磨浮作业综合自动化系统.pdf
3 8 有色金属 选矿部分2 0 0 7 年第4 期 黄宋魏1 ,张博皿2 ,沈志刚3 ,胡娟1 ,李燕华3 ,邓云英1 1 .昆明冶金研究院,昆明6 5 0 0 3 1 ;2 .昆明理工大学,昆明6 5 0 0 9 3 ; 3 。云燕锡监股份有限公霉,云南令滋6 6 1 0 0 0 摘要云南锡业股份有限公司采选分公司单铜磨浮作业综合自动化系统集检测、控制、管理、远程j | 茳控于一体, 具有设计薪颖、测控参数众露、性债珏疑等特点。威惩结果表明,该系统工作霹靠,操终方偻,投入运行囊,选矿厂矿器 处理萤挺鬻5 .2 %,绘矿均衡率由原来的6 t %提高莼9 0 %,取霉较好鹃经济效益秘社会效益。 关键谰磨浮过程;综合自动化;参数控制 中图分类号T D 9 2 8 .9文献橼识码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 0 7 0 4 ~0 0 3 8 0 5 云南锡业股份有限公哥采选分公司单铜磨浮作 业是对铜矿单独进行处理的生产流程,共有2 个并 行的磨浮作监系统。磨矿终业为两段磨矿,一段蠢棒 磨机和螺旋分级机组成闭路磨矿,二段由球磨机和 旋流器组成闭路磨矿。选别作业设备内浮选机和摇 床组成。根据王艺要求寂实际需要,本囊动纯系统对 全部磨矿分级作业、浮选作业的加药环节、采样器计 量等实施自动化技术改造,实现单钢磨浮作业的综 合皇动亿。该系统集攘测,控错、管理、远程监控予一 体,是一个先进、实用的自动化系统。该系统于2 0 0 6 年8 月实施,同年1 2 月投入正常运行。数月的生产 运行考核表髓,该自动纯系统质量可靠、运行稳定、 操作维护方便、功能丰富,为选矿生产经济技术指标 的提高瓤稳定提供保证。 l 主要测控参数及控制方法 1 .1 给矿流量的梭测控制 给矿量是整个磨浮作业最为关键的操作量,它 的合理性和稳定性直接关系到后续流程是否能够稳 定运行和提高磨矿与选别作业指标。本控制系统孵 给矿量嘲特别设计的电子皮带秤检测,该电子皮带 秤与传统的电子皮带秤不同,它实际上是一个廉拟 仪表。传统电子皮带秤不仅投资大,丽噩调试和管理 不便,对于质量不太可靠的电子皮带秤还会带来很 大的维护量。其实,P L C 和计算机具有强大的功能, 誉l 漂这壤功能开发的电子皮侉稃,具有精度高、可靠 性好、成本低、功能强大、便于调试和维护等特点。本 自动化系统采用虚拟化技术构建电子皮带秤,虚拟 毫子皮带拜的操作嚣板就是计算机羼幕的一个溉 面,虚拟电子皮带秤具有硬件电子皮带秤所具有的 全部功能,但其性能大大高于硬件电子皮带秤。盥拟 电子皮带稃主要由秤架、力传感器、信号放大器、 P L C 、上位计算机、软件、显示画面等组成。 给矿量通过振动调节器调节。给矿量控制回路 提供自动、手动控制方式,当选择套动控麓时,控裁 系统自动将给矿量控制在给定值范围内,提供给定 值j 输出值的限制,以保证参数控制在安全范围内, 控铡匾路提供给矿量的上、下限授警功熊,在自动控 制方式下,控制回路的控制方式自动与给矿设备进 行连镂。在连锁方式下,当一段磨机停机时,不仅绘 矿视和皮带梳自动停止,而且控制回路自行设置为 “手动”,以避免错误的运算,同时将控制输出量设定 在合理的水平。控制系统提供给矿量的班累计、日累 计、月累计、总累计的计算和显示功能。 本给矿控制回路具有根据矿石流量自动判断和 切换给矿枧的功能,当矿仓无料或j 融现堵塞时,宣动 切换到下一台给矿机,对无矿的给矿机作出标记,同 时作出报警。也可以周期性地自动切换给矿机,保证 给矿的畅通耱避免“压死”现象。羔痿动、停止或进行 给矿机切换时,控制系统能根据连锁要求,自动进行 设备的操作。当1 台给矿机满足不了要求时,能自动 根据有关数据粼断是否舞动打开下一台绘矿橇。 1 .2 磨机负荷量的检测和控制 磨机电机的电流量 电流强度 与磨机负荷量有 关,通过检测磨视电撬的追流量,蜀以阂接稔溅密祝 的负荷量。