磨矿分级控制系统设计及应用.pdf

2 0 1 6 年第2 期有色金属 选矿部分 7 5 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 6 ．0 2 ．0 1 6 磨矿分级控制系统设计及应用 葛鹏，黄宋魏，于桂明，夏正一 昆明理工大学国土资源工程学院，昆明6 5 0 0 9 3 摘要介绍了绿春选矿厂磨矿分级控制系统的设计和实际应用情况，采用 7 - 3 1 5P I E 和组态王作为控制主机和监控 系统平台，开发了集检测、控制、管理于一体的控制系统，控制系统检测参数全面且能很好地自动优化磨矿参数，实际应用中 降低了劳动强度、提高了生产效率。 关键词磨矿分级；检测；控制；组态王；P L c 中图分类号T D 4 6 3文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 6 0 2 - 0 0 7 5 - 0 4 D e s i g na n dA p p i i c a t i o no fC o n t r o lS y s t e mf o rO r eG r i n d i n gC l a s s i f i c a t i o n G EP e 愕，H U A N GS o n g w e i ，Y UG u i m i n g ，X I AZ h e n g y i C o l l e g eo fk 蒯R e s o u r c e sE n g i n c e r i n g ，K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ， K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a A b s t r a c t I n t r o d u c e sac o n c e n t r a t o ro fL v c h u ng r i n d i n gc l a s s i f i c a t i o nc o n t r o ls y s t e md e s i g na n dp r a c t i c a l a p p l i c a t i o n ，u s i n gS 7 - 315P L Ca n dK i n g v i e wa sac o n t r o lh o s ta n dam o n i t o r i n gs y s t e mp l a t f o r m ，d e v e l o p e das e to f c o n t r o ls y s t e mf o rd e m c f i o n ，c o n t r o la n dm a n a g e m e n ti no n eo ft h et e s tp a r a m e t e r s ，c o m p r e h e n s i v ec o n t r o ls y s t e m a n dc a na u t o m a t i c a l l yo p t i m i z et h eg r i n d i n gp a r a m e t e r s ，t h ep r a c t i c a l a p p l i c a t i o nt o r e d u c et h el a b o ri n t e n s i t y ， i m p r o v ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y ． K e yw o r d s g r i n d i n gc l a s s i f i c a t i o n ；a u t o m a t i c ；d e t e c t i o n ；K i n g v i e w ；P L C 矿业自动化是一个与工艺、设备、动力紧密联合 的系统，随着矿业自动化的普及，它的人员配备在不 断减少，人员的技术素质不断提高。随着控制精细 化的提高，对最简单的设备连锁都需要综合全局来 考虑。对一个选矿自动流程优化来说，需要对选矿 过程整体考虑，建立仿真模型，加入专家系统来判断 如何去做，根据怎么做去自动设定工艺参数，提取出 控制规则，最后用基础自动控制系统实现自动控制 和优化‘1 2 | 。 绿春选矿厂属铁、铅、铜多金属铜矿山，原来生 产主要依靠人工操作，缺少熟练工人，生产过程中磨 矿负荷不稳定，欠载、“胀肚”经常发生；磨矿细度波 动大，不能有效保障磨矿细度；浓度受水压及人工操 作影响，浓度不能稳定在标准范围。磨机单位能耗、 球耗超出同类矿山平均水平。