某金礦選礦過程自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1自動(dòng)化控制系統(tǒng)山東銀格莊金礦是重要的全國(guó)黃金生產(chǎn)公司。2001年，該部分正式生產(chǎn)，每天處理2000萬噸礦石。為有效地控制生產(chǎn)過程,在保證回收率和精礦品位的前提下,充分發(fā)揮設(shè)備的生產(chǎn)能力,采用選礦過程自動(dòng)化控制,以便提高控制效果。選礦工藝流程分為破碎及篩分、磨礦、浮選和脫水4個(gè)部分。破碎及篩分流程采用三段兩閉路的工藝,粗碎由井下顎式破碎機(jī)完成;振動(dòng)給礦機(jī)、皮帶、雙層圓振動(dòng)篩,兩臺(tái)進(jìn)口圓錐破碎機(jī)構(gòu)成中碎和細(xì)碎兩個(gè)閉路系統(tǒng),完成中碎、細(xì)碎和篩分作業(yè)。磨礦流程采用單段球磨加分級(jí)設(shè)備的工藝,由一臺(tái)球磨機(jī)、渣漿泵、旋流器構(gòu)成閉路系統(tǒng);重選設(shè)備為進(jìn)口的尼爾森離心選礦機(jī)。浮選流程采用一粗、二精、二掃的工藝,尾礦采用旋流器分級(jí)。脫水流程由濃密機(jī)、攪拌槽、壓濾機(jī)完成礦漿的濃縮和過濾,得到精礦。2主要設(shè)計(jì)思想選礦過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)覆蓋整個(gè)選礦工藝流程,選礦過程控制的目的在于通過優(yōu)化生產(chǎn)過程,提高精礦回收率和精礦品位,從而提高生產(chǎn)效率,降低能耗,減少生產(chǎn)成本。主要設(shè)計(jì)思想包括:①按照一定規(guī)則完成對(duì)設(shè)備的自動(dòng)順序控制;并實(shí)時(shí)檢測(cè)所有設(shè)備的狀態(tài),完成故障時(shí)的連鎖停車及報(bào)警,以保證所有設(shè)備的安全運(yùn)行。②選擇適當(dāng)?shù)膬x表和執(zhí)行器,對(duì)選礦生產(chǎn)過程中各主要環(huán)節(jié)的重要參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制,保證生產(chǎn)指標(biāo),優(yōu)化生產(chǎn)過程。③建立工業(yè)以太網(wǎng),連接各生產(chǎn)車間和生產(chǎn)管理部門,交換管理信息和生產(chǎn)數(shù)據(jù),統(tǒng)一管理整個(gè)生產(chǎn)過程。④建立生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng),通過視頻圖像、動(dòng)畫、音頻等多種方式將信息直接反饋給管理部門。3控制系統(tǒng)的控制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件部分由操作站、可編程控制器、儀表、執(zhí)行器構(gòu)成。考慮到工藝流程和生產(chǎn)管理的需要,將碎礦系統(tǒng)單獨(dú)列為一個(gè)控制系統(tǒng),磨浮系統(tǒng)為一個(gè)控制系統(tǒng),分別設(shè)置操作站。破碎系統(tǒng)與磨浮系統(tǒng)之間,以及PLC與操作站之間的數(shù)據(jù)通訊均采用當(dāng)今最為流行的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu),由于通訊協(xié)議的通用性,為全礦計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的連接打下基礎(chǔ)。操作站用于設(shè)定工藝數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或人工控制,記錄生產(chǎn)報(bào)表、故障表,顯示生產(chǎn)狀態(tài)。各回路的信號(hào)采集和過程控制均由可編程控制器實(shí)現(xiàn)?？删幊炭刂破鞑捎妹绹?guó)GE公司的產(chǎn)品。4討論了采礦業(yè)過程控制中的困難1基于模糊控制的球磨機(jī)控制系統(tǒng)磨礦工藝及濃度調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖1所示。旋流器是利用流體力學(xué)的原理將礦漿分級(jí)的設(shè)備。礦漿由渣漿泵泵入旋流器,在旋流器中做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),最后由沉沙口排出,細(xì)粒級(jí)由溢流管排出去浮選流程。磨礦旋流器技術(shù)指標(biāo):給礦濃度57%,溢流濃度30%～34%,沉沙濃度72%～77%,給礦壓力0.10～0.12MPa,分離粒度74～150μm。進(jìn)入旋流器的礦漿濃度在工藝要求的范圍內(nèi)才能保證溢流粒度和濃度滿足浮選工段的生產(chǎn)要求。旋流器給礦濃度由球磨機(jī)排礦濃度和補(bǔ)充水量決定,球磨機(jī)排礦濃度是隨時(shí)變化的,因?yàn)楸贸貎?nèi)濃度無法實(shí)時(shí)測(cè)量,所以只能在旋流器入口管道上安裝濃度計(jì)和流量計(jì),實(shí)時(shí)檢測(cè)旋流器給礦濃度和流量。在球磨機(jī)出口泵池的補(bǔ)充水管道上安裝氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和流量計(jì),根據(jù)礦漿濃度變化調(diào)整補(bǔ)充水流量。當(dāng)球磨機(jī)排礦濃度和補(bǔ)充水量變化時(shí),由于泵池容積和管道長(zhǎng)度的影響,要滯后一段時(shí)間才能檢測(cè)到濃度的變化。