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有色金属 选矿部分2 0 0 6 年第2 期 酒钢选矿厂综合自动化系统及应用效果 张雅琴，王义顺 酒采钢铁公司选矿厂甘肃嘉峪关7 3 5 1 0 0 摘要为了对生产过程实施精细化拧制，稳定质量，提高金属回收卓，我们采用过程控制系统及生产执行系统二 级结构剥全厂实施了自动控制改造。改造后，金属回收率提高2 0 1 5 6 ，综合铁精矿品位提高0 ．5 7 ％，综合铁精矿加工费 降低2 ．1 4J U t ，岗位职工减少2 3 7 人。 关键词选矿过程；综合自动化；控制系统；系统结构 中图分类号T D 9 2 89文献标识码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 0 6 0 2 - 0 0 3 6 1 4 酒泉钢铁公司选矿厂建设在酒钢冶金厂区内， 设计年处理能力为5 0 0 万t ，可生产铁精矿2 4 0 万t 。 _ _ L 艺流程为铁矿石经筛分分级为1 5 ～l O O m m 的块矿 和一1 5 r a m 的粉矿，块矿由焙烧磁选工艺流程选别， 粉矿由强磁选工艺流程选别，两种精矿混合浓缩过 滤后形成综合铁精矿。 选矿厂所处理的镜铁山桦树沟、黑沟矿区铁矿 石，矿物组成复杂，铁矿物嵌布粒度细，属弱磁性难 选矿石。改造前焙烧磁选工艺的最终精矿铁品位 5 5 ，8 9 ％、金属回收率为8 0 ．3 7 ％，强磁选工艺的最终 精矿铁品位4 8 ．0 7 ％、金属回收率6 7 ．3 5 ％。 为了对生产过程实施精细化控制，进一步提高 金属回i l k 率，稳定产品质量，降低消耗，提高生产运 营质量，从2 0 0 1 年开始，我们利用两年时间，对全厂 实施了自动控制改造。 1 选矿厂综合自动化系统 1 ．1 系统结构 酒泉钢铁公司选矿厂综合自动化系统采用过程 控制系统 P r o c e s sC o n t r o lS y s t e m 及生产执行系统 M a n u f a c t u r i n gE x e c u t i o nS y s t e m 二级结构，如图1 所示。 该系统由P C S 、M E S 和计算机支撑系统组成。其 中P C S 采用E I C E l e c t r i cI n s t r u m e n tC o m p u t e r - - 体化计算机集散控制系统集成设计技术、先进控制 技术和以综合生产指标为目标的智能优化控制技 术，包括对选矿生产过程各工序的测量、设备监测与 控制、工艺调节、模型控制、操作员界面及多媒体监 视系统等。 粹薯昌霁；絮箍霸晶一 ，女，辽宁鞍山人，厂长，高级工程师。 匣堂 塑登 王堡 l 墅、巡鎏 丛壁鲨2 、整堑 盟查苎重型堇壁至堑型堡￡ 图1 酒钢选矿厂综合自动化系统层次结构示意图 F i g lS k e t c ho fl e v e ls t r l l C t U T eo f e o m p r e h e n s i , ，e a u t o m a t i o ns y s t e mi nm i n es e l e c t i o np l a n to fJ I S C O M E S 采用基于案例推理的生产计划调度技术、 生产过程动态成本控制技术为核心的以综合生产指 标为目标的生产过程优化运行与优化管理技术善 有下列八个子系统计划统计管理子系统、生产调 度管理子系统、设备管理子系统、质量管理子系统、 能源计量管理子系统、成本监控子系统、综合查询子 系统、系统集成接几。 计算机支撑系统由关系数据库、实时数据库和 计算机网络系统组成。通过计算机支撑系统实现 M E S 与P C S 的信息集成，从而实现选矿生产过程的 综合自动化， 1 ．2 过程控制系统功能 选矿生产过程控制系统包括基础自动化系 万方数据 2 0 0 6 年第2 期张雅琴等酒钢选矿厂综合自动化系统及应用效果 统、优化控制系统和生产过程多媒体监控系统。基础 自动化系统与过程控制系统通过工业控制网络联系 起来。其中基础自动化级要实现对顺序逻辑控制与 回路连续控制的集成控制，把必要的生产过程参数、 设备状态等数据实时地传递给过程控制级，接受并 执行过程控制级的优化控制决策及监控操作指令。 过程控制级将根据实际生产工艺过程的物流关 系、反应机理、上艺技术指标要求及相互关系等多方 面因素，在获取基础自动化级传递的各种检测数据 基础上，采用过程优化设定技术，完成对整个选矿生 产流程的优化控制和管理。 1 ．2 ．