高海拔选矿厂综合自动化系统设计.pdf

1 9 4 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年增刊 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 7 ．z 1 ．0 4 2 高海拔选矿厂综合自动化系统设计 王本策，郭振宇 北京矿冶研究总院矿冶过程自动控制技术国家重点实验室，北京1 0 2 6 2 8 摘 要西藏巨龙铜业有限公司知不拉铜多金属矿选矿厂位于海拔44 0 0m ，工程项目海拔高度国内外罕见。以该选矿 厂综合自动化设计为背景，详细介绍高海拔条件下特殊的设计思路与原则，具有很好的借鉴意义和应用价值。 关键词高海拔；选矿；自动化； 中图分类号T D 9 2 8 ．9文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 7 S 0 - 0 1 9 4 - 0 5 D e s i g no fI n t e g r a t e dA u t o m a t i o nS y s t e mf o rH i g hA l t i t u d eM i n eD r e s s i n gP l a n t W A N GB e n c e ，G U OZ h e n y u S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fA u t o m a t i o no fM i n i n ga n dM e t a l l u r g yP r o c e s s ，B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t e o fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 2 6 2 8 ，C h i n a A b s t r a c t T i b e tJ u l o n gC o p p e rC o ．，L t d ．，Z h i b u l am i n ed r e s s i n gp l a n ti ss i t u a t e da tt h eM t i t u d eo f44 0 0m ， w h i c hi sa ne x t r e m e l yr a r ec o n s t r u c t i o np r o j e c tb o t hi nC h i n aa n da b r o a d ．T h i sp a p e r ．b a s e do nt h ea u t o m a t i o n s y s t e md e s i g nf o rt h ev e r ym i n ed r e s s i n gp l a n t ，d e s c r i b e dt h es p e c i f i cp r i n c i p l e sa n dl i m i t a t i o n si nt h eh i g ha l t i t u d e s y s t e md e s i g nw h i c hp r o v i d e sau s e f u lr e f e r e n c ea n di s v a l u a b l ei na p p l i c a t i o n ． K e yw o r d s h i g ha l t i t u d e ；m i n ed r e s s i n g ；a u t o m a t i o n ． 随着海拔增高，空气密度降低，电气电子设备的 使用受到影响，表现为降低散热能力，要考虑降容； 降低电气耐击穿强度与耐压强度，要增大电气间隙； 辐射强度增大，电子器件使用安全不确定性增大。 同时，缺氧条件下人员体力下降易疲劳，不能长时间 高强度劳动。此外，地理偏远和高海拔导致各方响 应速度慢，处理故障周期长。因此，设计全面、优秀 的自动化系统，不仅降低劳动强度及工作量，而且稳 定并优化生产，在高海拔选矿厂尤为重要。 1 知不拉选矿厂工艺流程概述 知不拉矿区位于西藏自治区墨竹工卡甲玛乡， 属于西藏巨龙铜业有限公司。矿区属典型的大陆高 原性气候。雨季潮湿寒冷，冬季低温干燥，昼夜温差 较大。矿物成份主要有铜、金、银、铁、硫等。选矿厂 位于海拔44 0 0m ，粗碎站位于海拔50 5 0m ，选矿设 计日处理量80 0 0t 。全厂主要分为粗碎站、磨浮、精 矿三个车间。1 1 。 工艺流程粗碎一磨矿 S A B 一浮选一浓密一 压滤。 选矿工艺流程图见图1 。 2 知不拉选矿厂设计 知不拉自动化专业设计内容涉及1 1 个子项、 2 0 0 余台套自动化设备、4 0 余台套第三方工艺设备 以及全厂低压电气系统集成。 2 ．