選金設備自動化系統(tǒng)的設計

這里給大家介紹了某金礦選礦過程自動化的設計思想和系統(tǒng)組成。結合選礦生產過程的特點，在實際中采用模糊控制的方法，根據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機液位的方法。實際應用表明：該控制系統(tǒng)能有效控制生產過程，提高了生產能力，保證了精礦品位和回收率都達到或超過設計指標。

山東尹格莊金屬礦屬國家黃金生產的重要企業(yè)，2001年擴建部分正式投產，日處理礦石2000t。為有效地控制生產過程，在保證回收率和精礦品位的前提下，充分發(fā)揮選金設備的生產能力，采用選礦過程自動化控制，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、水力旋流器構成閉路系統(tǒng)；重選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、設計思想

選礦過程計算控制系統(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)化生產過程，提高精礦回收率和精礦品位，從而提高生產效率，降低能耗，減少生產成本。主要設計思想包括：

①按照一定規(guī)則完成對選金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，以保證所有設備的完全運行。②選擇適當的儀表和執(zhí)行器，對選礦生產過程中各主要環(huán)節(jié)的重要參數進行實時檢測和控制，保證生產指標，優(yōu)化生產過程。③建立工業(yè)以太網，連接各生產車間和生產管理部門，交換管理信息和生產數據，統(tǒng)一管理整個生產過程。④建立生產過程監(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。

3、控制系統(tǒng)構成

計算機控制系統(tǒng)硬件部件部分由操作站、可編程控制器、儀表、執(zhí)行器構成。考慮到工藝流程和生產管理的需要，將碎礦系統(tǒng)單獨列為一個控制系統(tǒng)，磨浮系統(tǒng)為一個控制系統(tǒng)，磨浮系統(tǒng)為一個控制系統(tǒng)，分別設置操作站。破碎系統(tǒng)和磨浮系統(tǒng)之間，以及PLC與操作站之間的數據通訊均采用當今最為流行的以太網結構，由于通訊協(xié)議的通用性，為全礦計算機網絡系統(tǒng)的連接打下基礎。

操作站用于設定工藝數據，實現自動或人工控制，記錄生產報表、故障表，顯示生產狀態(tài)。各回路的信號采集和過程控制均由可編程控制器實現?？删幊炭刂破鞑捎妹绹鳪E公司的產品。

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，磨礦工藝及濃度調節(jié)系統(tǒng)如下圖所示。

水力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，在旋流器中做回轉運動，最后由沉沙口排出，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%，沉砂濃度72%~77%，給礦壓力0.10~0.12MPa，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才能保證溢流粒度和濃度滿足浮選工段的生產要求。

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節(jié)閥和流量計，根據礦漿濃度變化調整補充水流量。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動，根據壓力調節(jié)渣漿泵轉速，保證旋流器給礦壓力。

系統(tǒng)形成一個由旋流器給礦濃度γ決定補充水量u，再由補充水量u決定調節(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、參數間的關聯性強等特點，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、控制器參數不易確定的缺點。在各種經曲控制規(guī)律中，反饋控制總是以偏差及其導數作輸入，人工操作也是根據類似的經驗，就是依據偏差變化的大小和快慢決定控制對象的化變量。根據模糊控制的理論，依據上述原則以磨礦旋流器入口濃度偏差e及其導數ec作輸入，△u作輸出，依據工藝要求和生產經驗制定決策表，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。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μ與γ之間有類似比例積分控制的關系，有利于消除靜差；不會產生飽和現象；對突發(fā)的大擾動響應快。

在實際生產中分成兩種操作方式：①在球磨機生產不穩(wěn)定的情況下由人工控制補充水量；②球磨機連續(xù)生產時采用自動控制。在實際生產中，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、提高最終產品的質量和產量意義重大。磨礦過程控制的目標是：通過調節(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，同時使球磨機的產量達到最大。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，用變頻器調節(jié)給礦機的頻率控制給礦量。礦倉內的結礦現象造成給礦量波動，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必須有一段距離，這也造成控制作用的滯后。實際生產中允許給礦量有一定范圍的波動，只要單位時間內的給礦量平均值保持穩(wěn)定就能滿足生產要求。實際中以8s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節(jié)給礦機的頻率，這樣就避免了因結礦引起給礦頻率的劇烈變化，也保證了生產穩(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。由于礦倉載面較大，而且倉內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）浮選機理液位的測量，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，考慮將二者結合起來，充分利用二者的優(yōu)點，而避開其缺點。在浮選槽內放置一個浮子， 選擇合適的體積質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。

山東尹格莊金礦設計規(guī)模日處理礦石2000t，計算機控制系統(tǒng)投入運行后，有效地提高了原有選金設備的生產能力，提高了生產效率，降低了生產成本，短期內使生產能力達到2400t/日，精礦品位、回收率也都達到或超過設計指標，取得了很好的經濟效益。