選礦廠的全流程控制丹東東方測控技術

謝瓊澤

張堯東張雄[摘

要]：本文針對選礦生產過程中的各個環節進行了系統分析，介紹了選礦廠全流程協調控制的思想。該方法經過多個現場的實踐和驗證，取得了使選礦廠精礦產量提高2％以上，金屬回收率提高1％以上的應用效果，具有推廣價值。關鍵字：選礦過程；全流程控制；綜合自動化；控制系統0前言選礦行業中，由于選礦過程控制受現場多個復雜多變的因素影響，難以有比擬精確的控制關系和建立準確的數學模型，同時又因為選礦過程滯后時間較長，用反應控制的話受到滯后影響效果不佳，有時甚至無法控制，因此一般采用單元作業流程控制的方法，即將一個生產過程分為假設干個作業控制單元，然后根據單元過程特點采用適宜的控制方式，實現單元作業流程的控制。選礦廠作業一般可以分為物料準備作業、分選作業和脫水作業，不同階段的生產設備的處理能力不同，因此需要實現選礦廠全流程的協調控制，使生產穩定進行，防止有價金屬的流失。1選礦廠全流程控制系統的根本組成一方面，選礦廠內的生產設備作為控制對象，是一個不可分割的整體；另一方面，不同階段的生產設備的生產過程區別很大。為了保證本身平安、經濟運行，它們各自都有一些需要控制的運行參數以及相應的調節機構，組成假設干相對獨立的局部控制系統，例如：磨礦分級的給礦量、給水量、旋流器的給礦濃度、給礦壓力以及浮選系統的自動加藥、浮選槽液位等控制系統。全流程控制系統實際上是通過選礦廠各局部控制系統來對各生產過程進行協調的，從而使選礦廠生產設備共同適應負荷的變化，同時保持各個運行參數的穩定。全流程控制系統相當于局部控制系統的指揮機構，起上位控制的作用；局部控制系統對于全流程控制相當于伺服機構，起下位控制的作用，兩者構成分層控制的結構。通常稱全流程控制系統為主控制系統，稱局部控制系統為子控制系統。圖1：圖1：負荷控制系統的組成特點指令管理局部指令控制局部選別作業子系統磨礦分級子系統脫水作業子系統執行機構執行機構執行機構主控制級根底控制級作業控制單元外部要求〔目標要求〕〔實際控制要求〕當前生產參數M1M3M2操作端主控制指令主控制級通常由兩局部組成：指令管理局部和指令控制局部。指令管理局部的主要作用是，對外部要求指令進行選擇并加以處理，使之轉變成為在子系統設備生產能力內平安運行所能接受的實際指令。指令控制局部的主要作用是，根據設備的運行條件及要求，選擇適宜的負荷控制方式，分別產生對磨礦分級子系統、分選作業子系統、脫水作業子系統的控制指令，分別為主控制指令M1、M2、M3。子控制系統采用常規控制方式，它們對主控制指令〔M1、M2、M3〕來講，相當于伺服系統〔或隨動系統〕。既然全流程控制系統作為各子系統的指揮機構，只取上位控制作用。那么，子控制系統那么是全流程控制的根底，是全流程控制系統的根底控制級。它們的控制質量將直接關系到全流程控制的質量。因此，只有在組織好各子系統，并保證有較高的控制質量的前提下，才有可能組織全流程控制系統，并使之到達要求的控制質量。2全流程控制方案1.制定全流程控制策略全流程控制的根本宗旨是使全廠的關鍵變量得到協同控制，以到達單一系統指標(通常為經濟指標)，如此獲得的總體效益高于工廠各道工序變量獨立控制所獲得的總體效益。本方案采用礦石處理量為全廠的關鍵變量，要求各個流程單元的處理量平衡一般的協同控制系統為知識庫控制系統。在此系統中，按照專家系統中的規那么修改調整點。這樣的控制策略采用直觀推斷規那么、神經網絡規那么和模型規那么。直觀推斷規那么是一些經驗規那么，用于緊急狀況的控制或其它需要協同但不需要優化的控制。神經網絡規那么包括一種模式識別方法，這些規那么用于對那些不太了解從而不能做出精確的模型預測的子系統作出定量決策。模型規那么那么用于那些對其物理和化學性質十分了解的子系統，如磨礦、浮選、磁選以及濃縮過濾流程。盡管事實上全廠的所有選礦作業都具有一定水平的穩定控制系統，在某些選定環節還裝有監督控制系統，但這些系統在組織形式上就象一些儀器和控制系統的“孤島”，互不相連。全廠控制就是把這些儀器和控制系統的“孤島”用起“拱橋”作用的協調策略連接起來。所需步驟如下：〔1〕確定全廠的效益目標；〔2〕安裝一套全廠計算機網絡和現場測量儀器；〔3〕了解設備操作之間的相互作用；〔4〕設計出全廠協調策略。這樣設計出的協調策略的最簡形式如下所示：(1)確定選廠每個環節上的設備利用率〔主要考慮磨選車間的〕。即球磨機和旋流器的作業臺數，浮選槽的運轉系列數，磁選機的運轉系列數，濃密機以及過濾機的運轉系列數。(2)估算當前給料礦石的可碎性、可磨性和可浮性。(3)計算每個環節的最大處理量。(4)確定處理量的極限或者“瓶頸”處理量(即步驟3中的最小值)以及當前選廠的給料速度。(5)利用在線單元流程模型計算，選擇可使單元流程發揮最正確作用的調整值。2.子系統過程控制選礦廠的子系統一般可以分為磨礦子系統、選別子系統以及脫水子系統，其中磨礦與選別是選礦廠過程控制的重點和難點。