選金設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

這里給大家介紹了某金礦選礦過(guò)程自動(dòng)化的設(shè)計(jì)思想和系統(tǒng)組成。結(jié)合選礦生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)，在實(shí)際中采用模糊控制的方法，根據(jù)偏差的大小和變化率來(lái)控制磨礦旋流器入口濃度；采用控制均勻值的思想，保持球磨機(jī)給礦量平均值的穩(wěn)定；還介紹了一種測(cè)量浮選機(jī)液位的方法。實(shí)際應(yīng)用表明：該控制系統(tǒng)能有效控制生產(chǎn)過(guò)程，提高了生產(chǎn)能力，保證了精礦品位和回收率都達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)。

山東尹格莊金屬礦屬?lài)?guó)家黃金生產(chǎn)的重要企業(yè)，2001年擴(kuò)建部分正式投產(chǎn)，日處理礦石2000t。為有效地控制生產(chǎn)過(guò)程，在保證回收率和精礦品位的前提下，充分發(fā)揮選金設(shè)備的生產(chǎn)能力，采用選礦過(guò)程自動(dòng)化控制，以便提高控制效果。

選礦工藝流程分為破碎及篩分、磨礦、浮選和脫水4個(gè)部分。

破碎及篩分流程采用三段兩閉路的工藝，粗碎由井下顎式破碎機(jī)完成；振動(dòng)給礦機(jī)、皮帶、雙層圓振動(dòng)篩，兩臺(tái)進(jìn)口圓錐破碎機(jī)構(gòu)成中碎和細(xì)碎兩個(gè)閉路系統(tǒng)，完成中碎、細(xì)碎和篩分作業(yè)。磨礦流程采用單段球磨加分級(jí)設(shè)備的工藝，由一臺(tái)球磨機(jī)、渣漿泵、水力旋流器構(gòu)成閉路系統(tǒng)；重選為進(jìn)口的尼爾森離心選礦機(jī)。浮選流程采用一粗、二精、二掃的工藝，尾礦采用旋流器分級(jí)。脫水流程由濃密機(jī)、攪拌槽、壓濾機(jī)完成礦漿的濃縮和過(guò)濾，得到精礦。

2、設(shè)計(jì)思想

選礦過(guò)程計(jì)算控制系統(tǒng)覆蓋整個(gè)選礦工藝流程，選礦過(guò)程控制的目的在于通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，提高精礦回收率和精礦品位，從而提高生產(chǎn)效率，降低能耗，減少生產(chǎn)成本。主要設(shè)計(jì)思想包括：

①按照一定規(guī)則完成對(duì)選金設(shè)備的自動(dòng)順序控制；并實(shí)時(shí)檢測(cè)所有設(shè)備的狀態(tài)，完成故障時(shí)的連鎖停車(chē)及報(bào)警，以保證所有設(shè)備的完全運(yùn)行。②選擇適當(dāng)?shù)膬x表和執(zhí)行器，對(duì)選礦生產(chǎn)過(guò)程中各主要環(huán)節(jié)的重要參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制，保證生產(chǎn)指標(biāo)，優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。③建立工業(yè)以太網(wǎng)，連接各生產(chǎn)車(chē)間和生產(chǎn)管理部門(mén)，交換管理信息和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)一管理整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。④建立生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)視頻圖像、動(dòng)畫(huà)、音頻等多種方式將信息直接反饋給管理部門(mén)。

3、控制系統(tǒng)構(gòu)成

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件部件部分由操作站、可編程控制器、儀表、執(zhí)行器構(gòu)成?？紤]到工藝流程和生產(chǎn)管理的需要，將碎礦系統(tǒng)單獨(dú)列為一個(gè)控制系統(tǒng)，磨浮系統(tǒng)為一個(gè)控制系統(tǒng)，磨浮系統(tǒng)為一個(gè)控制系統(tǒng)，分別設(shè)置操作站。破碎系統(tǒng)和磨浮系統(tǒng)之間，以及PLC與操作站之間的數(shù)據(jù)通訊均采用當(dāng)今最為流行的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由于通訊協(xié)議的通用性，為全礦計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的連接打下基礎(chǔ)。