而利用自动控制的方 法可以避免人为因素对生产造成的不利影响，稳定 生产作业，使生产指标达到最佳状态。本项目针对 选矿厂最为关键的磨矿分级作业进行技术改造。本 投稿日期2 0 1 4 ．1 2 - 2 4 修回日期2 0 1 6 - 0 1 1 8 作者简介葛鹏 1 9 8 7 一 ，男，江西上饶人，硕士研究生。 着先进、实用、耐用、易用的设计思想，研究开发集检 测、控制、管理、远程监控等于一体的综合自动化系 统。为提高选厂的生产管理水平，提高和稳定生产 技术指标，提供强有力的手段。 1 磨矿分级作业控制内容 磨矿作业是选矿生产过程的重要环节，磨矿作 业能耗约占整个选矿过程总能耗的一半左右，而且 是影响经济技术指标的重要环节，它直接制约着选 矿产品质量和选矿回收率。磨矿产品的质量 粒度 特性、单体解离度、浓度等 ，对选矿的后续作业有很 大的影响，因此在选矿中居于十分重要的地位”引。 磨矿控制系统是一个复杂的循环系统，具有随 机干扰因素多、过程机理复杂、非线性、大滞后、惯性 大、各环节变量相互耦合作用大、参数的时变性和难 以建立精确的数学模型等复杂特性等特点。磨矿作 业的给矿量、磨矿浓度、磨机负荷量、料球比、溢流浓 度及细度等参数，对磨矿作业效率、产品合格率等有 万方数据 7 6 有色金属 选矿部分2 0 1 6 年第2 期 着直接的影响。磨矿控制系统是一个复杂的循环系 统，具有随机干扰因素多、过程机理复杂、非线性、大 滞后、惯性大、各环节变量相互耦合作用大、参数的 时变性和难以建立精确的数学模型等复杂特性等特 点M 引。因此实现磨矿作业的优化控制需要从检测 手段、数据分析处理方法、控制技术等方面进行全面 的开发。现场主要测控内容包括 1 给矿量的检测和控制。在两条给矿皮带上各设 一台电子皮带秤，用于检测球磨机的给矿量和累计量。 2 通过控制给矿机的振动量来调节给矿量。原 有给矿机为技术较为落后电磁振动给料机，矿量调节 范围十分有限，将电磁振动式给矿机改为电机偏振式 给矿机，并将原来的人工控制改为由变频器控制。 3 通过采集的数据建立数学模型，设定给矿水量。 4 球磨机筒体内部的装载量通过球磨机的电机 电流量及球磨机筒体发出的噪音量，进行联合检测， 粉矿仓 振动给 根据两个变量的大小及变化情况精确判断球磨机的 负荷量以及钢球量情况，并根据负荷量合理控制给 矿量，确保球磨机在最佳状态下运行。 5 由于该选矿厂的磨矿分级作业为一段闭路磨 矿，没有中矿返回再磨，可通过数据推理，设定分级 溢流浓度的相关参数。 6 给水量由电磁流量计检测，通过电动阀来控制。 2 现场测控点设计及硬件配置 图1 为磨矿分级作业工艺流程控制图，通过电 子皮带秤检测磨矿给料量，变频器控制给矿机给矿 量，电磁流量计检测水流量，电动阀控制水流量，电 流变送器来检测电机电流，音频检测仪检测球磨机 噪音，温度传感器检测磨机轴承温度。用西门子s 7 ． 3 1 5P L C 作磨浮系统控制主机，控制系统监控管理为 组态王，通过C P 5 6 1 1 使P L C 与计算机通讯。 粉矿仓 动给矿机 图1磨矿分级作业工艺控制流程图 F i g ．1 F l o wc h a r to fo r eg r i n d i n ga n dc l a s s i f i c a t i o np r o c e s sc o n t r o l F Q ，I 。矿流量检测；T - 温度检测；x T 一音量检测；F ’卜水流量检测；’I ’I ’_ 电流量检测；V V V F 一变频控制；F V 一调节阀 磨机控制优化的关键是磨机负荷的检测，球磨扰噪音 如电动机噪音，齿轮噪音等 。在实际工程 机筒体内部的装载量通过球磨机的电机电流量及球中一方面要检测电网电压变化和分级机电流排除这 磨机筒体发出的噪音量联合进行检测。电流有单峰方面的影响，另一方面将磨机筒体噪音和干扰噪音 值特性，会随磨机负荷变化，但易受电网电压和分级区分开来，提取出磨机筒体噪音信号。根据磨机电 机返砂的影响。现场噪音有磨机筒体噪音和其他干流和磨机筒体噪音两个变量的大小及变化情况精确 万方数据 型鱼生箜兰塑葛鹏等磨矿分级控制系统设计及应用 ．7 7 ． 判断球磨机的负荷量以及钢球量情况，通过模糊数 学方法来计算出磨机负荷量，并根据负荷量合理控 表1 T a b l el 制给矿量，使球磨机的工作状态最优。表1 为磨矿 系统详细硬件配置。 控制系统硬件配置 T h ec o n t r o ls y s t e mo fh a r d w a r ec o n f i g u r a t i o n 3 控制系统结构设计 控制系统拓扑结构如图2 所示，磨矿控制系统 设一台P L C ，分别对1 ”、2 8 磨矿系统进行控制。