝置作為浮選機的自動控制裝置。這樣可以控制整個浮選過程，同時能夠實現對充氣量的自動調節，使整個浮選流程更加穩定。傳統的XJ型機械攪拌式浮選機中在尾礦管中加設閥門實現電動控制。這種方法的弊端是敏感度不高，很難進行精確的調節，其次是對閥門的操作動作過于頻繁，降低穩定性，造成整個裝置出現動蕩問題，不利于礦物的分選，降低效率。而浮選機自動控制液位的設計中進行了提高自動控制的精度的設計，保障了裝置的整體穩定性能，同時也提高了整個設備的效率。

4 立方浮選機自動控制液位的應用

浮選機自動控制液位在實際的工作中，表現優異，對液位的調節能夠做到閉環控制，以此提高分選環境的質量，同時在設計時，在浮選柱側面設計的操作箱，能夠進行遠程的控制和人工調節相結合，達到了浮選機設備的穩定性要求。通過對執行結構的優化設計使用電控液控以保證了設備精準性又減少了設備工作的頻率，以此達到提高設備壽命的目的。并且在設備運行很長時間后也沒有出現任何故障問題。通過對液位檢測的優化設計，滿足了采礦工藝運行的要求，提高了設備作業時的自動化水平，降低了剩余尾礦的品質，提升了采集金屬的效率，因此帶來了非常可觀的經濟效益。GF-8浮選機設備在運行時十分穩定，自動控制液位能夠正常的運作，礦漿的泡沫層穩定，且厚度可依照采礦工業生產要求進行相應的調試，采礦工藝指標十分理想。設備中的人機操作界面能夠使工作人員進行各項狀態檢查和控制更加方便。GF-8浮選機自動控制液位設備不僅滿足高效化、自動化的采礦工業的發展需求，還提高了各技術的指標，最終做到節能降耗、提高綜合經濟效益等具有重要意義。

5 結論

對于采礦量、浮選機液位和加藥量等工藝參數，通過合理的設定都能夠實現設備的穩定性，增加效率，從而獲得更高的收益。浮選液位控制精度會對金屬收率和精、尾礦品質會造成直接的影響，因此，對于浮選液位的控制是采礦工藝中最為嚴格的，對于浮選機液位的控制還需進行更加深入的研究，以此為我國采礦工業取得更好的成績打下堅實的基礎。