磨机负荷量主要包括钢棒 钢球 、矿石 和水三部分,而钢棒 钢球 在磨机负荷量中占很大 毙嬲,正常情挽下,球磨机电撬的电流量主要由钢棒 收稿日期2 0 0 7 - 0 4 1 9 作者篾分黄宋魏 1 9 6 6 - ,男,广疆南宁人,研究员,寨要扶事偿崽良羹诧及譬熊仪表斡磋发。 万方数据 2 0 0 7 年第4 期 黄宋魏等磨浮作业综合自动化系统 3 9 钢球 量决定。当钢棒 钢球 、矿石和水三部分的比 例适当时,才能取得好的磨矿效果。通过对磨机电机 电流量检测,并根据磨机电机电流量特性,通过P L C 进行自动分析判断,不仅能反映磨机内部的钢球 棒 量情况,而且能根据负荷量情况调节给矿量,同 时汇报磨机负荷量情况,即显示磨机是处在“欠载”、 “正常”或“胀肚”状态,并对非正常情况作出报警。 磨机运行特性为单峰值动态曲线,理论上说,当 给矿量达到“最佳区”与“胀肚区”界限时,处理量达 到最大,但实际上行不通,稍有波动,立刻出现“胀 肚”事故。实际控制过程中,一般将给矿量控制在“最 佳区”的左部分,以保证磨机能长期安全稳定运行。 在模糊控制方式下,对于漂移的动态特性,本控制系 统具有自动跟踪功能,始终保证“参考点”在安全的 最佳范围内,同时根据电流量大小和电流量的变化 情况进行综合判断,以合理调节给矿量。 1 .3 分级机返砂量的检测 分级机的电流与设备的负荷量 返砂量 有关, 一般情况下,返砂量增加,设备电流量增大。通过对 分级机电流量数据的比较分析,可精确判断磨矿分 级作业的运行情况,当返砂量偏大时,说明磨矿效果 变差 可能由矿石硬度、矿石粒度、钢球量等因素引 起 ,应迅速调节相关参数,以保证磨矿作业在合理 的状态下运行。分级机电流量与磨机电流量一起用 于判断磨机的运行状态。 1 .4 磨矿浓度的控制 磨矿浓度须控制在工艺要求的范围内才能取得 满意的磨矿效果。本控制系统通过一个数学模型计 算磨机给水量,并通过相应控制回路,实现磨矿浓度 的有效控制。磨矿给水量可通过数学模型计算,也可 由人工设定,控制系统自动将磨矿浓度控制在工艺 要求范围内。为了提高控制精度,控制回路提供给矿 含水量、返砂量、返砂含水量等的设定面板,控制系 统将自动根据有关数据进行计算与控制。 1 .5 一段分级机溢流浓度的控制 由于分级机溢流输出为明渠,无法安装密度计, 本控制系统采用相关计算法对溢流浓度进行间接检 测。即通过给矿量、给矿含水量、补加水量等计算分 级机溢流浓度。对于一些安装条件十分不利的情况 如无法满管、有气泡、矿浆不均匀 ,采用本文的技 术方法进行间接检测,比用密度计进行直接检测可 以获得更高的精度。 一般情况下,分级机溢流浓度与细度有比较好 的对应关系,控制分级机溢流浓度即可控制溢流产 品细度。分级机溢流浓度由密度计检测,并通过智能 串级控制回路进行控制。控制回路自动限制浓度给 定值和控制输出值范围,并对超限进行报警。 1 .6 旋流器入流压力、浓度、泵池液位的控制 旋流器的分级效率与旋流器人流压力、人流浓 度密切相关,当人流压力和人流浓度适当时,才能获 得较高的分级效率。人流浓度的大小是影响旋流器 分级效率的关键因素之一,浓度过高,矿浆的浓度和 黏度增大,粗粒容易从溢流流出,分级效率降低;人 流浓度降低,矿粒相互之间的干涉程度小,分级效率 高,但能耗增加。人流压力也是关系到旋流器工作的 重要因素,直接影响着旋流器的处理量和分级效率, 适当提高人流压力可以改善溢流粒度和提高沉砂浓 度。人流压力升高会增大砂泵和管道的磨损,以及增大 能耗,因此,人流压力必须控制在个合适的范围内。 旋流器人流浓度主要通过调节泵池补加水量进 行控制。采用核子密度计检测矿浆浓度,采用电动阀 控制水量,通过智能P I D 控制器将浓度控制在设定 值范围内,矿浆浓度可根据工艺要求设定。在实际生 产过程中,矿浆控制浓度不能设定太低,否则会出现 砂泵抽不完,容易导致流程恶性循环。本控制系统能 根据泵的负荷情况,自动适当提高或降低矿浆浓度。 