在控 图2 磨矿分级控制系统拓扑图 F i g ．2T o p o l o g i c a lg r a p ho fo r eg r i n d i n ga n d c l a s s i f i c a t i o np r o c e s sc o n t r o l 制室采用一台计算机对整个系统进行管理，计算机 提供网络连接功能，可以在远程对控制系统进行监 控，为了减少远程计算机对监控主机的影响，最多允 许5 台计算机同时访问监控画面。 4 控制系统监控管理 一个优秀的控制系统不仅有完善的控制功能， 也必须有完善的管理功能。操作人员不仅能够通过 监控界面方便地进行控制操作，例如进行参数的设 定、控制方式的选择等，也能够通过画面了解控制系 统的当前及过去运行情况，如参数的数据、设备的历 史运行状态等。本文仅给出图3 所示的操作面板， 此操作面板是监控系统的核心界面，所有控制回路 的给定值给定、控制方式选择、选矿设备的启停等在 该界面上进行操作0 | 。 图3 控制系统操作面板 F i g ．3O p e r a t i o np a n e lo fc o n t r o ls y s t e m 万方数据 7 8 有色金属 选矿部分2 0 1 6 年第2 期 5 应用情况 该控制系统从2 0 1 1 年1 1 月开始实施，2 0 1 2 年5 月投入正常生产运行，实现了磨矿分级作业生产过 程的高度自动化，全套系统运行稳定，原来经常出现 的磨机“胀肚”等现象基本消除，原矿处理量由原来 的1 9t ／h 提高到2 3t ／h 左右，原系统溢流浓度和磨 矿细度波动频繁，幅度达9 ％，现可以稳定在2 ％以 内，回收率由原来8 0 ％提高到8 2 ％。生产报表由每 天人工填表改为系统自动生成，班组人员配置由原 来8 人减为4 人。管理人员可以通过互联网，实时 监控现场的生产过程，并通过信息化管理将生产数 据进行分析研究，进一步优化现场控制参数。生产 运行实践表明系统运行稳定可靠，经济效益和社会 效益显著。2 0 1 1 2 0 1 5 年生产指标对比见表2 。 表2年生产指标对比 T a b l e2A n n u a lp r o d u c t i o ni n d e xc o m p a r i s o n 。。原矿处理量／磨机电耗／磨机球耗／铜回收率／铜精矿品 “q ‘叫 t ．h - 1 k W ．h ．t 一1 k g ．t - 1 ％ 位／％ 2 0 1 1 1 92 0 ．5 21 ．18 0 ．11 9 ．7 8 2 0 1 2 2 01 9 ．4 31 ．18 0 ．51 9 ．8 3 2 0 1 32 21 8 ．7 31 ．0 68 1 ．7 2 2 ．6 0 2 0 1 42 31 8 ．1 91 ．0 58 2 ．22 3 ．3 1 2 0 1 52 3】7 ．9 91 ．0 38 2 ．32 3 ．3 2 6结论 选矿自动化的全局优化仍然是世界难题，世界 先进水平仍处于回路控制和局部优化，动态全局优 化仍然是个难题。在控制中普遍存在信息孤岛，有 效信息不能快速沟通，工艺动态变化难以描述，多层 优化、多目标优化的问题没有解决办法。在自动控 制的运用中存在设备安装复杂、可靠度低、测量精度 低、传感器使用寿命低、误差大、后期维护量大，维护 成本高、技术力量缺乏等问题。而这些问题是需要 科研、管理人员去解决的。对于我们国内的矿山企 业来说，不仅面临着工业自动化的大规模改革，同时 面临的问题是我们引进了世界一流的硬件和技术， 但是干不出一流的生产指标，具体表现为单位成本 高。实现磨矿分级作业自动化可以提高生产率、降 低能耗、稳定产品质量。但选矿自动化发展较慢，由 于选矿厂环境恶劣、振动、粉尘较大，传统的传感器 在这样的环境下会出现失灵和误差大的现象，需要 足够的技术力量进行维护。本控制系统维护采用的 办法是，简单的日常维护由选矿厂的技术人员进行， 重要的维护交由开发方。当控制系统出现故障时， 开发方可以通过互联网进行系统诊断和软件修复， 或通过图片、文字、电话等方式指示现场人员进行维 修，必须的时候赴现场维修，这样可大大缩短控制系 统的故障解决时间，减少维护费用，可以克服选矿厂 缺乏自动化技术人员特别是高级自动化技术专家的 问题，确保选矿厂自动化系统长期正常运行。未来 的工业生产将是无人车间，大部分工作人员都是在 管理中心，对生产数据进行整理分析，同时对控制系 统程序做出优化。当现场发生异常情况时，触发报 警，相关场所的光源，摄像头就位，同时对移动端发 送现场情况，通知管理及作业人员，对异常情况迅速 做出修复。而这一切的基础就是工业生产自动化的 大规模运用⋯。