1 基础自动化系统 基础自动化系统包括六个子系统，即原料筛分 及输送控制子系统、矿石输送及干选控制子系统、竖 炉焙烧控制子系统、强磁选别控制子系统、弱磁选别 控制子系统、浓缩脱水控制子系统。实现了全厂5 2 5 台生产设备的肩动、停止、联琐保护、料斗堵塞及电 机过载故障报警的逻辑控制。 在原料筛分及输送控制子系统中，按矿仓料位 设定自动启停相关设备，实现对原料一、二次筛分后 块矿及粉矿的自动上料，以及自动外卸废石。 在矿石输送及干选控制子系统中，实现了1 0 台 小块竖炉和4 台返矿竖炉的自动布料及弱磁四个圆 筒矿仓的自动布料。 在竖炉焙烧控制子系统中，实现了对2 2 台 1 0 0 m 3 焙烧竖炉的加热带温度、燃烧室温度、还原带 温度、水箱梁温度、炉顶废气温度的测量，还原煤气、 加热煤气、加热空气的压力与流量、炉顶负压及加热 煤气热值的测量，各搬出机电机电流的检测。实现了 搬出机防压及搬出时间的控制，实现了对燃烧室温 度及还原煤气流量的闭环控制。 在强磁选别控制子系统中，实现了对强磁一、二 段共8 台球磨机的运行状态、定子电流、轴温、稀油 泵运行状态等信号的检测；对分级机电机电流、溢流 浓度的检测；旋流器的给矿压力、流量、浓度、一段球 磨机入口加水量和一段球磨机给矿量的检测、旋流 器给矿泵池液位的检测，十台强磁选机的漂洗水的 流量、压力、励磁电流及励磁线圈温度的检测。实现 了旋流器给矿压力和浓度的闭环控制及泵池液位的 控制，球磨机给矿量及分级溢流浓度的闭环控制，达 到控制磨矿粒度的目的，实现了强磁机的励磁电流 和漂洗水的闭环控制，以此控制强磁选精矿品位。 在弱磁选别控制子系统中，完成了对弱磁一、二 段共7 台球磨机的运行状态、定子电流、轴温、稀油 泵运行状态等信号的检测；对分级机电机电流、溢流 浓度的梭测；旋流器的给矿压力、流量、浓度、一段球 磨机入口加水量和一段球磨机给矿量的检测、旋流 器给矿泵池液位的检测，实现了旋流器给矿压力和 浓度的闭环控制及泵池液位的控制，球磨机给矿量 及分级溢流浓度的闭环控制。 在浓缩脱水控制子系统中，完成了对5 台浓缩 机底流浓度的检测，实现了底流浓度的闭环控制。 上位机监控系统的主要功能有按操作员、系统 工程师、管理人员的不同级别进行注册，实现用户控 制权限管理功能；按操作规程要求，实现开机前的现 场联络和操作方式 联动／单动 选择功能；工艺流程 画面显示、设备状态描述及过程参数的动态显示功 能；设备的启动、停止控制功能 软手动单机启停功 能和全线联动启停功能 ；工艺参数设定与调整及回 路控制参数在线整定功能；工艺参数趋势曲线 实时 趋势及历史趋势 显示与打印功能；历史数据采集与 自动归档存储功能；事件记录 操作员操作记录，工 艺参数或设备状态与控制方式改变，报警产生、确认 等 功能；数据统计分析功能；报警显示 按时间顺 序，按优先级别、按故障点所处区域等 功能；实时 报警，事件信息打印功能；生产报表自动或随时生成 打印功能；监控系统硬件故障诊断与状态监视功能； 系统在线组态与维护等功能。 1 ．22 优化控制系统 。 选矿过程稳定化控制并不能使选矿过程获得最 佳经济效果。因此，要想使选矿过程获得最佳的经济 效果，就必须按最佳的综合的经济指标进行控制Ⅲ。 优化控制系统分为四个子系统，即竖炉焙烧优 化控制子系统、弱磁球磨优化控制子系统、强磁球磨 优化控制子系统和强磁机优化控制子系统。 竖炉焙烧、磨矿过程的控制是选矿生产过程控 制的关键。我厂共有2 2 台竖炉，焙烧过程是将弱磁 性的赤铁矿 F e 2 0 ， 还原成强磁性的磁铁矿 F e ，O 。 ， 使它能在选别强磁性矿物的低磁场强度的磁选机} 进行选别，以达到提高金属回收率和精矿品位的目 的。F e 2 0 ，几乎在任何温度下均易被还原为F e 。0 4 ，但 温度低时的反应速度小；当温度高于5 7 2 ℃时，若 C O 浓度高，可产生过还原反应，生成弱磁性的F e O ； 当温度低于5 7 2 ℃时，若C O 浓度高时，同样可产生 过还原反应，生成金属铁。因此，还原焙烧时必须严 格控制炉温和煤气流量。而且焙烧时间不宜过长。焙 烧过程大体分为加热、还原和冷却三个阶段。输入有 空气量、加热煤气量和还原煤气量；输出有燃烧室温 万方数据 有色金属 选矿部分2 0 0 6 年第2 期 度、加热带温度和还原带温度。输入与输出之间具有 强耦合，任何一个输入变量变化都会引起几个输出 变量变化，过程机理复杂，如矿石的进出、热量的传 递、化学反应，而且不确定因素多，如矿石的特性变 化、加热煤气成分的波动，并且衡量焙烧作业优劣的 指标磁选管回收率无法在线连续测量。磨矿回路不 是单变量对象特征。而是多变量控制问题，而且磨矿 回路的对象特性具有非线性、时变、大滞后特性[ 3 1 。因 此，焙烧过程和磨矿过程难以采用基于精确数学模 型的优化控制方法。