尹格庄金矿选矿过程自动化的设计与实践.pdf

2 0 0 3年 1 2月 有色矿山D e c ． ， 2 0 0 3 第 3 2卷第 6期 N o n f e r r o u s Mi n e s Vo 1 ． 3 2 No ． 6 尹格庄金矿选矿过程 自动化的设计与实践 廖 乐光 ， 涂忆洪 ， 赵嘉 云 中国有色 工程设计研 究总院， 北 京 1 0 0 0 3 8 【 关键词】选矿； 过程自动化； 计算机通讯； 实时监控； 图像监视； 数据交换 【 摘要】山东省尹格庄金矿 1 9 9 7年开始扩建， 2 0 0 1年扩建部分正式投产。介绍了该矿扩建后的选矿过程在 计算机 自动控制方面的设计与实践， 详细介绍了控制系统的整体控制策略和其中关键控制点的处理。 【 中图分类号】TD 9 2 8 ． 9 [ 文献标识码】B [ 文章编号】1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 3 0 6 0 0 3 5 0 5 ． De s i g n a nd p r a c t i c e o f m i n e r a l p r o c e s s i n g a u t o ma t i o n i n Yi n g e z h u a ng Go l d M i ne L I AO L e - g u a n g ，TU Yi h o n g ，Z HAO J i a y u n ch i a No n f e r r o u s En g i n e e r i n g a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e ，B e O i n g 1 0 0 0 3 8 ，C h i n a Ke y wo r d s mi n e r a l p r o c e s s i n g；p r o c e s s a u t o ma t i o n；c o mp u t e r comu n i c a t i o n；r e a l t i me mo n i t o r i n g；p i c t u r e mo nit o ri n g ；d a t a e x c h a n g e Ab s t r a c t Yi ng e z h u a n g Go l d Mi n e o f S h a n d o n g p r o v i n c e e x t e n d e d i n 1 9 9 7 a n d b r o u g h t i n t o p r o d u c t i o n i n 2 0 0 1． Th i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e d e s i g n a n d p r a c t i c e o f mi n e r a l p r o c e s s i n g a u t o ma t i c con t r o l a f t e r t h e e x t e n s i o n ，wh o l e c o n t r o l t a c t i c s a n d k e y c o u t r o l p o int i n c o n t r o l s y s t e m 破碎机； 下层筛筛上物料进入细碎圆锥破碎机 ； 两台 1 引言 圆锥破碎机排矿合并经2 皮带转运至1 皮带给入 山东省伊格庄金矿设计生产能力为 日处理矿石 圆振动筛； 筛下矿石直接排至粉矿仓 。 2 0 0 0 t ． 使用先进 的生产设备， 如 破碎机 、 尼 尔森 离 磨矿流程采用单段球磨 旋流器分级。