1 控制系统简介 国内选矿厂一般处于低海拔地区，基础自动化 多采用分散控制系统 D C S 系统 ，即以硬接线方式， 将现场模拟量、开关量信号接入P L C 进行程序运算， P L C 再通过硬接线输出模拟量、开关量信号给受控 电机或执行机构，以达到自动控制生产参数的目的。 收稿日期2 0 1 7 - 0 4 - 2 5 。 作者简介王本策 1 9 8 5 一 ，男，河南洛阳人。硕士，助理工程师．主要从事矿冶自动化工程技术工作。 万方数据 2 0 1 7 年增刊王本策等高海拔选矿厂综合自动化系统设计 1 9 5 原矿 _ L 一一一一一一_ 一 图1知不拉选矿工艺流程图 F l o wd i a g r a mo fZ h i b u l am i n e r a ld r e s s i n gp r o c e s s 在知不拉选厂，没有采用D C S 系统硬接线方式 设计自动化方案，考虑到如下原因 1 I O 点数多，达到数千点，硬件成本高； 2 电缆类型繁多，数量大； 3 控制电缆长度固定，桥架及套管无法调节，系 统升级不易。 现场总线控制系统 F C S 系统 采用智能仪表或 控制模块，工作在标准的总线协议下，通过通讯电缆 连接至P L C ，实现数据传输与信息交换。相比D C S 系统一台仪表只能通过一根电缆传输一个变量，F C S 系统实现多台仪表可以通过一根电缆传输多组变 量，不但简化了信息集成，且开放性及分散性更强， 便于系统升级。 因此，为减少高原机电安装工程量，后期维护 量，降低系统升级难度，本项目自动化设计采用F C S 现场总线技术为主，个别区域辅以常规D C S 技术，实 现全厂综合自动化系统的集成方案。本方案内F C S 系统主要采用西门子品牌产品，以三个主车间区域 规划设置控制主站 粗碎站设置1 台S 7 3 1 4 作为控制主站，配置1 台交换机； 磨浮车间设置1 套冗余 7 - 4 0 0P L C 作为磨浮车 间控制主站，配置1 套冗余交换机； 精矿车间设置1 套冗余 7 - 4 0 0P L C 作为精矿车 间控制主站，配置1 套冗余交换机； 中央控制室设置1 套冗余O s 服务器，1 套冗余 历史归档服务器，配置1 套冗余核心交换机； 粗碎P L C 、磨浮冗余P L C 、精矿冗余P L C 组成下 位机环网，冗余O S 服务器及冗余核心交换机组成上 位机环网，组成F C S 系统的双环网网络。网络内各 节点断开，不影响全厂信号的通讯。同时，对 R O C K W E L L 公司的智能M C C 控制逻辑提出改造需 求及方案，满足远程和就地两级控制状态的无扰切 换。系统全面考虑，保证生产的连续稳定性。F C S 万方数据 1 9 6 有色金属 选矿部分 2 0 1 7 年增刊 系统网络结构见图2 E t h e m e t 历史 图2F C S 架构网络示意图 F i g ．2 S c h e m a t i cd i a g r a mo ft h eF C Sa r c h i t e c t u r ei l e t W O l ‘k 2 ．2 控制系统设计思路与原则 1 信号以总线协议集成，合理选择通讯波特率， 保证实时性和稳定性。 一 P r o f i b u sP A 检测仪表、执行机构； P r o f i b u sD P 智能M C C 电机、变频器 、半自磨 机、球磨机、再磨机、旋流器、加药机、少部分仪表； M o d b u sR T U 分析仪、粒度仪、空压机； E t h e r n e t 浮选机集中控制系统s 7 3 0 0 。 每条通讯链路均根据下挂的设备，计算通讯量， 控制数据网络负荷在4 0 ％以下； 2 控制柜集中摆放，统一布置在机柜间，避免现 场存在I O 从站，杜绝生产环境因素干扰系统； 中央控制室及机柜间设计参考如下标准及环境 条件 针对高原散热差配备循环新风系统，满足房间 内正压，加强空气流通； 针对高原温差大配置工业空调，温度变化控制 在 2 24 - 3 ℃，减少高低温影响； 针对高原干燥易产生静电房间上下层均增设 接地铜排网格，与金属墙板等电位连接，最终接入电 气接地网，组成全网络式的防静电接地； 中央控制室在磨浮车间内，根据我国颁布的工 业噪声卫生标准规定，现有工矿企业的噪声不得超 过9 0d B ，新建工矿企业不得超过8 5d B ，中控室及机 柜间建筑进行降噪处理。 2 ．3 供配电设计思路与原则 1 选矿厂电气配电系统接地制选用T N S 系统。 电气装置接地、防雷接地与仪表系统接地共用接地 装置，工频接地电阻不大于1Q ，实现等电位，避免自 动化系统内形成接地闭合回路。 注意等电位连接和接地。机房设备、控制室进 出区域、厂房金属设施、跨接桥架做等电位连接。仪 表系统进、出厂房处合理使用浪涌保护器。 注意屏蔽。电缆及保护管合理接地有效限制静 电感应和电磁干扰。 注意合理布线。设计时注意电缆走向，减小形 成电磁感性环路面积。 注意仪表电缆与电力电缆之间的安全距离。在 不可避免的情况下，仪表电缆穿金属管或桥架内加 隔板‘2 | 。 2 自动化系统采用冗余U P S 供电，由电气配电 系统不同变压器分别引出回路电源对U P S 供电。 