为了解决这个问题．我们采用图 2 所示的智能优化控制技术，通过两层结构回路 控制层和回路优化设定层来实现选矿过程的优化控 制。 一 圈I 崦一傩 图2 智能优化控制技术结构 F i g2 S t r u c t u r ed r a w i n go fi n t e l l i g e n to p t i m i z i n g c o n t r o lt e c h n o l o g y 选矿过程的综合生产指标是金属回收率、精矿 品位和精矿产量。优化控制系统通过基于案例推理 的关键工艺参数设定模型，产生磁选管回收率、磨矿 粒度的优化设定值，通过回路反馈控制使选矿生产 过程的温度、压力、流量、给矿量、矿浆浓度等稳定跟 随优化设定值。利用选矿过程的输入、输出量，通过 磁选管回收率、磨机负荷、矿浆粒度的预报模型．产 生磁选管回收率预报值、磨机负荷预报值和矿浆粒 度预报值，并与磁选管回收率、磨机负荷和矿浆粒度 的优化值进行比较，产生的误差经过前馈补偿来校 正回路优化设定值，并通过取样检测的磁选管回收 率和矿浆粒度值与磁选管回收率和矿浆粒度的优化 值进行反馈校正回路设定值，通过回路控制使选矿 过程实现优化。 1 ．2 ．3 多媒体监视系统 多媒体监视系统分为四个子系统，共设4 9 台摄 像机，配合控制系统完成对各主要生产过程的实际 场景以及设备运行状态进行实时监控，从而保证生 产过程的稳定运行。 该系统主要有主画面、多画面、工况图、图像存 储、图像回放、静态图像的锁定解锁、视频报警等功 能。 1 ．3 生产执行系统功能 生产执行系统 M E S 充分利用选矿生产过程控 制系统 p c s 和酒钢公司计量系统的信息，实现了 管控一体化，达到信息共享、动态分析、精细核算、降 低成本的目的。 生产执行系统 M E S 包括如下的子系统计划 统计管理子系统，生产调度管理子系统，设备管理子 系统，质量管理子系统，能源计量管理子系统，成本 监控子系统，综合查询子系统，系统集成接口。 计划统计管理子系统主要功能有生产经营计 划的制订，统计管理，生产经营分析，金属平衡与物 料平衡。 生产调度管理子系统主要功能有产量信息，质 量信息，主要技术经济指标信息，成本监控信息，主 要生产设备利用情况统计信息。 设备管理子系统主要功能包括设备档案，设备 技术状态，设备维修，设备润滑，备晶备件管理，固定 资产管理等。 质量管理子系统主要功能包括质量检验，质量 记录，质量统计，质量报表，质量分析工作。 能源计量管理子系统主要功能有对消耗的各 种原辅料、燃料进行计算机管理，为降低生产成本和 进行部门考核提供准确的基础数据，同时为上级部 门对全厂的考核提供数据。 成本监控子系统主要功能有成本计划管理，成 本数据管理，日常成本监控，能源成本监控，成本报 表，成本分析。 综合查询子系统主要功能有对各种生产情况、 技术经济指标、设备运行情况、能源消耗进行综合查 询，便于领导及时、准确地了解各种信息。 系统集成接口主要功能包括对我厂的各种数 据进行系统集成，满足集团公司对选矿厂的各种数 据需求，为上级或其他相关部门提供数据。 通过计算机网络与数据库，将选矿生产过程的 M E S 和P C S 集成，实现生产过程管理和过程控制的 一体化，从而保证选矿生产过程的优化控制、优化运 行和优化管理。 1 ．4 系统的硬件结构 酒钢选矿厂综合自动化系统硬件结构见图3 。 控制系统采用美国R o c k w e l l 公司C o n t r o lL o g i x 系 万方数据 2 0 0 6 年第2 期张雅琴等酒钢选矿厂综合自动化系统及应用效果 3 9 统，M E S 的计算机管理系统采用P C 机与惠普 L H 3 0 0 0 服务器，数据库包括实时数据库和关系数 据库，关系数据库为O r a c l e 8 i ，采用R o c k w e l l 公司的 R S S Q L 接口软件，通过控制网 C o n t r o lN e t 、设备 网 D e v i c eN e t 、以太网 E t h e rN e t 实现M E S 和 P C S 的信息集成。． 图3 酒钢选矿厂综合自动化系统硬件结构图 F i g3 H a r d w a r es t r u c t u r ed r a w i n go fc o m p r e h e n s i v e a u t o m a t i o ns y s t e mi nm i n es e l e c t i o np l a n to fJ I S C O 2 应用效果 自2 0 0 3 年4 月自动化系统投入运行后，各子系 统运行稳定，生产过程控制实现了精细化，保证生产 在最佳工艺参数下连续、稳定运行，对选矿厂生产组 织和专业管理具有重要意义。