泵池液位是确保旋流器正常工作的重要因素。 泵池液位过低,容易出现“抽空”现象,严重影响旋流 器的正常工作,“抽空”时旋流器人流全部从沉砂口 出,根本起不到分级效果。泵池液位过高,容易出现 溢出。泵池液位必须控制在一个适当的范围内。泵池 液位通过超声波物位计检测,并通过控制泵流量而 控制,即控制泵的转速而控制。人流压力与人流流量 是一个相互关联的参数,在实际生产过程中,压力通 过调节输送泵的转速而控制,输送泵转速同时对人 流压力和人流流量发生作用,人流流量随压力的增 大而增加,为了确保旋流器人流流量始终在适当的 范围内,必须保证泵池的液位不会出现抽空或溢出。 本控制系统采用协调控制器实现人流压力和泵池液 位同时控制在工艺要求范围阿川。 1 .7 采样机矿浆计量 单铜磨浮作业有2 台矿浆采样机原来由人工进 行称量,不仅劳动强度大,而且不能及时反映流程矿 量的变化情况。通过对矿浆采样机进行技术改造,将 测量信号传到P L C 进行处理,由样品重量、缩分比、 矿石密度可计算得到原矿矿石流量及累计量、精矿 矿石流量及累计量等数据,同时提供现场的数据显 示功能。 万方数据 4 0 有色金属 选矿部分2 0 0 7 年第4 期 1 .8 浮选加药自动控制 在浮选过程中,药剂添加的准确性是直接影响 选矿指标的重要因素,原来加药作业完全靠人工操 作,不准确、过量、欠量和断药现象时常发生,对浮选 作业的稳定性和整体经济效益造成较大影响。本控 制系统的加药控制以P L C 为主机,配以驱动电路、 高性能电磁阀、恒压装置、过滤装置、阀门、管道等, 构成加药控制子系统,加药控制由上位机进行管理, 控制流程图及数据的显示、参数的设定等可在上位 计算机进行。 1 .9 磨矿分级作业模糊控制 磨矿分级作业是一个复杂的作业过程,参数的 耦合性很强,仅靠单输入单输出的P I D 控制回路难 以实现很好的控制效果,必须由一模糊控制器进行 协调,以确保各控制回路的协调工作,实现控制系统 的智能化控制。 根据控制系统回路的特点,采用不同的控制策 略。简单的回路采用智能P I D 控制,复杂的回路采用 串级控制、模糊控制等。各智能P I D 控制回路的给定 值由一个模糊控制器根据系统运行情况自动计算。 当矿石硬度、粒度、磨机介质、负荷量等发生变化时, 球磨机的最佳处理量将发生变化,这时磨矿分级作 业的控制参数必须及时作相应的调整,否则将引起 磨机“胀肚”或出现“欠载”,影响磨矿分级作业的效 率。 2自动化系统管理 2 .1 远程监控 远程监控是目前选矿自动化的一个发展方向。 本自动化系统采用网页发布方式和利用原有的局域 网,实现控制系统的远程监控。为了确保系统安全, 用户访问需要权限。访问用户可以对控制系统的工 艺流程图、实时数据、历史数据、设备运行状态、控制 操作面板等进行浏览,但不可操作。 2 .2 监控和管理功能 监控和管理是控制系统必须具备的功能,一方 面,操作人员需要通过画面了解控制系统的当前及 过去运行情况;另一方面,能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。本监控管 理系统具有界面优美、图文并茂、生动友好、功能强 大、操作方便等特点。提供以下监控和管理功能 1 监控管理系统提供“软操作面板”和“软键 盘”,所有操作都可由鼠标或键盘进行,操作十分方 便。因将“硬操作”变为“软操作”,大大提高控制系统 的可靠性。 2 可对控制系统所有控制回路进行参数设 定、控制方式选择、历史数据显示、报警显示、动态流 程图显示等。 3 提供历史数据的记录和检索功能,可检索 1 0 年内任意时间的数据,为生产管理和工艺试验提 供功能强大的管理手段。 4 提供语音报警的功能,可以通过“听”来获 知报警情况。 5 提供在线调试功能。不仅可在项目实施期 间进行调试,而且可在项目完成后,当生产工艺条件 改变时,对有关参数进行适当的调整,以适应变化的 情况。 6 提供实时帮助等功能。