球磨分級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

球磨分級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

研磨等級(jí)是收獲過(guò)程中最大的環(huán)節(jié)。只有很少的研磨機(jī)能量占選擇礦山的能耗的三分之一，整個(gè)研磨分類應(yīng)占總能耗的一半，需要許多隨機(jī)干擾因素。每個(gè)工藝參數(shù)都具有很強(qiáng)的相關(guān)性。一個(gè)參數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致幾個(gè)參數(shù)和整個(gè)過(guò)程的變化。人工操作不易及時(shí)和準(zhǔn)確地判斷與調(diào)整各操作參數(shù),加之工人經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心不同,就更難保障各工藝參數(shù)穩(wěn)定處于最佳值。實(shí)現(xiàn)對(duì)球磨分級(jí)關(guān)鍵工藝參數(shù)的自動(dòng)控制,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控,不僅能減輕操作工的工作強(qiáng)度,減少事故發(fā)生率,更重要的是能穩(wěn)定和提高選別指標(biāo),產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。因此四川某礦業(yè)集團(tuán)在建選礦廠的同時(shí)就要求配套實(shí)現(xiàn)球磨分級(jí)自動(dòng)化控制。本文說(shuō)明了該自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。1旋流器回砂工藝流程選廠球磨分級(jí)的工藝流程如圖1所示,原礦通過(guò)圓盤給料機(jī)從料倉(cāng)下來(lái)后,經(jīng)輸送皮帶送到一段球磨機(jī),配水磨碎后經(jīng)螺旋分級(jí)機(jī)分級(jí),分級(jí)溢流到泵池,返砂加返砂水后返回一段磨礦機(jī)。泵池中的礦漿通過(guò)渣漿泵打到旋流器,旋流器溢流送到磁選機(jī)進(jìn)行粗選,沉砂經(jīng)二段磨礦后返回泵池。根據(jù)工藝流程可以提出控制要求:一段球磨機(jī)控制其負(fù)荷狀況,避免“空肚”或“漲肚”現(xiàn)象;螺旋分級(jí)機(jī)控制其溢流的粒度,同時(shí)要知道其返砂量;泵池內(nèi)的礦漿液位和濃度對(duì)旋流器的穩(wěn)定工作有著極其重要的影響,因此要對(duì)液位和濃度進(jìn)行控制。1.1pid控制回路進(jìn)入一段球磨的輸入量有新給礦量、返砂量、配水量,需要控制的是磨機(jī)負(fù)荷和磨礦濃度;螺旋機(jī)分級(jí)的輸入是磨礦后的礦漿和補(bǔ)加水,輸出是溢流和返砂,要控制其溢流粒度。兩者控制既是相互聯(lián)系的,又是相對(duì)獨(dú)立的。返砂量的多少和原礦量的多少直接決定了一段球磨機(jī)的負(fù)荷大小,而返砂量的多少是不能直接控制的,只能通過(guò)間接方法(檢測(cè)螺旋分級(jí)機(jī)的電機(jī)負(fù)荷)檢測(cè)出來(lái),故而控制球磨機(jī)的負(fù)荷就轉(zhuǎn)化為控制原礦的給礦速度。因此確定一段球磨機(jī)負(fù)荷的控制方案如下:通過(guò)檢測(cè)變送儀表得出球磨機(jī)的實(shí)時(shí)負(fù)荷狀況,與球磨機(jī)的最佳負(fù)荷狀況(設(shè)定負(fù)荷)進(jìn)行比較后送入控制器,并將返砂量一起納入運(yùn)算,構(gòu)成一串級(jí)PID回路,得出一合理的給礦流量送給電子皮帶秤,電子皮帶秤再通過(guò)其PLC控制圓盤給料機(jī),從而控制給礦的瞬時(shí)流量,最終使一段球磨機(jī)在最佳負(fù)荷狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行(見圖2)。另外電子皮帶秤還可以計(jì)算累計(jì)給礦量。對(duì)螺旋分級(jí)機(jī)溢流粒度有直接影響的兩個(gè)主要參數(shù)是磨礦粒度和返砂量。磨礦粒度的控制要通過(guò)控制磨礦濃度來(lái)實(shí)現(xiàn),返砂量則受溢流濃度直接影響,因此可通過(guò)控制磨礦濃度和溢流濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溢流粒度的控制。但磨礦濃度無(wú)法直接檢測(cè),只能間接控制;而對(duì)溢流濃度影響最大、反應(yīng)最快的是球磨機(jī)的前補(bǔ)加水,據(jù)此有以下控制思路:當(dāng)溢流濃度在較小范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí),溢流濃度的控制僅需調(diào)節(jié)球磨機(jī)的前補(bǔ)加水;磨礦濃度的控制則先根據(jù)磨礦濃度要求值計(jì)算出新給礦量和返砂量的配水系數(shù)K、K′,再計(jì)算出總加水量作為設(shè)定值(SP)送到控制器,同時(shí)檢測(cè)后補(bǔ)加水流量(PV),實(shí)現(xiàn)反饋閉環(huán)PID控制回路,從而控制磨礦濃度(如圖3虛線框所示)。