改造前，生产组织基本 靠经验，生产过程中的调整靠化验指标，滞后性太 大，质量不稳定，产量波动的情况经常出现。改造后， 各类仪表检测的数据使生产组织有了“眼睛”，能够 及时对生产中出现的问题进行判断，作m 最快的调 整；同时生产操作调整有了手段，能够对生产过程进 行精细化控制，稳定生产工序质量，减少生产波动， 指标得到很大改善。 2 ．1 金属回收率显著提高 按统计，剔除选矿其它技术改造和物料变化等 各种影响因素，从2 0 0 3 年4 月份系统投人运行后与 系统投运前相比较，综合铁精矿品位提高o ．5 7 ％，金 属回收率从7 7 ．2 4 ％提高到7 9 ．2 5 ％，提高了2 ．0 1 ％， 球磨二次磨矿细度强弱磁分别从7 2 ．9 6 ％、7 3 ．7 0 ％提 高到7 6 ．7 2 ％和7 6 ．1 6 ％，提高了3 ．7 6 ％和2 ．4 6 ％，分 砂泵站应用变频调速自动控制技术后，泵的运行电 流降低5 0 ．8 0 A ，每年节电1 1 4 ～1 8 1 万k W h ，仅分砂 泵站年节约动力成本2 0 ．5 2 3 0 ．5 2 万元。泵的运行周 期提高了5 0 ％以上，阀门使用周期延长2 倍以上，节 约了备品备件和检修维护费用；尾矿输送浓度提高 后，新水单耗降低。 2 ．2 设备事故有效降低 各种检测仪表在设备点检和设备管理中具有重 要作用，通过检测数据分析和监控，能够及时掌握设 备运行状况，有效杜绝各类生产设备事故。如有一次 1 0 号竖炉废气温度检测持续偏高，经过倒炉检查， 发现有一块铁板掉在炉子横穿梁上，由于处理及时， 没有对设备造成大的危害。又如2 0 0 3 年7 月1 4 日 主控室操作员发现5 号浓缩机底流浓度持续超过设 定值报警，底流泵电机电流低于下限值，作业区果断 组织分析处理，杜绝了一起压浓缩机事故。 2 ．3 管理实现精细化 M E S 系统的投入，使得选矿厂管理水平上了台 阶，办公自动化成为可能i 生产管理、成本管理、质量 管理、设备管理等效果明显。如2 0 0 4 年4 月、5 月计 算机显示球磨机断料次数分别为8 0 次和9 5 次。通 过及时采取措施，在6 月、7 月球磨机断料次数降为 3 8 次、3 0 次。防止球磨因断料空砸而造成的各种事 故，提高了作业率。在成本管理上，我们多年来一直 想把原料消耗这个关键指标考核到作业区，但缺乏 手段，球磨机给矿量的检测使这一愿望成为现实。自 动化系统投用两年多来，选矿成本呈稳步下降趋势， 综合精矿加工费从4 7 ．3 1 元 降低到4 5 ．1 7 元，t ，降 低了2 ．1 4 元 。 自动化系统投用后，操作可以通过计算机来调 整，设备启停可以通过计算机来控制，而且通过多媒 体监视系统和上位机来监控设备运行，利用各种检 测仪表对设备在线检测，减轻了工人劳动强度，提高 了劳动生产率，岗位职工减少2 3 7 人。综上所述，综 合自动化系统成功运用，提高了酒钢选矿厂的装备 水平，对于选矿厂技术进步、管理精细化具有深远的 影响。 参考文献 [ 1 ] 张卯均主编．选矿手册 第六卷 E M ] 北京冶金工业 出版社，1 9 9 3 ，6 4 9 [ 2 ] 张卯均主编．选矿手册 第三卷第三分册 [ M ] ．北京冶 金工业出版社，1 9 9 1 ，3 5 3 [ 3 ] 张卯均主编．选矿手册 第六卷 [ M ] ．北京冶金工业出 版社，1 9 9 3 ，6 2 6 下转第2 9 页 万方数据 2 0 0 6 年第2 期彭会清等强化精选作业提高铜精矿品位 2 9 进一步优化。 参考文献 [ 1 ] 冶金工业部长沙矿冶研究所铜山口铜矿矿石物质组 成研究[ R ] ．1 9 8 2 [ 2 ] 胡为楫浮选[ M ] 北京冶金工业出版社，1 9 9 2 ． [ 3 ] 许时．矿石可选性研究[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 2 ． [ 4 ] 韩伟．