可直接调用电子帮 助文档获得有关帮助,无需纸的说明书。 2 .3 现场L E D 显示屏 L E D 大屏幕显示器由于其醒目、内容灵活多变 等特点,已经越来越多地应用于自动化系统的现场 显示,取得了良好的效果。本自动化系统采用双基色 红、绿两种颜色,灰度级为2 5 6 x 2 5 6 宽3 m 、高2 m 的L E D 显示屏系统,显示屏系统由L E D 屏体、计算 机、多媒体卡、L E D 控制卡、L E D 控制软件、 N E T V I E W 软件等组成。其基本原理为,通过L E D 控 制计算机与控制系统服务器联网,将需要现场显示 的数据显示在计算机屏幕上,由L E D 控制软件将显 示区域内容传送到L E D 控制电路,实现计算机图像 的L E D 屏幕显示。显示数据既可以是控制系统的数 据,也可以是输入数据。显示内容可以是图像或文 字,但要显示的图像或文字必须在规定的区域内。 3 工艺控制流程 本着先进、实用、耐用、好用的设计思想,对自动 化系统进行设计。控制系统设计开发时尽量做到不 可靠的硬件不用,有疑问的技术不用,拿不准的方案 搞清楚后再实施。这样不仅少走弯路,而且可节省投 资和缩短开发周期。根据现场流程特点及工艺要求, 本控制系统的磨矿分级工艺流程如图1 所示。 4 控制系统拓扑图 为了提高控制系统的可靠性,便于调试和维护, 控制系统采用分布式控制结构 D C S 。D C S 的上位 站采用台湾研华工控机、下位站采用德国西门子公 司的S 7 4 0 0P L C 。上位站负责管理,下位站负责控 制,下位站可以脱离上位站独立运行。上位站安装有 万方数据 2 0 0 7 年第4 期黄宋魏等磨浮作业综合自动化系统 4 1 图1 磨矿分级作业工艺控制流程 F i g1 T h et e c h n o l o g yc o n t r o lf l o wc h a r to fm i l l i n gg r a d e 图2 控制系统拓扑图 F i g 2T h ef l o wc h a r to fc o n t r o ls y s t e m 万方数据 4 2 有既金属 选矿部分 2 0 0 7 年第4 期 C P 5 6 11 通风卡,下位站与上位站通过M P I 协议通 信[ 2 ] ,上位站与局域网之间为T C P /I P 协议的以太 网。控制系统拓扑图如图2 所示。 5 自动化系统运行情况 本自动化系统从设计、开发、安装、系统调试到 投入正常运行,仅需要4 个月时闻,系统从2 0 0 6 年 1 2 月开始投入正常运行。经过数月的生产运行考 核,得到以下结果 1 系统性熊可靠、操傣方便、维护量少,为选矿 厂生产和管理提供强大的技术手段。 。 2 实现生产作业的高度自动化,生产现场基本 无需工人进行操作。 3 实现对磨机负荷量的检测和控制,具有自动 判断和解决“胀肚”故障的功能。 。 4 实褒密矿分级作业模糊控制,能根据球磨机 的运行状态,自动“搜索”合理的工作点,确保球磨机 正常运行。能自动协调各控制匪路,将备工艺参数控 制在工艺要求范骚内。 5 提供历史数据的记录和检索功能,可检索 l O 年嚏任意时闽的数据。具有语音报警和在线调试 的功能。 6 提供远程监控功能,通过网络连接,可从调 度室等地对现场逡行监控。生产管理更加方便。 7 控制系统投入运行詹,处理量提高5 .2 %,给 矿均衡率蠢原来的6 1 %提高到9 6 %,经济效益帮技 术指标显著。 6 结语 近年来,国内许多大中型选矿企业在技术改造 中,大力推广电子信息技术应用与信息资源的开发, 选矿生产过程控裁广泛采用了微电子与诗算枧技 术。用新工艺、新技术、新方法开展了创新改造工作, 使企业的设计自动化、生产过程照动化、设备智能化 水平有了较大提高。特鬟是最近凡年,随着资源市场 价格的高涨和矿产资源的日益贫化,许多选矿企业 已楚分意识到实现选矿过程自动化的重要性,正计 划加大了在此领域酶投入,通过科技攻关、示范工 程、技术引进、科技合作等方式,大力促进选矿自动 化技术的推广应甩3 | 。