操作站用于設(shè)定工藝數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或人工控制，記錄生產(chǎn)報(bào)表、故障表，顯示生產(chǎn)狀態(tài)。各回路的信號(hào)采集和過(guò)程控制均由可編程控制器實(shí)現(xiàn)。可編程控制器采用美國(guó)GE公司的產(chǎn)品。

4、選礦過(guò)程控制中難點(diǎn)問(wèn)題探討

1）磨礦旋流器入口濃度控制，磨礦工藝及濃度調(diào)節(jié)系統(tǒng)如下圖所示。

水力旋流器是利用流體力學(xué)的原理將礦漿分級(jí)的設(shè)備。礦漿由渣漿泵泵入旋流器，在旋流器中做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最后由沉沙口排出，細(xì)粒級(jí)由溢流管排出去浮選流程。

磨礦旋流器技術(shù)指標(biāo)：給礦濃度57%，溢流濃度30%~34%，沉砂濃度72%~77%，給礦壓力0.10~0.12MPa，分離粒度74~150μm。進(jìn)入旋流器的礦漿濃度在工藝要求的范圍內(nèi)才能保證溢流粒度和濃度滿(mǎn)足浮選工段的生產(chǎn)要求。

旋流器給礦濃度由球磨機(jī)排礦濃度和補(bǔ)充水量決定，球磨機(jī)排礦濃度是隨時(shí)變化的，因?yàn)楸贸貎?nèi)濃度無(wú)法實(shí)時(shí)測(cè)量，所以只能在旋流器入口管道上安裝濃度計(jì)和流量計(jì)，實(shí)時(shí)檢測(cè)旋流器給礦濃度和流量。在球磨機(jī)出口泵池的補(bǔ)充水管道上安裝氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，根據(jù)礦漿濃度變化調(diào)整補(bǔ)充水流量。當(dāng)球磨機(jī)排礦濃度和補(bǔ)充水量變化時(shí)，由于泵池容積和管道長(zhǎng)度的影響，要滯后一段時(shí)間才能檢測(cè)到濃度的變化。在旋流器上安裝壓力傳感器，渣漿泵采用變頻器驅(qū)動(dòng)，根據(jù)壓力調(diào)節(jié)渣漿泵轉(zhuǎn)速，保證旋流器給礦壓力。

系統(tǒng)形成一個(gè)由旋流器給礦濃度γ決定補(bǔ)充水量u，再由補(bǔ)充水量u決定調(diào)節(jié)閥開(kāi)度y的兩級(jí)串級(jí)控制系統(tǒng)。其后一級(jí)采用PID控制就可滿(mǎn)足要求。而前一級(jí)過(guò)渡過(guò)程具有對(duì)象滯后大、擾動(dòng)不可控且變化頻繁、參數(shù)間的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)等特點(diǎn)，如采用傳統(tǒng)的PID控制，存在偏差消除時(shí)間長(zhǎng)、系統(tǒng)不易穩(wěn)定、控制器參數(shù)不易確定的缺點(diǎn)。在各種經(jīng)曲控制規(guī)律中，反饋控制總是以偏差及其導(dǎo)數(shù)作輸入，人工操作也是根據(jù)類(lèi)似的經(jīng)驗(yàn)，就是依據(jù)偏差變化的大小和快慢決定控制對(duì)象的化變量。根據(jù)模糊控制的理論，依據(jù)上述原則以磨礦旋流器入口濃度偏差e及其導(dǎo)數(shù)ec作輸入，△u作輸出，依據(jù)工藝要求和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)制定決策表，設(shè)計(jì)了一個(gè)二維模糊邏輯控制器，該控制器利用PLC的高速運(yùn)算能力由軟件實(shí)現(xiàn)。該控制器有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：其模糊推理規(guī)則雖不是線(xiàn)形的，但μ與γ之間有類(lèi)似比例積分控制的關(guān)系，有利于消除靜差；不會(huì)產(chǎn)生飽和現(xiàn)象；對(duì)突發(fā)的大擾動(dòng)響應(yīng)快。