如果溢流濃度波動(dòng)較大,則按圖3所示,以溢流濃度為主調(diào)節(jié)參數(shù),以球磨機(jī)后補(bǔ)加水流量為副調(diào)節(jié)參數(shù),形成串級(jí)控制。通過(guò)核子密度計(jì)檢測(cè)溢流濃度,采用模糊PID運(yùn)算得一后補(bǔ)加水流量值(有正負(fù)性),同時(shí)將按照球磨濃度要求值計(jì)算出的比例系數(shù)K、K′分別與新給礦量、返砂量乘積,將這三者之和作為水流量遠(yuǎn)程設(shè)定,用電磁流量計(jì)檢測(cè)后補(bǔ)加水瞬時(shí)流量,同樣采取模糊PID控制,推動(dòng)球磨機(jī)后補(bǔ)加水電動(dòng)執(zhí)行器使膠管閥動(dòng)作,調(diào)節(jié)配水量,實(shí)現(xiàn)溢流濃度的穩(wěn)態(tài)控制,從而間接控制磨礦濃度和溢流粒度。1.2礦漿濃度的控制泵池的液面控制相當(dāng)重要,泵池對(duì)流入礦漿的波動(dòng)雖有一定緩沖作用,但泵池的進(jìn)漿量與泵抽出量應(yīng)盡快實(shí)現(xiàn)平衡,否則將造成礦漿外溢或泵池吸空、渣漿泵喘氣,嚴(yán)重破壞旋流器正常工作。進(jìn)入旋流器的礦漿濃度直接影響分級(jí)后的溢流濃度和細(xì)度,進(jìn)而影響最終的選別指標(biāo),因此要穩(wěn)定控制泵池內(nèi)的礦漿濃度。具體的控制方案:用超聲波液位計(jì)檢測(cè)泵池液位,在礦漿進(jìn)入旋流器的上升直管道上安裝一臺(tái)核子密度計(jì),檢測(cè)進(jìn)入旋流器礦漿的實(shí)時(shí)濃度。將兩個(gè)參數(shù)分別用兩個(gè)單獨(dú)的控制回路進(jìn)行模糊PID運(yùn)算,控制電機(jī)頻率和膠管閥開度,實(shí)現(xiàn)液位和濃度的控制(見圖4)。2系統(tǒng)功能和集成2.1設(shè)備控制板上控制(1)實(shí)時(shí)穩(wěn)定地控制各參數(shù)。(2)在線顯示各設(shè)備的工作狀況和各檢測(cè)儀表的數(shù)值。(3)實(shí)現(xiàn)高低限報(bào)警。(4)在控制畫面上實(shí)現(xiàn)手/自動(dòng)切換。(5)顯示實(shí)時(shí)曲線,打印報(bào)表等。2.2系統(tǒng)集成2.2.1硬件集成在原選礦廠的基礎(chǔ)設(shè)備上,根據(jù)以上控制方案,需要配備的硬件設(shè)備可以分3層。(1)平壓電機(jī)及恒壓設(shè)備電子皮帶秤1臺(tái)(包括變頻器、變頻電機(jī)、皮帶緩沖機(jī)、皮帶秤體、編碼器等),電子流量計(jì)2臺(tái),核子密度計(jì)2臺(tái),110kW變頻器2臺(tái)(1臺(tái)備用),電動(dòng)執(zhí)行器3套,膠管閥3個(gè),超聲波液位計(jì)1個(gè)。(2)監(jiān)控器美國(guó)HoneyWell公司的UMC800控制器1臺(tái)(AI/AO模板、DI/DO模板若干)。(3)機(jī)臺(tái)灣華研平板電腦1臺(tái)。2.2.2上位機(jī)程序設(shè)計(jì)從以上的控制方案和硬件集成,可以看出該系統(tǒng)是個(gè)小型的DCS系統(tǒng),因此軟件設(shè)計(jì)分為兩部分:下位機(jī)的控制程序設(shè)計(jì)以及上位機(jī)的監(jiān)控程序設(shè)計(jì)。下位機(jī)控制程序設(shè)計(jì)是用控制器自帶的編程軟件(ControlBuilder5.0)按照控制方案進(jìn)行編程,實(shí)現(xiàn)控制要求。ControlBuilder5.0提供了豐富的控制功能模塊,能夠?qū)崿F(xiàn)PID控制、模糊控制、串級(jí)控制、分程控制等各種控制功能,因此能完全按照控制方案實(shí)現(xiàn)控制要求。上位機(jī)程序設(shè)計(jì)是用國(guó)產(chǎn)監(jiān)控軟件組態(tài)王6.5來(lái)完成,主要是用其提供的繪圖工具和圖庫(kù)繪制控制畫面(包括工藝流程、關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置按鈕、報(bào)警畫面、歷史記錄等等);并完成動(dòng)畫連接,動(dòng)態(tài)形象地反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)情況和各參數(shù)的實(shí)時(shí)變化;實(shí)現(xiàn)與控制器的通信。組態(tài)王提供了與UMC800的通信接口,因此無(wú)需另外編程,只要進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置即可。3自動(dòng)控制系統(tǒng)程序該系統(tǒng)采用串級(jí)、模糊PID等控制方法,能對(duì)一段磨礦過(guò)程和二段泵池實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。但由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣,操作工素質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)能力有限,因此在程序設(shè)計(jì)時(shí),除了在軟件上考慮手動(dòng)、自動(dòng)兩套方案外,在硬件上也安排了整