金礦選礦過程自動化系統(tǒng)設計

介紹了某金礦選礦過程自動化系統(tǒng)的設計思想和系統(tǒng)組成。結(jié)合選礦生產(chǎn)過程的特點 , 在實際中采用模糊控制的方法 , 根據(jù)偏差的大小和變化率來控制磨礦旋流器入口濃度; 采用控制均勻值的思想 , 保持球磨機給礦量平均值的穩(wěn)定; 還介紹了一種測量浮選槽液位的方法。實際應用表明: 該控制系統(tǒng)能有效控制生產(chǎn)過程 , 提高了生產(chǎn)能力 , 保證了精礦品位和回收率都達到或超過設計指標。

選礦工藝流程分為破碎及篩分、磨礦、浮選和脫水4 個部分。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完成; 振動給礦機、皮帶、雙層圓振動篩 , 兩臺進口圓錐破碎機構成中碎和細碎兩個閉路系統(tǒng) , 完成中碎、細碎和篩分作業(yè)。磨礦流程采用單段球磨加分級設備的工藝 , 由一臺球磨機、渣漿泵、旋流器構成閉路系統(tǒng); 重選設備為進口的尼爾森離心選礦機。浮選流程采用一粗、二精、二掃的工藝 , 尾礦采用旋流器分級。脫水流程由濃密機、攪拌槽、壓濾機完成礦漿的濃縮和過濾 , 得到精礦。

2 選礦工藝流程設計思想

選礦過程計算機控制系統(tǒng)覆蓋整個選礦工藝流程 , 選礦過程控制的目的在于通過優(yōu)化生產(chǎn)過程 ,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。主要設計思想包括:

①按照一定規(guī)則完成對設備的自動順序控制;并實時檢測所有設備的狀態(tài) , 完成故障時的連鎖停車及報警 , 以保證所有設備的安全運行。②選擇適當?shù)膬x表和執(zhí)行器 , 對選礦生產(chǎn)過程中各主要環(huán)節(jié)的重要參數(shù)進行實時檢測和控制保證生產(chǎn)指標優(yōu)化生產(chǎn)過程。③建立工業(yè)以太網(wǎng) , 連接各生產(chǎn)車間和生產(chǎn)管理部門 , 交換管理信息和生產(chǎn)數(shù)據(jù) , 統(tǒng)一管理整個生產(chǎn)過程。④建立生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng) ,通過視頻圖像、動畫、音頻等多種方式將信息直接反饋給管理部門。4 　選礦過程控制中難點問題探討

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)如圖1 所示。旋流器是利用流體力學的原理將礦漿分級的設備。礦漿由渣漿泵泵入旋流器 , 在旋流器中做回轉(zhuǎn)運動 , 由沉沙口排出 , 細粒級由溢流管排出去浮選流程。磨礦旋流器技術指標: 給礦濃度 57 % , 溢流濃度30 %～34 % , 沉沙濃度 72 %～77 % , 給礦壓力0110～0112 MPa , 分離粒度74～150μm。進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足浮選工段的生產(chǎn)要求。旋流器給礦濃度由球磨機排礦濃度和補充水量決定 , 球磨機排礦濃度是隨時變化的 , 因為泵池內(nèi)濃度無法實時測量 , 所以只能在旋流器入口管道上安裝濃度計和流量計 , 實時檢測旋流器給礦濃度和流量。在球磨機出口泵池的補充水管道上安裝氣動調(diào)節(jié)閥和流量計 , 根據(jù)礦漿濃度變化調(diào)整補充水流量。當球磨機排礦濃度和補充水量變化時 由于泵池容積和管道長度的影響 , 要滯后一段時間才能檢測到濃度的變化。在旋流器上安裝壓力傳感器 , 渣漿泵采用變頻器驅(qū)動 , 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)形成一個由旋流器給礦濃度 r決定補充水量 u , 再由補充水量 u 決定調(diào)節(jié)閥開度y 的兩級串級控制系統(tǒng)。其后一級采用 PID 控制就可滿足要求。而前一級過渡過程具有對象滯后大、擾動不可控且變化頻繁、參數(shù)間的關聯(lián)性強等特點 , 如采用傳統(tǒng)的 PID控制 , 存在偏差消除時間長、系統(tǒng)不易穩(wěn)定、控制器參數(shù)不易確定的缺點。在各種經(jīng)典控制規(guī)律中 , 反饋控制總是以偏差及其導數(shù)作輸入 ,人工操作也是根據(jù)類似的經(jīng)驗 , 就是依據(jù)偏差變化的大小和快慢決定控制對象的變化量。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 及其導數(shù)ec 作輸入 , Δu 作輸出 , 依據(jù)工藝要求和生產(chǎn)經(jīng)驗制定決策表 , 設計了一個二維模糊邏輯控制器 , 該控制器利用 PLC 的高速運算能力由軟件實現(xiàn)。該控制器有幾個優(yōu)點: 其模糊推理規(guī)則雖不是線形的 , 但 u 與 r之間有類似比例積分控制的關系 , 有利于消除靜差; 不會產(chǎn)生飽和現(xiàn)象; 對突發(fā)的大擾動響應快。在實際生產(chǎn)中分成兩種操作方式: ①在球磨機生產(chǎn)不穩(wěn)定的情況下由人工控制補充水量; ②球磨機連續(xù)生產(chǎn)時采用自動控制。在實際生產(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) 球磨機給礦控制 　磨礦是選礦生產(chǎn)過程中的關鍵環(huán)節(jié) , 一般磨礦過程的能耗占選礦廠總能耗的60 %左右 , 控制好磨礦過程 , 對于節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量意義重大。磨礦過程控制的目標是: 通過調(diào)節(jié)給礦量和給水量 , 使分級的溢流粒度和濃度滿足工藝要求 , 同時使磨機的產(chǎn)量提高。給水量與給礦量成比例關系 , 由給礦量決定。球磨給礦量自動控制的過程是通過改變給礦變頻電機的頻率 , 使球磨機給礦量按設定值的要求變化。在給礦皮帶上安裝電子皮帶秤檢測給礦量 , 用變頻器調(diào)節(jié)給礦機的頻率控制給礦量。礦倉內(nèi)的結(jié)礦現(xiàn)象造成給礦量波動 , 因此給礦量的波動無法消除也無法預測。按照設備的使用要求 , 給礦機與電子皮帶秤間必須有一段距離 , 這也造成控制作用的滯后。實際生產(chǎn)中允許給礦量有一定范圍的波動 ,只要單位時間內(nèi)的給礦量平均值保持穩(wěn)定就能滿足生產(chǎn)要求。實際中以8 s 為一個周期 , 計算出給礦量的平均值 , 當其波動超出限幅后 , 采用比例積分控制調(diào)節(jié)給礦機的頻率 , 這樣就避免了因結(jié)礦引起給礦機頻率的劇烈變化 , 也保證了生產(chǎn)穩(wěn)定。

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

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

(礦山設備網(wǎng))