粉矿仓 心选矿机等。为 了提高生产过 程 自动化水平， 在尹 的矿石经 3 皮带送入球磨机， 球磨机排矿通过排砂 格庄金矿选矿过程中采用了先进的 自动控制设备和 泵扬入旋流器， 旋流器底流经分流盾， 一部分进入尼 自动控制技术， 有效提高了原有设备 的生产能力和 尔森离心选矿机， 另一部分返 回球磨机， 而旋流器溢 生产效率， 降低 了生产成本 ， 处理量、 精矿品位、 尾矿 流则经搅拌槽调浆后进 入浮选 回路 ； 尼 尔森离 心选 品位及 回收率均优于设计指标。 矿机的排矿进入球磨机。 浮选采 用一 粗 二精 二扫 工 艺， 粗选 和 扫 选 用 2 工艺流程简介 K Y F 一 1 6 m 充气搅 拌式浮选机， 精 选用B S X 一 4 m 3 尹格庄金矿选矿工艺流程分为四个部分 破碎、 浮选机。旋流器溢流进入搅拌槽， 经搅拌后进入粗 磨矿、 浮选和脱水。 选， 选出的精矿经泵输送到浓缩机， 尾矿经分级后分 破碎流程 矿石经井下颚式破碎机粗碎后提升 别送到 充填搅拌站和尾矿库。 到地面原矿仓， 振动给矿机给矿， 通过 1 皮带输 脱水流程采用浓缩 压滤的方法 ， 精矿浆经泡 送到双层圆振动筛， 上层筛筛上物 料进入 中碎 圆锥 沫泵送 到浓密机， 浓缩后进入搅拌槽， 经搅拌后送到 压 滤 机 脱 水 ， 从 阿 得 到 述 赳 住 取 玲 厂 口 口 侗 【 收稿 日期】2 0 0 3 - 0 9 - 0 8 ．．，，。 。 矿 。 【 作者简介】廖乐光 1 9 5 5一 ， 女， 江西九江市人， 教授 级高级工程师， 中画自 动化学会北京自 动化协会会员， 从事 工 业计算机 自动控 制的方 案设 计和程序开 发工作 。 维普资讯 3 6 有色矿山 2 0 0 3年 第 3 2卷 3 控制 目标和控制策略 选矿过程的最终控制 目标 提高生产效率， 降低 生产成本 ， 优化生产过程 ， 提高精矿 回收率及精矿品 位。根据工艺流程特点和设备配置条件， 制 定具体 的控制策略。为 了实现这一 目标， 从 以下几个方 面 进行 ①实时检测所有设备的运行和故障状态， 发现 故障及时报警 ， 并按照一定顺序依次终止其 它设备 运行， 以保证所 有设备 的安全运行 ②对各个环节 的重要参数进行控制和调节。具体控制策略如下。 破碎流程 全部电气设备实现相互联锁， 设 备启 动顺序原则上按照物料走 向的逆 向顺 序依次启动， 正常停机的顺序按照物料走向的正 向顺序依次延时 停车， 延时的时间间隔应足以能处理 完该设备上的 剩余物料； 故 障引起的紧急停车， 原则上是故障设备 之前的所有设备立 即停 车， 故障设备 之后的设备顺 序延时停车， 延时的时间间隔应 足以能处理完该设 备上的剩余物料。按照工艺设计指标 破碎过 程生 产矿量 2 0 0 t ／ h ， 其中 中碎生产矿量 1 7 0 t ／ h ， 入 口粒 度不大 于 2 0 0 mm， 排 矿 口为 2 6 ram； 细 碎生产 矿量 1 9 0 t ／ h时， 入 口粒 度 不 大 于 5 0 mm ， 排 矿 口为 1 0 mm。碎矿采用三段两 闭路破碎工艺。为了实现 工艺设计指标， 在 圆锥破碎机上安装超声 波料位计 和功率变送器， 振动给矿机采用变频调速装置驱动， 对圆锥破碎机的载矿量及功率进行实时监测， 采用 先进的控制技术， 实现 圆锥破碎机 的料位控制和 功 率控制， 充分 利用 圆锥 破碎机效 率高、 能耗 少 的特 点， 实现选矿工艺的“ 多碎少磨” ， 提高碎矿系统的生 产能力， 降低破碎系统成本。 磨矿流程 关键 电气设备实现相互联锁， 对所有 电气设备实时检测 。在磨矿系统 中， 球 磨机是 核心 设备， 球磨机的正常运行， 需要许多外部设备 的正常 运行， 如主电机冷 却水系统、 主轴承冷却水系统、 润 滑油系统、 液压油系统等。