在旋流器上安裝壓力傳感器,渣漿泵采用變頻器驅(qū)動(dòng),根據(jù)壓力調(diào)節(jié)渣漿泵轉(zhuǎn)速,保證旋流器給礦壓力。系統(tǒng)形成一個(gè)由旋流器給礦濃度r決定補(bǔ)充水量u,再由補(bǔ)充水量u決定調(diào)節(jié)閥開度y的兩級(jí)串級(jí)控制系統(tǒng)。其后一級(jí)采用PID控制就可滿足要求。而前一級(jí)過渡過程具有對(duì)象滯后大、擾動(dòng)不可控且變化頻繁、參數(shù)間的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)等特點(diǎn),如采用傳統(tǒng)的PID控制,存在偏差消除時(shí)間長(zhǎng)、系統(tǒng)不易穩(wěn)定、控制器參數(shù)不易確定的缺點(diǎn)。在各種經(jīng)典控制規(guī)律中,反饋控制總是以偏差及其導(dǎo)數(shù)作輸入,人工操作也是根據(jù)類似的經(jīng)驗(yàn),就是依據(jù)偏差變化的大小和快慢決定控制對(duì)象的變化量。根據(jù)模糊控制的理論,依據(jù)上述原則以磨礦旋流器入口濃度偏差e及其導(dǎo)數(shù)ec作輸入,Δu作輸出,依據(jù)工藝要求和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)制定決策表,設(shè)計(jì)了一個(gè)二維模糊邏輯控制器,該控制器利用PLC的高速運(yùn)算能力由軟件實(shí)現(xiàn)。該控制器有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):其模糊推理規(guī)則雖不是線形的,但u與r之間有類似比例積分控制的關(guān)系,有利于消除靜差;不會(huì)產(chǎn)生飽和現(xiàn)象;對(duì)突發(fā)的大擾動(dòng)響應(yīng)快。在實(shí)際生產(chǎn)中分成兩種操作方式:①在球磨機(jī)生產(chǎn)不穩(wěn)定的情況下由人工控制補(bǔ)充水量;②球磨機(jī)連續(xù)生產(chǎn)時(shí)采用自動(dòng)控制。在實(shí)際生產(chǎn)中,磨礦旋流器給礦濃度保持在55%～60%,證明這種控制方法是行之有效的。2給水量與給礦量的關(guān)系磨礦是選礦生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),一般磨礦過程的能耗占選礦廠總能耗的60%左右,控制好磨礦過程,對(duì)于節(jié)能降耗、提高最終產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量意義重大。磨礦過程控制的目標(biāo)是:通過調(diào)節(jié)給礦量和給水量,使分級(jí)的溢流粒度和濃度滿足工藝要求,同時(shí)使磨機(jī)的產(chǎn)量達(dá)到最大。給水量與給礦量成比例關(guān)系,由給礦量決定。球磨給礦量自動(dòng)控制的過程是通過改變給礦變頻電機(jī)的頻率,使球磨機(jī)給礦量按設(shè)定值的要求變化。在給礦皮帶上安裝電子皮帶秤檢測(cè)給礦量,用變頻器調(diào)節(jié)給礦機(jī)的頻率控制給礦量。礦倉內(nèi)的結(jié)礦現(xiàn)象造成給礦量波動(dòng),因此給礦量的波動(dòng)無法消除也無法預(yù)測(cè)。按照設(shè)備的使用要求,給礦機(jī)與電子皮帶秤間必須有一段距離,這也造成控制作用的滯后。實(shí)際生產(chǎn)中允許給礦量有一定范圍的波動(dòng),只要單位時(shí)間內(nèi)的給礦量平均值保持穩(wěn)定就能滿足生產(chǎn)要求。實(shí)際中以8s為一個(gè)周期,計(jì)算出給礦量的平均值,當(dāng)其波動(dòng)超出限幅后,采用比例積分控制調(diào)節(jié)給礦機(jī)的頻率,這樣就避免了因結(jié)礦引起給礦機(jī)頻率的劇烈變化,也保證了生產(chǎn)穩(wěn)定。3倉內(nèi)物料截面較礦倉料位在破碎流程和磨礦流程中都是一個(gè)非常重要的參數(shù)。由于礦倉截面較大,而且倉內(nèi)物料不斷地堆積和下陷,往往造成測(cè)量的誤差很大。為了提高料位信號(hào)的準(zhǔn)確性,增加了測(cè)量點(diǎn),在不同位置安裝兩個(gè)雷達(dá)料位計(jì),采用軟件濾波后取得測(cè)量值,然后取它們的平均值作為控制量。4超聲波液位計(jì)法常規(guī)測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式。接觸式液位計(jì)優(yōu)點(diǎn)是不受礦漿泡沫影響,缺點(diǎn)是礦漿將妨礙儀表的機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng),從而造成測(cè)量的誤差;非接觸式(一般用超聲波)液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是不直接接觸礦漿,缺點(diǎn)是超聲波無法識(shí)別礦漿表面的泡沫層。由此,考慮將二者結(jié)合起來,充分利用二者的優(yōu)點(diǎn),而避開其缺點(diǎn)。在浮選槽內(nèi)放置一個(gè)浮子,選擇合適的體積質(zhì)量使它漂浮在礦漿中,在浮子上安裝支架和反射板,反射板高出泡沫層。用超聲波液位計(jì)檢測(cè)反射板的位置,計(jì)算出礦漿液位的高度。由于浮子本身不做機(jī)械運(yùn)動(dòng),因此它不會(huì)受礦漿黏度的影響,而且由于超聲波不是直接照到礦漿表面,而是照到浮子上,也不會(huì)受礦漿泡