在實(shí)際生產(chǎn)中分成兩種操作方式：①在球磨機(jī)生產(chǎn)不穩(wěn)定的情況下由人工控制補(bǔ)充水量；②球磨機(jī)連續(xù)生產(chǎn)時(shí)采用自動(dòng)控制。在實(shí)際生產(chǎn)中，磨礦旋流器給礦濃度保持在55%~60%，證明這種控制方法是行之有效的。

2）球磨機(jī)給礦控制，磨礦是選礦生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一般磨礦過(guò)程的能耗占選礦廠(chǎng)總能耗的60%左右，控制好磨礦過(guò)程，對(duì)于節(jié)能降耗、提高最終產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量意義重大。磨礦過(guò)程控制的目標(biāo)是：通過(guò)調(diào)節(jié)給礦量和給水量，使分級(jí)的溢流粒度和濃度滿(mǎn)足工藝要求，同時(shí)使球磨機(jī)的產(chǎn)量達(dá)到最大。給水量與給礦量成比例關(guān)系，由給礦量決定。

球磨給礦量自動(dòng)控制的過(guò)程是通過(guò)改變給礦變頻電機(jī)的頻率，使球磨機(jī)給礦量按設(shè)定值的要求變化。在給礦皮帶上安裝電子皮帶秤檢測(cè)給礦量，用變頻器調(diào)節(jié)給礦機(jī)的頻率控制給礦量。礦倉(cāng)內(nèi)的結(jié)礦現(xiàn)象造成給礦量波動(dòng)，因此給礦量的波動(dòng)無(wú)法消除也無(wú)法預(yù)測(cè)。按照設(shè)備的使用要求，給礦機(jī)與電子皮帶秤必須有一段距離，這也造成控制作用的滯后。實(shí)際生產(chǎn)中允許給礦量有一定范圍的波動(dòng)，只要單位時(shí)間內(nèi)的給礦量平均值保持穩(wěn)定就能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。實(shí)際中以8s為一個(gè)周期，計(jì)算出給礦量的平均值，當(dāng)其波動(dòng)超出限幅后，采用比例積分控制調(diào)節(jié)給礦機(jī)的頻率，這樣就避免了因結(jié)礦引起給礦頻率的劇烈變化，也保證了生產(chǎn)穩(wěn)定。

3）粉礦倉(cāng)料位的測(cè)量，礦倉(cāng)料位在破碎流程和磨礦流程中都是一個(gè)非常重要的參數(shù)。由于礦倉(cāng)載面較大，而且倉(cāng)內(nèi)物料不斷地堆積和下陷，往往造成測(cè)量的誤差很大。為了提高料位信號(hào)的準(zhǔn)確性，增加了測(cè)量點(diǎn)，在不同位置安裝兩個(gè)雷達(dá)料位計(jì)，采用軟件濾波后取得測(cè)量值，然后取它們的平均值作為控制量。

4）浮選機(jī)理液位的測(cè)量，常規(guī)測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式。接觸式液位計(jì)優(yōu)點(diǎn)是不受礦漿泡沫影響，缺點(diǎn)是礦漿將妨礙儀表的機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)，從而造成測(cè)量的誤差；非接觸式（一般用超聲波）液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是不直接接觸礦漿，缺點(diǎn)是超聲波無(wú)法識(shí)別礦漿表面的泡沫層。由此，考慮將二者結(jié)合起來(lái)，充分利用二者的優(yōu)點(diǎn)，而避開(kāi)其缺點(diǎn)。在浮選槽內(nèi)放置一個(gè)浮子， 選擇合適的體積質(zhì)量使它漂浮在礦漿中，在浮子上支架和反射板，反射板高出泡沫層。用超聲波液位計(jì)檢測(cè)反射板的位置，計(jì)算出礦漿液位的高度。由于浮子本身不做機(jī)械運(yùn)動(dòng)，因此它不會(huì)受礦漿黏度的影響，而且由于超聲波不是直接照到礦漿表面，而是照到浮子上，也不會(huì)受礦漿泡沫厚度的影響。

山東尹格莊金礦設(shè)計(jì)規(guī)模日處理礦石2000t，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后，有效地提高了原有選金設(shè)備的生產(chǎn)能力，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，短期內(nèi)使生產(chǎn)能力達(dá)到2400t/日，精礦品位、回收率也都達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。