如果这些 外部设备中任 何一个 出问题 ， 将会造成球磨机设备严重损坏。因 此。 所有这些设备的正确联锁 ， 对保证球磨机的安全 正常运行有重要意 义。按照工艺设计指标， 球磨机 的生产矿量为 8 4 -8 7 t ／ h ， 充填率 3 8 ％--4 0 ％， 磨矿 浓度 6 8 ％--7 2 ％， 给矿粒度 9 mm 以下占 8 0 ％， 磨矿 细度为 一0 ． 0 7 4 mm 占 5 5 ％～6 0 ％。为 了保证 球磨 机的生产能力及磨矿产品质量， 除保证破碎产品的 粒度外 ， 采用恒定给矿以保证球磨机的处理量 ， 采用 比例给水以保证球磨机 的磨矿浓度， 定时加球 以保 证球磨机的磨矿粒度， 三种控制策略的结合， 使球磨 机的磨矿效果达到最佳。磨矿系统中另一个重要设 备是旋流器， 旋流器的分级效 果直接 影响矿浆的浓 度和粒度。而旋流器的分级效果又取决于旋流器的 给矿压力和给矿浓度。旋流器的技术指标为 给矿 浓度 5 7 ％， 溢流浓度 3 0 ％～3 4 ％， 沉砂浓度 7 2 ％～ 7 7 ％， 给 矿 压 力 0 ． 1 ～0 ． 1 2 MP a ， 分 离 粒 度 7 4～ 1 5 0 ／ m。为了保证旋流器 的分 级效 果达到 最佳， 在 旋流器给矿端安 装了压力传感器和浓度传感器， 实 时检测旋流器的压力和浓度 ， 渣浆泵采用变频器驱 动， 用于调节旋流器的给矿压力， 同时在渣浆泵池的 补充水管上安装调节阀， 用于控制矿浆的浓度。尼 尔森离心选矿机是 由加拿大进 口的重选设备 ， 每小 时处理量 为 2 5～5 0 t ， 最多可处理 1 0 0 t 。它 自带 了 一 套完整的控制 系统， 包括顺序控 制、 设备联锁 、 故 障检测、 水量控制等。 浮选流程 本流程包括的设备较多 ， 共计 2 9台。 控制 系统包括 所有设备 的集 中启动／ 停 止、 状 态检 测、 故障报警 ； 根据 矿浆品位及给矿量， 采用程控 加 药机进行比例给药； 浮选矿浆的 p H值检测； 通过检 测浮选槽液位， 调节浮选槽排粗阀的位置， 保持浮选 槽液位的稳定 ； 为 了保证尾矿旋流器 的分级效果达 到最佳， 在尾矿旋流器给矿端安装 了压力 传感 器和 浓度传感器， 实时检测尾矿旋流器的压力和浓度， 渣 浆泵采用变频器驱动， 用于调节 尾矿旋 流器的给矿 压力， 同时在渣浆泵池的补充水管上安装调节阀， 用 于控制矿浆的浓度。 4 控制系统硬件配置 尹格庄金矿选矿过程计算机系统的控制部分采 用美国 G E公司的可编程控制器。考虑到尹格庄金 矿的工艺流程和 自动化管理的需要， 将 碎矿 系统单 独列为一个控制系统 ， 且独建一个控制室 ； 控制室内 设控制柜 1台， 变频柜 1台， 操作员控制 台， 及 计算 机显示操作站一 台。控制器采用 G E公 司的 VE R S A MA X系列， 其 中 C P U 型号 为 E 0 5 ， 它支持 4 0 9 8 个数字量 [ ／ o， 2 5 6个模拟量 I i O， 支持 2个 串 E l 通 讯以及以太网数据 通讯， 内置 丰富的指令 系统 。控 制器主要完成现场信号 采集 ， 设备的控制及工艺参 数的控制 ； 计算机显示站完成碎矿过程全流程显示， 碎矿过程全部在线检测信号显示， 设备集中启动／ 停 止， 重要参数动态设置、 故障报警、 记录和显示、 历史 数据 累计、 生产报表的实时打 印等功能。磨浮 系统 维普资讯 第 6期 廖乐光等 尹格庄金矿选矿过程 自动化的设计与实践 3 7 共为一个控 制 系统。整 个系统 集 中在一个控 制室 内， 控制室配有控制操作 台和一个大型模拟屏， 同时 配有 4台上位机显示操作站。