磁选柱PLC模糊控制的设计.pdf

l lI5 似 磁选柱P L C 模糊控制的设计 The des i gn c y f PLC i n t h e col um n m ag ne t i c s ep a t r a t or 李红英 L I Hon g y i n g 河北能源职业技术学院，唐山 0 6 3 0 0 0 摘要 本文主要介绍磁选柱的组成结构、工作原理及利用P L C 实现磁选柱的整体自动控制方案，并且 讨论了磁选柱的硬件及软件流程图的设计方案。 关键词磁选柱；P L C；磁场磁系强度控制 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码 A 文章编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 2 1 2 上 一 0 0 9 2 0 2 Do i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ i ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 2 ． 1 2 E ． 2 9 0 引言 磁选 柱作 为新型高 效的 低弱磁场选 矿设备 ， 广泛应用选矿厂。但现在选矿厂对于磁选柱大多 手动操作控制 ，不能 保证稳 定的精矿 品级。因此 提高磁选柱 的 自动化程度变得尤其 重要。本文主 要介绍 了磁选柱的整体控制方案及磁选柱磁场强 度自动控制方案。 1 磁选柱结构 磁选柱主要 由 6部分组成 给矿圆筒、辊筒、 磁 系、槽体、刷辊 和传动 部分 。圆筒是 由不锈钢 板卷焊制成 筒状 ，端盖是铸铝件，然后用不锈钢 图1 磁 选柱结构 图 螺钉和 筒相连。电机通过减速机 来带动 圆筒 、刷 辊、磁辊作 回转运动。磁 系则是 开放式磁 系，用 不锈钢 螺栓把磁块装在磁轭的底板上。槽体的工 作区域 用不锈钢板制造 ，机架和槽体 的其他部分 是用普通钢材焊接成 。如图 1 所示。 2 磁选柱工作原理 矿浆经过给矿箱流入槽体后 ，在给矿机械力的 作用下，矿粒会呈松散状态进入槽体的给矿区。由 于磁场的作用，磁性矿粒会发生磁聚现象，从而形 成 “ 磁团” ，会被吸附在圆筒上。“ 磁 团”在随圆筒 旋转过程中，磁极交替会产生磁搅拌的现象 ，再加 上从下到上的水流对其具有冲洗作用，使夹杂的非 磁性矿物会在翻动过程 中脱落，最终被吸在圆筒表 面的 “ 磁 团” 就是需要的精矿 ，非磁性或者弱磁性 矿物留在矿浆中随矿浆排出槽外，即尾矿。 3 设计思路 控 制磁选 柱主 要调节 4个参 数 磁场 强度 、 磁场变换周期 、上升水流和精矿 口大小。 磁选柱要求水压大于 0 ． 1 7 Mp a ，上升水流的速 度 由控制给水 阀门开度大小控制。上升水流大时 ， 夹杂在磁 团聚 中的单 体脉石和贫连生体会不断被 上升水流 冲散 ，随上升水流上升成 为尾矿。给水 阀门开度越大 ，对提 高精矿 品位越 有利 ，但是水 的上升冲 力过大 ，磁选柱会 出现 翻花 跑黑现 象， 造 成精矿 流失。实践证 明，调 节给水 阀 门开度 ， 磁选柱溢流液面距溢流槽顶端高 1 5 ram。 收稿日期2 0 1 2 - 0 5 - 2 9 作者简介李红英 1 9 7 7 一，女，讲师，硕士研究生，研究方向为过程控制工程。 【 9 2 】 第3 4 卷第1 2 期2 0 1 2 1 2 上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 参l 甸 出 磁场 的变换周期从 5 ～ 8 s 可调 ，周期越长 ，两 组线 圈通 电的间隔就会越长 ，上升水流冲洗分散 的作 用越 强，对精矿 品位提 高也越 有利。一般情 况下 ，磁场变换周期设置为 6 ． 5 s 。 以上两个参数 在磁选 柱正常运行后不需要频 繁调 整，着重设计的是底 阀控制器和磁场强度控 制 器 。 3 ． 1底阀控制器的设计 磁选柱 的底阀控制将直接影响着排 出精矿 的 浓度 ，并且 也影响磁选柱底部的矿层界面高低及 上升水流 的大小 。底 阀开度过小 ，将会造成下部 精矿不能够及时排 出，从而使得精矿层界面升高 ， 精矿会大量流失 。底 阀开度过大时 ，致使上升水 流 的速度变小 ，水流对单体脉石 ，贫连生体的冲 洗作用会不足，造成精矿品级下降。 底 阀控 制器控制采用 P I D控制。控 制系统采 用通过磁性物密度传感器检测排矿 口精矿铁磁性 物质的密度进行信号反馈 ，控制器将设 定值与实 际检测值 的差值进 行比例 、积分 、微分运算后输 出给 调节 阀，从 而调节 阀 自动调 节排 矿 口大 小。 