这对我国选矿工艺技术水平 的提高,增强国内选矿企业的综合实力,建立现代企 业管理制度,实现企业的可持续发展,必将产生十分 积极的作用。 参考文献 [ 1 ] 黄宋魏.旋流器自动摭制系统[ n 云南冶金.2 0 0 5 ,4 2 8 2 8 5 。 [ 2 ] 廖常初.S 7 3 0 0 /4 0 0P L C 应用技术[ M ] .北京机械工业 出版社,2 0 0 4 . [ 3 】孙传尧主绩。当我整赛懿矽耱鸯工技术与装备【酝】.1 芝京 科技出版社,2 0 0 6 ,3 9 3 4 0 0 . 】强目E 烈程G 弑A 锄舂U T o M A 俄S Y S 髓M 琴o R 僦S l N G L 嚣C o 董望宽R 赋LA N D F L O A TP R O C E S SO FM 田堋嫩GA N DD R E S S I N G H U A N GS o n g w e i I , Z H A N GB o y a 嚣,S H E NZ h i g a n 矿,H U j u a n l , L IY a n h u a a ,D E N Gy u n y i n g I 1 .K u n m i n gM e t a l l u r g yR e s e a r c hI n s t i t u t e ,K u n m i n g6 5 0 0 3 1C h i n a ; 2 .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 ; 3 .Y u n n a nT i nC o m p a n yL i m i t e d ,G e j i uY u n n a n6 6 1 0 0 0 ,C h i n a A B S T R A C ’r T h ei n t e g r a t e da u t o m a t i cs y s t e mo ft h e s i n g l ec o p p e rm i l la n df l o a t P r o c e s so f M i n i n ga n dD r e s s i n g C o m p a n yo fY u n n a nT i nC o m p a n yl i m i t e di s t o g a t h e rt h em e a s u r e ,c o n t r o l ,m a n a g ea n dr e m o t ec o n t r o l t o g e t h e r ,w h i c hh a v ec h a r a c t e r i s t i c so fd e s i g n i n gn o v e l ,m e 鑫s u r i n ga n dc o n t r o l l i n gt h e p a r a m e t e ro v e r a l l , f u n c t i o nt o p r i c eh i g h .T h ea p p l i c a t i o n r e s u l ts h o w st h a tt h es y s t e mi sr e l i a b l ea n d e a s y t o o p e r a t e ,T h e g o o de c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t sa r eg a i n e d . K E YW O R D S p r o c e s so fm i n i n ga n dd r e s s i n g ;i n t e g r a t e da u t o m a t i cs y s t e m ;p a r a m e t e r sc o n t r o l 万方数据