〔1〕磨礦子系統的過程控制磨礦分級過程屬于選礦廠的物料準備的最后一道工序。礦石經過物理的破碎、分級作用，顆粒從大變小到一定程度，才能到達礦石的單體解離或近于單體解離，才能經過選別到達金屬富集和回收。因此磨礦過程直接制約了選礦產品質量和金屬回收率，是影響選礦廠生產的關鍵環節，且磨礦作業的能耗占選礦廠能耗的40％以上。因此磨礦過程實現自動控制具有重要意義。磨礦分級自動控制的目標是：在保證磨礦粒度指標的前提下，實現磨機處理量的最優化。影響粒度指標的因素比擬多，但是從回路控制的角度來講，主要包括磨機給礦量控制、磨機磨礦濃度控制、分級機溢流濃度控制、旋流器溢流濃度控制等。〔2〕選別子系統的過程控制選別作業是將已經單體解離的礦石采用適當的手段使有用礦物和脈石分選的工序，常見方法為浮選、磁選、重選。影響浮選效果的因素很多，其中可供調節控制的因素有：磨礦細度、礦漿濃度、浮選時間、藥劑制度、礦漿溫度等。在浮選過程中，要保持浮選工藝過程的相對穩定。各種工藝參數，控制條件在一般的情況下要盡量防止大起大落。浮選控制目標主要為：①通過對浮選系統的自動控制，實現浮選環節的穩定運行；②根據工藝要求，控制浮選過程的液位和充氣量，穩定浮選工況；③根據浮選礦漿的流量、濃度、礦石性質、產品檢測參數等情況，通過調節浮選加藥量，來保證浮選效果。影響磁選效果的因素根據磁選設備的不同而不同。對弱磁選來講，一般采用永磁式磁選機，主要通過控制磨礦產品粒度和溢流礦漿濃度以及磁選機的給礦量保證弱磁選效果。對高梯度磁選機，通過對勵磁電流和沖洗水流量的控制，來保證磁選效果。對脫水槽，通過控制脫水槽的界面可以到達提質降尾，減少金屬流失的目的。影響重選效果的因素根據重選設備的不同而不同。對螺旋溜槽、搖床來講一般通過控制磨礦產品粒度和溢流礦漿濃度以及重選設備的給礦量保證分選效果。對重介質選礦來講一般通過對介質密度、介質流量和給礦量的控制保證分選設備的正常運行。對跳汰機，通過控制跳汰機的沖程、沖次及沖水量來控制床層的厚度和松散度，保證分選效果。〔3〕脫水子系統的過程控制選礦廠的脫水作業一般包括濃縮和過濾。濃縮是在濃縮機中進行的，在沉降過程中，礦粒的沉降和礦漿的澄清是分階段進行的。需濃縮的礦漿由中心給礦筒首先進入自由沉降區，礦漿中的顆粒靠自重的作用迅速下沉，而液體上升到澄清區進一步澄清后，澄清水從上部溢出；顆粒的沉降速度逐漸減慢，逐漸聚集成緊密接觸、類似纖維海綿狀的固狀體，經耙子刮板的擠壓和刮攏，使沉淀的物料進一步濃縮，然后由卸料口排出。濃密機控制的目的在于通過控制底流流量以維持礦漿有一個恒定的界面，進而獲得穩定的底流濃度。采用陶瓷過濾機實現過濾作業。陶瓷過濾機自帶控制系統，開機時，礦漿閥門由料位儀監控，控制礦漿液位的上下，真空罐濾液由液位儀檢測，當至高位時，PLC控制系統迅速翻開濾液泵出口閥門，快速排水。3.選礦全流程控制系統全流程控制系統實行DCS控制，上位機采用工業PC計算機，而下位機采用PLC,參看DCS系統硬件配置圖2。ETET200MET200M………12MProfibusDP網IO分站變送器執行機構傳感器繼電器電機操作員站圖2：DCS系統硬件配置圖PLC交換機交換機以太網〔1〕監督、管理、操作站該站以工業PC為核心，兩臺互為備用。該站通過以太網與PLC主站進行通信。通過本站上的鍵盤或鼠標能夠方便地設置參數，通過屏幕畫面可以隨時地觀察到系統的各種參數以及生產流程、實時歷史趨勢、報表、故障報警等各種參數，查閱歷史資料等。〔2〕控制站該站采用性能優越、技術先進的西門子公司400系列PLC產品。該站中的PLC是整個系統的控制核心，配合接口模板，完成所有模擬量、數字量信號的采集與輸出，下位控制程序的實際執行。同時，PLC通過以太網與上位監控站交換信號，通過Profibus-DP與現場IO分站進行通訊。〔3〕通信網絡從系統結構上看，整個DCS系統分為三層結構：信息層、控制層與設備層。各層網要求能夠獨立運行，各層網之間相互隔離，隔離通過網關來實現，保證綜合自動化系統的獨立性和平安性。制層和信息層〔各操作員站、工程師站〕的連接，采用工業以太網連接，可以實現與設備層和信息層的高效互聯、互通，確保網路效率和數據流的合理性和平安性，實現各種應用，如：操作、監視、組態及數據接口等。工業以太網實現環網設計，保證系統的可靠性。控制層和現場設備層采用Profibus-DP現場總線網絡，完成主控PLC與各分站的通訊、數據交換。〔4〕實施效果丹東東方測控技術在國內很多項選擇廠實施選礦廠全流程自動化控制工程，如本鋼弓長嶺選廠、南芬選廠、洛鉬一公司、洛鉬三強選礦廠等，都取得了滿意的成績。在選廠工業試驗的根底上，上述全流程控制系統的實施取得了使選礦廠原礦處理量提高5％～10％，精礦產量提高2％以上，金屬回收率提高1％以上的成績。3結束語選礦廠全流程控制可以給選廠帶來更多的