提高铜山口铜矿选铜回收率的探讨【J ] 大冶科技， 2 0 0 5 ， 1 1 7 2 0 S T R E N G H T E NC o N C E N T R A T E ’SC L E A N I N GT OI N C R E A S I N GC O P P E R C o N C E N T R A T EG R A D E P E N GH u i q i n g ，H A NW e i W u h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，W u h a n4 3 0 0 7 0 , C h i n a A B s ，r R A C T I nv i e wo fl o w e rc o n c e n t r a t eg r a d ei nt h em i n e r a lp r o c e s s i n go fC o p p e rM i n ei nH u b e i ，b a s e do nt h e c o n s u l t i n g i n f o r m a t i o na n dm i n e r a lp r o c e s s i n ge x p e r i m e n t s ，t h ep r o p e rm e a s u r e so fm i n e r a l p r o c e s s i n gh a s b e e nt a k e n ．A f t e rm a n yt i m e st e c h n i c a lt r a n s f o r m a t i o n ．a l li n c r e a s eo f2 ．5 4 ％i nc o p p e rg r a d eo fc o n c e n t r a t e a n da ni n c r e a s eo f1 ．0 3 ％i nc o p p e rr e c o v e r yw e r ea d v a n c e d ． K E YW O R D S c o n c e n t r a t eg r a d e ；m i n e r a lp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y ；c o p p e r - s u l p h n rs e p a r a t i o n f 上接第3 9 页 C o M P R E H E N S I V EA U T o m T I o NS Y S T E MA N DA P P L I C A T I o NR E S U L TI NM I N E S E L E C T I o NP L A N To FJ I S C o Z H A N GY a q i n ，W A N GY i s h u n M i n eS e l e c t i o nP l a n to f d I S C O ，J i a y u g u a nG a n s u7 3 5 1 0 0 ，C h i n a A B S T R A C T I no r d e rt op e r f o r mf i n ec o n t r o lo fp r o d u c t i o np r o c e s s ，s t a b i l i z eq u t a l i t y ，i m p r o v em e t a ly i e l da n dr e d u c e c o n s u m p t i o nw er e v a m p e da u t o m a t i o ns y s t e m f o rt h ew h o l e p l a n t ．W ea d o p t e dt w ol e v d ss t r u c t u r e ，i ．e ． p r o c e s sc o n t r o ls y s t e ma n dp r o d u c t i o ne x e c u t i o ns y s t e m ．A f t e rr e v a m p i n gm e t a ly i e l dw a si n c r e a s e d2 ．0 1 ％． c o n t e n to fi n t e g r a t i o nf i n e i r o nm i n ew a si n c r e a s e d0 ，5 7 ％．m a c h i n ec o s to fi n t e g r a t i o nf i n e i r o nm i n eW a s d e c r e a s e d2 ．1 4R M B ／ta n d2 3 7o p e r a t o r sw e r er e d u c e d ． K E YW O R D S m i n es e l e c t i o np r o c e s s ；c o m p r e h e n s i v ea u t o m a t i o n ；c o n t r o l s y s t e m ；s y s t e ms t r u c t u r e 万方数据