4台上位机显示操作 站可以用于监视不 同的工艺 流程画面， 也可 以用于 参数设置及编程和组态。计算机显示站完成破碎过 程 、 磨矿过程、 浮选过程和脱水过 程全 流程显示， 整 个过 程全部在 线检测信号 显示， 设备 集中启动／ 停 止， 重要参数动态设置， 模拟信号的动态趋势图， 故 障报警 、 记录和显示、 历史数据 累计 、 生产报表实时 打印等功能。破碎过 程与磨浮过 程之间， 以及 P L C 与显示操作站之间的数据通讯均采用当今最为流行 的以太 网结构 。 不仅数据传输速度快， 可以多点同时 矿长办公室 副矿长办公室6 个 通讯， 而且由于通讯协议的通用性， 将为全矿计算机 网络系统的连接打下 良好的基础 。 为了更直观地反映现场设备运行情况 。 还为尹 格庄金矿选矿流程设计了一套 图像实时监控 系统， 其配置见图 1 。从 图 1中可 以看 出， 图像 实时监控 系统不仅包括选 矿流程的主要设备 ， 而且还包括 了 从井下到坑 口各个 中段的运行情况 。监控 图像采用 有线传输系统， 送到各个控制室， 然后经过视频分配 器传送到矿办公楼的机动科、 生产科、 以及各矿长办 公室。这样有 关管理部 门和管理 人员 不用跑到 现 场， 就可 以详细地了解生产过程中的所有情况 ， 有效 地提高 了工作效率和工作质量。 机动科 生产办公室 图 1 工业监视系统结构图 5 选矿过程控制中难点问题探讨 选矿过程是一个比较复杂的过程， 不仅参数多， 而且参数间的相关性较强 ， I l l l t ， 工艺参数的控制难 度较大。为了更 好地 发挥先进的工艺设备 的作用， 使计算机控制系统的效果达到最佳， 在参数测量 、 控 制算法 、 程序设计 以及人机界面 的设计方面都有 了 一 定的突破。 1 料位的测量。粉矿仓料 位在破碎流程和磨 矿流程中都是一个非常重要的参数。粉矿仓是一个 维普资讯 3 8 有色 矿 山 2 0 0 3年 第 3 2卷 圆柱体， 平面直径为 1 0 m， 深 2 2 m。由于矿仓不断堆 积和下 陷， 且表面积较大， 往往测量的误差很大 。为 了提高测量精度， 采取 了一些新措施， 包括将过去的 1个料位计改为矿仓两侧各 1个， 分别取其测量值， 然后取其平均值 ； 采用特殊软件消除表面斜坡 引起 的回波干扰。 2 浮选槽液位 的测量。过去浮选槽液位 的检 测仪表很多， 主要有浮球液位计 、 超声 波液 位计 等。 浮球液位计的优点是安装简单， 实测液位不受矿浆 泡沫影响， 但缺点是矿 浆的粘性 将妨碍仪表的机械 装置运动， 从而造成测量数据的误差； 超声波液位计 的优点是不直接接触矿浆， 精度与矿浆介质无关， 维 护方便， 但缺点是超声波 无法识别 矿浆表面的泡沫 层， 用它得到的数据不能真 实地反 映浮选槽 当前的 液位。由此， 采用将二者优势结合起来， 方法如图2 所示。在浮选槽的矿浆表面上放置一个浮球， 在 浮 球上固定一个金属杆， 并使金属杆及浮球 只能延垂 直方向移动， 在杆的上端 固定一块 与杆垂 直的金属 挡板， 将超声波液位计 固定安装在金属挡板 的上部 空间， 使其探头对准金属挡板。这样， 当矿浆液位在 浮选槽 内上下浮动时， 浮球便带动金属挡板上下 移 动， 超声波液位计便检测到挡板的当前位置， 再减去 金属杆的长度和浮球的半径， 即为矿浆液位的高度。 由于负责金属杆上下移动的导向装置在矿浆表面之 上， 因此它不会受矿浆黏度的影响， 而且 由于超声波 不是直接发射到矿浆表面 ， 而是发射到上边 的金属 挡板上， 也不会受矿浆泡沫厚度的影响。 凸 超声波液位计 ／I 、 矿浆液面 浮选槽 囝 2 浮选槽液位测量 示意图 3 圆锥破碎机 的负荷控 制。