3 | 。 参考文献 [ 1 ] C H A ITY ，Z H A N GYJ ，W A N GH ，e ta 1 ．D a t a - b a s e d v i r t u a lu n m o d e l e dd y n a m i c sd r i v e nm u h i v a r i a b l en o n l i n e a r a d a p t i v es w i t c h i n gc o n t r o l [ J ] ．I E E ET r a n s a c t i o n so nN e u r a l N e t w o r k s ，2 0 11 ，2 2 1 2 2 1 5 4 - 2 1 7 2 ． [ 2 ] w uFH ，C H A ITY ．S o f ts e n s i n gm e t h o df o rm a g n e t i ct u b e r e c o v e r yr a t i ov i af u z z ys y s t e m sa n dn e u r a ln e t w o r k s [ J ] ． N e u r o c o m p u t i n g ，2 0 1 0 ，7 3 1 3 一1 5 2 4 8 9 - 2 4 9 7 ． [ 3 ] 李鸿程，董为民，姚辉，等．转速率与填充率对球磨机磨 矿产品粒度影响的试验研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ， 2 0 1 3 3 4 5 - 4 8 ． [ 4 ] 王春梅，庄故章，尹海．磨机给矿量对磨矿效果影响的 试验研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 3 5 4 1 4 3 ． [ 5 ] 刘小波，黄宋魏．磨矿分级作业模糊智能控制系统的研发 [ J ] ．金属矿山，2 0 1 1 3 1 2 9 1 3 1 ． [ 6 ] 秦虎，刘志红，黄宋魏．碎矿磨矿及浮选自动化发展趋 势[ J ] ．云南冶金，2 0 1 0 ，3 9 3 1 3 - 1 6 ． [ 7 ] 黄宋魏，李文光．磨矿分级作业智能控制及网络监控[ J ] ． 中国矿山工程，2 0 0 4 ，3 3 3 3 4 - 3 7 ． [ 8 ] 刘曙光，王志宏，费佩燕，等．模糊控制的发展与展望[ J ] ． 机电工程，2 0 0 0 ，1 7 1 9 1 2 ． [ 9 ] T A N GJ ，C H A ITY ，Y uW ，e ta 1 ．F e a t u r ee x t r a c t i o na n d s e l e c t i o nb a s e do nv i b r a t i o ns p e c t r u mw i t ha p p l i c a t i o nt o e s t i m a t i n gt h el o a dp a r a m e t e r so fb a l lm i l li ng r i n d i n gp r o c e s s [ J ] ．C o n t r o lE n g i n e e r i n gP r a c t i c e ，2 0 1 2 ，2 0 1 0 9 9 1 1 0 0 4 ． [ 1 0 ] 葛鹏，黄宋魏，和丽芳，等．地衡计量系统及其与E R P 系统对接[ J ] ．价值工程，2 0 1 5 ，1 7 4 5 9 - 6 1 ． [ 1 1 ] 李文光，黄宋魏．新型糖厂混合液p H 值控制系统[ J ] ． 云南冶金，2 0 0 5 ，3 4 3 6 3 - 6 6 ． [ 1 2 ] 蔡改贫，王俊，余世科，等基于离散单元法的半自磨机工 作参数研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 4 6 6 6 - 6 9 ． [ 1 3 ] Y O S H I M U R A AW a t a r u ，O H H A T AK e n i c h i ．A u t o m a t i c t e c h n i q u eo fd i s t o r t i o nc o m p e n s a t i o ni nr e s i s t o rl a d d e rf o r h i s hs p e e da n dl o wp o w e rA D C [ J ] ．I E I C EE l e c t r o n i c s E x p r e s s ，2 0 1 4 ，5 1 1 1 1 1 7 ． 万方数据