万方数据 2 0 1 7 年增刊王本策等高海拔选矿厂综合自动化系统设计 1 9 7 U P S 主机具有集成网络接口，集成监控工作状态和 测量数据。电池采用高原型胶体电池，获得更好的 能量和放电功率表现，以及更好的高低温工作特性， 避免常规铅酸蓄电池高海拔下发热带来隐患。参照 海拔高度45 0 0m ，进行降容计算，保证断电工作时 间达到1h ； 表1 T a b l e1 3 电气降容。高原空气密度降低，选择断路器、 空气开关时考虑降容，并降低对分断能力的要求。 以施耐德断路器提供的降容修正为例，在45 0 0m 的 高海拔下，修正系数约为0 ．9 ，在设计过程中取此系 数计算额定电流并进行型号选择，见表1 。 配电设计表 D e s i g no fp o w e rd i s t r i b u t i o n 2 ．4 仪表及系统设备选型思路与原则 1 仪表信号通讯均采用P r o f i b u s 协议，减少线 缆敷设施工量，并增加数据采集广度。 P r o f i b u sP A 仪表以串联西门子有源现场分配器 A F D 模块的方式连接。每台仪表单线缆接入A F D 模块端子，保证仪表供电电压稳定及信号传输质量， 并且可直接监测显示信号通讯断路故障，便于现场 维护管理。 P r o f i b u sD P 仪表以菊花链方式连接。每块Y ． L i n k 模块通讯量控制在4 0 ％以内。 2 执行机构工艺阀门选用气控方式，动作快 速，配套智能定位器，实现断电、断气、断信号保位的 功能。此外，阀门配有手轮，即使在失气的情况下仍 能对阀门进行操作，保证生产。 3 硬盘服务器、工程师站、操作员站电脑选择 S S D 固态硬盘，减少氧气稀薄造成的散热影响；同时 提高系统读写速度，保证F C S 系统信号传输速度。 4 服务器采用双电源供电，且电源插头为 I E C l 3 标准，保证插头插入后稳固，电源插头意外碰 撞情况下不会脱离造成断电；服务器高度应不低于 2 U ，便于安装西门子C P l 6 2 3 网卡及散热。 3 控制回路 在脱离基础自动化的选矿厂生产过程中，依赖 人工经验的操作多，随意性大且不够精确，会造成工 艺指标偏离预定范围，产品质量不达标，生产成本高 等后果。本项目自动化设计方案对选厂生产过程进 行磨矿给矿给水回路、旋流器分级控制回路、尾矿浓 密机溢流回水等回路控制。 3 ．1 磨矿给矿给水控制回路 基于物料平衡制定的专家系统规则 见表2 。 智能识别各种工矿并作处理，减少人员操作，降低衬 板磨损及避免磨机“涨肚”，逐步挖掘设备产能，提高 日处理量，达到减员增效‘3 I 。 表2 磨矿给矿给水控制回路设计表 T a b l e2 D e s i g no fg r i n d i n gf e e dc o n t r o ll o o p 万方数据 1 9 8 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年增刊 3 ．2 旋流器分级控制回路 泵池的控制，采用变结构的控制策略，设定液位 上上限、上限、下限、下下限4 个值，泵池划为5 个控 制区间，分别制定不同的控制策略 见表3 。较常 规方式更能充分利用泵池的缓冲能力，在保证液位 安全的前提下，使得渣浆泵转速尽可能不变，为后续 流程提供稳定的工作条件L 4 引。 表3旋流器分级控制回路设计表 T a b l e3 D e s i g no fh y d r o c y c l o n ec l a s s i f i c a t i o nc o n t r o l l o o p 3 ．3 浓密机溢流水控制回路 尾矿浓密机排矿管道安装有一套射线浓度计、 一台电动胶管阀。通过监测排矿浓度值，调节胶管 阀开度，控制溢流水质，减少回水系统颗粒含量，降 低影响浮选生产指标。 4结语 在高海拔地区的矿山企业，缺氧因素下生产人 员劳动能力及分析能力大大降低，自动控制可以减 轻劳动，保证生产。因此自控设备可靠、稳定的运行 十分重要。为了避免故障产生，及遇到故障能快速 定位处理，则需要系统设计深入、全面。综上，本综 合自动化系统设计方案采用规范设计原则、优化信 号集成、可靠配电接地、合理选型设备等科学手段， 保证自动化系统安全、稳定运行，且有效降低了建设 成本，同时开放性的结构为系统升级提供便利。目 前该选厂按设计处理量80 0 0t ／d 一次性试车成功， 处于稳定生产状态，选矿综合自动化系统从试车调 试阶段至今运行良好，对生产指标的指示与调控都 做出重要贡献。 参考文献 [ 1 ] 长沙有色冶金设计研究院有限公司．西藏巨龙铜业有限 公司墨竹工卡县知不拉铜多金属矿采选改扩建工程初步 设计书[ R ] ．2 0 1 3 ． [ 2 ] 郭振宇，王本策．选矿厂自动化接地系统设计[ J ] ．有色 冶金设计与研究，2 0 1 6 3 1 9 - 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