破碎过程是整个 选矿过程的核心， 而圆锥破碎机则是破碎过程 的核 、 心设备， 破碎产品的产量和质量直接关系到选矿过 程最终的效益。圆锥破碎机生产能力强、 能耗低， 选 矿工艺的设计是 实现破碎 系统 的多碎少磨， 充分发 挥圆锥破碎机的功效， 减 少球磨机的负担。从控制 系统来讲 ， 就是要实现 圆锥 破碎机的负荷控制。为 此， 在两个 圆锥破碎机上方安装了超声波料位计 ， 用 于检测圆锥破碎机 内部的矿石料位。圆锥破碎机料 位过低， 不仅达不到足够的生产能力， 而且很多矿石 还未经过挤压就排出， 达不到预期的粒度 ； 而如果料 位太高， 则 电流太大 ， 会 因此而 影响设备 的使 用寿 命。负荷控制即是通过检测破碎机料位， 从 而调 节 控制破碎机的给矿量， 使 圆锥破碎机 的运行处 于最 佳状态。 4 球磨机入 口恒 定给矿。在给矿皮带上安装 皮带称， 实时检测皮带给矿量 ； 粉矿仓放矿机采用变 频调速装置驱动， 及时调整球 磨机给 矿量 。考虑到 粉矿仓内矿石的结 矿和塌矿 现象 ， 为 了避免 由此带 来的过程上下波动， 采用了如下方法 每隔 2秒取样 一 次， 连续取样四次， 取其平均值， 只有当其平均值 超过设置点的上下限 3 O 秒后， 才调整给矿机的变频 输出。由此 ， 既保证 了球 磨机在 一定时间区间 内给 矿量的稳定， 又避免了瞬间的波动对系统的影响。 5 旋流器入 口浓度控制。在旋 流器入 口管道 上安装浓度计 ， 实时检测旋流器给矿浓度， 在球磨机 出口泵池的补充水管道 上安装气动调节 阀， 根据旋 流器给矿浓度的变化， 及时调节球 磨机 出 口泵池的 补充水流量。对于这样的调节 回路， 传统 的调 节方 法都是采用 P I D调节。但是 ， 本过程 回路的滞后时 间较长， 使用单纯的 P I D调节方式容易出现超调， 过程 回路常常处于振荡状态， 这 当然不利 于稳定生 产。为了 使调 节 回路 尽量 稳 定， 除 了使 用传 统 的 PI D调节方式之外， 还将浓度 的变化 率及变化 时间 作为控制的依据。当浓度高于设 定值时， 将增 加补 充水流量， 但同时还要实时检测浓度的变化率， 如果 浓度 已经有下 降趋势， 尽管还未达到设定值 ， 也不再 增加给水量 ， 达到一定时间后， 其浓度将平稳趋 向设 定值。当浓度第一次低于设 定值时， 将 给 水量减少 调节增量的一半。在浓度过低时的控制过程相反。 尹格庄金矿选矿过 程将近 一年 的实践证 明， 这种控 制方法是行之有效 的。 6 破碎系统与磨浮系统的数据交换。破碎系 统与磨浮系统分属两个独立的系统， 但有 些信号是 二者都需要的。比如粉矿仓料位， 在破碎系统中， 粉 矿仓料位过高， 则 降低破碎 系统 的给矿速 度或者停 止给矿； 而在磨浮系统 中， 粉矿仓料位过低， 则将减 少磨机给矿量或停止磨矿系统给矿。破碎系统的一 些主要参数、 状态信息和报警信息都需要在磨浮系 统主控制室里得 到反 映。因此， 两个 系统的信息交 维普资讯 第 6 期 廖乐光等 尹格庄金矿选矿过程 自动化的设计与实践 3 9 换就显得非常重要 。 7 上位机监控界 面的设计。尹 格庄金矿选 矿 过程计算机控制系统的上位机监控界面的设计采用 功能完善的机界 面软 件， 不仅提供 了丰富的画面信 息， 而且提供了许多灵活的操作方式 ， 将过去在操作 台上操作的功能全部 在上位机监控界面上完成， 不 仅大大减少了操作 台的复 杂性， 减少 了大 量布 线带 来的工程旅工和调试 的工 作量， 而且 比在操 作台上 完成的功 能更齐全 、 更方便 。所有设备可以联动， 也 可以单台启动 ； 每一个控制 回路可以单独控制， 既可 以在调节方 式下运行 ， 也可 以在给 定方式 下运行。 