结构框图如图 2 所示。 图2 底阀控制 系统 框图 3 ． 2 磁场强度控制器的设计 磁场强度 的控制主要依据 是检测点矿浆浓度 对磁场强度进行调整。磁 选柱正常运行一段时 间 以后 ，分选 桶 内会形成重介质悬浮层 ，其密度从 上到下逐渐增大 ，内部颗粒主要受到 自身的重力、 浮力、上升 水流冲力和磁场力 的共 同作用 。磁选 柱内的矿粒或磁链的运动速度方程如下 ， 1 I u l g 式中，V是磁链或颗粒体积 ； 6是磁链或颗粒 密度； P是水的密度 ； g是重力加速度 ； 九是颗粒所 在点矿浆容积浓度 ； U 自 是上升水流速度； K是颗粒 或磁链磁化率 ； 是与水流状态相关的系数 ； H是 磁场强度，U是矿粒的运动速度 向下为正 。 由此可知 ，在分选筒 内，不 同颗粒运 动状 态 是不同的；在不 同磁场条件下 ，同一颗粒的运动 状态也可能是不同的。如果相同大小的贫连生体 、 富连生体和单体 磁性颗粒 在同样磁场条件下 ，单 体磁 性颗粒下沉，贫连生体则上升 ，富连 生体可 能 悬浮。随着磁场 的增大 ，富连生体也变 为下沉 状 态，贫连生体 悬浮，再增大磁场 ，可能造成贫 连 生体 也下沉。若大部分颗粒都下沉 ，就 必然会 出现该 区域 的矿浆浓度下降 ，大量贫连 生体 的下 沉必然造 成了精 矿品级 的下降 ，此时就应该调节 磁场使 贫连 生体上升 ，相应的一些颗粒 必然会悬 浮 ，这样矿浆浓度会 回升。磁场力和上升水 流的 配合能造成一部分颗粒下沉一部分上升 。 4 硬件框图 采用 P L C作为控制核心部件，实现模糊 自动 控制 。它主要利用磁性物密度传感器 ，检 测排矿 口精矿铁磁性物 质的密度进行信号反馈 ，来控制 电动 阀门的开度 ；利用压力传感器采集矿浆浓度 的大小 ，控制磁场强度的大小。对线 圈的通 电的 顺序 以及通 、断 电时 间的控制 ，来实现调节选 别 筒 内的磁场变化 。采用触摸 显示屏作为人机 交互 界面 ，方便操作。从 而使其 产 出高品位精矿，甚 至超纯铁精矿。硬件框图如图 3所示。 图 3 硬 件 框 图 5 线圈控制方式的优化 根据 弱磁 类磁选机的选别原理 ，大 多是在选 别筒 的外壁 自上 而下绕有 多组 的线 圈。顶 层的线 圈和底层 的线 圈由一个控制 电路控制。控制 电路 对它们持续供 电。线圈产生较强的电磁场 ，从而 使磁性矿物颗粒形成 团聚并 向下运动。中间部分 每 4个 相临的线圈组成一个选别区 ，并且每个选 别 区内的线 圈分 别接在不 同组 的控制电路上。各 个线 圈采取 自上 而下依次通 电的控制方式 ，从 而 对磁性铁矿物会形成 向下拉的磁力 ，加快 了铁磁 性矿物颗粒 向下 的运动速度。每个循环线 圈也都 有一定时 间处于断 电的状态，磁场强度降到 了最 【 下转第1 0 4 页l 第3 4 卷第1 2 期2 0 1 2 -1 2 上 [ 9 3 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务1 訇 化 图8 设计叶片与发电机测试比较 4 ． 2 结果讨论 1 与风洞试验测试条件相 同下 ，现有叶片 由 A NS YS计算出的测试转速符合测试时的转速 。 2 设 计 叶片 与发 电机 测试 数 据相 交于转 速 7 6 5 r ／ mi n ，功率最高可达到 3 1 5 ． 2 1 w。 3 相同条件下 ，设计叶片 比现有叶片效率提 高 1 0倍左右，效率提升明显，达到设计 目的。 5 结束语 结合 A NS YS 、B l a d e c a c u l a t o r 等软件对某小型 水平轴风力发 电机两种不 同的叶片的效率进行研 究。现有叶 片仅 有 1毫米厚度 ，效率较差 。设计 叶 片 采 用 NAC A 4 4 1 2翼 型，利 用 B l a d e c a 1 c u l a t o r 软件缩短 了设计 周期 ，在相同条件下产 生的效率 为现有叶片 1 0倍左右 ，达到设计 目的。研究过程 为小型风机的叶片设计与生产提供了参考。 参考文献 Ⅲ 1 钱杰 ， 张锦 光， 吴俊． 小 型低风 速风 力发电机 叶片设 计 [ J ] ． 武汉理工大学学报 信息与管理工程版 ， 2 0 1 0 ， 3 2 5 ． 【 2 ]郭婷婷， 吴殿文， 张强， 李少华． 风力机叶片预弯技术的 数值模拟[ J ] - 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