每一个回路的参数 设置点、 输 出 可以动态设置 ， 操 作员可以随时查看任一 回路 的信 息， 可以 以文字方 式， 也可 以以动态曲线方式， 或者表格方式来完成。 8 工业摄像监控 系统。为 了监视现场关键 生 产设备 的运行情况， 设计了一套用于全矿生产监视 的工业摄 像监控 系统。考虑到 全矿 的整个 生产流 程， 在一些主要设备上安装摄像机， 如 卷扬机房 、 提 升机卸矿站、 提升机井口、 4个 中段 口、 井下装矿站 、 原矿仓给矿及传送皮带 、 圆锥破碎机、 粉矿仓筛分 、 球磨机 、 旋流器和尼尔森离心选矿机 、 摇床、 浮选槽、 金矿库 、 压滤机等， 并根据情况配备相应 的云台控制 器和录像设备。在全矿控制部门和管理部门安装图 像显示站 ， 如 碎矿流程控制室 电视墙 、 磨浮流程 控制室 电视墙 、 提升系统控制室 电视墙 、 机动科 电视墙 、 矿生产办公 室 电视墙 、 矿长办公室 、 副 矿长办公室等。工业摄像监控系统采用视频信号传 输 ， 传输信号稳定， 画面清晰， 具有画面切换功能。 6 结论 尹格庄金矿选矿过程计算机控制系统运行一年 实践证明， 该项 目产生的效果是明显的， 按设计规 模 ， 其生产能力为 2 O 0 0 t ／ d ， 计算机过 程控制系统的 投入， 使 生产能力达到 了 2 4 0 0 t ／ d ， 精 矿品位、 回收 率也都达到和超过设计指标。 排山楼金矿露采转井下初见成效 辽宁省排山楼金矿是一座低品位大型矿床， 其中 7 7 ％的矿量为深矿。建矿至今 ， 该矿主要以露天开采 的方式处理表层矿体， 如按采选规模 2 O 0 0 t ／ d计， 只能开采到 2 0 0 4年 3月。为此， 从 2 0 0 1年 4月起， 矿 山开 始 了露采转井下开采工程建设。至 2 0 0 3年 9月底， 井下工程量已完成 7 5 ％， 井下 8大系统全部形成， 主 、 副 井提前投入运行。 地表土建、 机械安装全部完成， 预计 2 0 0 3年末可形成 1 5 0 0 t ／ d的生产能力。 、 2 0 0 2年初。 结合本矿采选配套的情况， 综合有关 专家论证 ， 决定将 井下采矿规模 由原设计的1 2 0 0 t ／ d 调 整为 1 8 0 0 t ／ d 。 旅工总量增加近一倍， 工期压缩为 3年。为保证工程施工的质量和进度 ， 井下工程项 目以招 标方式选择有资质 施工队伍 ， 并聘请专业技术顾问， 建立 了工程监理制度。在施工过程 中， 多方相互配合 、 共 同探讨。 根据实际情况对原设计进行 修改， 采 用负坡掘进 ， 月进尺 由 4 0 0 m提高到 1 l O O m， 提高了工程进 度 。在井下工程建设顺利进行的同时， 排 山楼金矿近两年的效益达到很好水平， 2 0 0 2年创利 6 8 2万元。在 井下探矿方面也收益颇丰， 通过加密探矿网度， 增加并延伸探矿矿脉， 截至 2 0 0 3 年上半年， 已新探明矿量 2 5 1 万 t ， 金属量 6 ． 7 3 2 t ， 金品位 2 ． 6 8 g ／ t 。 新型锚杆安装机研制成功 重庆永荣矿业公司永川煤矿 自行研制成功 新型锚 杆安装机。针对过 去使用的树脂锚 杆安装机价格贵 购买一台需 2万多元 、 体积大、 质量重 一台重量达 5 0 k g 、 操作不方便 ， 以及安 装不同角度 的锚杆需两人 调整角度并握住支撑腿， 还经常打烂锚杆丝扣等问题， 该矿研制的新型锚杆安装机 ， 其机身由凿岩机 的气腿 支撑。 具有造价低 一台仅 3 0 0 0多元 、 体积小、 重量轻 仅 2 0多千克 的特点， 减少了劳动强度， 操作灵活方 便。 可以安装任意 角度的锚杆， 增加了锚杆的推进力和稳固性 ， 提高了锚杆安装质量和工效 。 维普资讯