《選廠綜合自動化系統(tǒng)和發(fā)展趨勢》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《選廠綜合自動化系統(tǒng)和發(fā)展趨勢（36頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、選礦過程綜合自動化系統(tǒng)和發(fā)展趨勢 北京東方遠(yuǎn)航技術(shù)有限公司 王啟柏 關(guān)鍵詞： 綜合自動化系統(tǒng) 典型設(shè)備控制 過程自動化常見問題 發(fā)展趨勢 綜合自動化系統(tǒng)包括 ERP 企業(yè)資源計劃系統(tǒng)、 MES 制造（生產(chǎn)）執(zhí)行系統(tǒng)、 FCS工藝流程控制系統(tǒng)三層關(guān)系，其中，F(xiàn)CS系統(tǒng)是綜合自動化的基礎(chǔ)。 1. 選廠綜合自動化系統(tǒng)簡介 1.1 ERP 系統(tǒng)： ERP系統(tǒng)利用C/S （客戶/服務(wù)器）、B/S （瀏覽器/服務(wù)器）服務(wù)體系，關(guān)系數(shù) 據(jù)庫結(jié)構(gòu)，面向?qū)ο蠹夹g(shù)，圖形用戶界面，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息產(chǎn)業(yè)成果，以 ERP 管理思想靈魂的軟件產(chǎn)品，整合企業(yè)管理理念、業(yè)務(wù)流程、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、人力物力、

2、計算機(jī)硬件和軟件技術(shù)于一體的企業(yè)資源管理系統(tǒng)。 （ 1）主要功能模塊： 計劃管理（生產(chǎn)、經(jīng)營、安環(huán)、科研、人力資源） 物資管理 物流管理 質(zhì)量管理 （ 2）資源分類： 硬件資源：原料、廠房、生產(chǎn)線、加工設(shè)備、運輸工具； 軟件資源：人力、管理、融資能力、組織結(jié)構(gòu)、員工熱情； 這些資源相互作用，形成企業(yè)生產(chǎn)活動，創(chuàng)造社會財富，實現(xiàn)企業(yè)價值， 反映企業(yè)在競爭中的發(fā)展地位。 （ 3）調(diào)整運用企業(yè)資源； 財務(wù)預(yù)測（成本分析） 生產(chǎn)能力（績效管理 KPI） 資源綜合利用（科研） 電子商務(wù)（營銷） 1.2 MES（統(tǒng) MES系統(tǒng)解決整體優(yōu)化生產(chǎn)過程中生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)過程脫節(jié)的

3、問題，是生產(chǎn) 活動中信息與管理活動信息溝通的橋梁。 主要功能模塊： 生產(chǎn)過程實時監(jiān)控 生產(chǎn)調(diào)度 生產(chǎn)計劃實施管理 生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計 化驗分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計 能源計量統(tǒng)計 原料、物料計量統(tǒng)計 設(shè)備管理（ OEE） 門戶信息管理 1.3 FCS系統(tǒng) 現(xiàn)場總線（FCS）控制系統(tǒng)是全面數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)。位于現(xiàn)場的 傳感器、執(zhí)行器、MC珠部數(shù)字化、智能化，它們彼此之間及 PLC控制器之間通過 現(xiàn)場總線構(gòu)成工業(yè)現(xiàn)場的控制網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而連接到上層控制網(wǎng)、管理網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)。 信息可以在現(xiàn)場、車間、廠礦、公司總部之間自由流動。 FC繇統(tǒng)為生產(chǎn)管理人員和崗位人員提供了生產(chǎn)活動中的實時數(shù)據(jù)。

4、是綜合 自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 1.3.1 FCS8統(tǒng)主要功能模塊： 測量 控制 網(wǎng)絡(luò)通信 現(xiàn)場設(shè)備管理 實時數(shù)據(jù)庫管理 視頻監(jiān)視 系統(tǒng)集成、組態(tài) 系統(tǒng)維護(hù) 1.3.2 FCS系統(tǒng)主要設(shè)備 3+2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ： 三層設(shè)備、兩層網(wǎng)絡(luò) 1）三層設(shè)備 執(zhí)行層： 現(xiàn)場設(shè)備 （傳感器、 執(zhí)行器、 各種分布式的遠(yuǎn)程 I/O 設(shè)備、 智能 MCC、 機(jī)電一體化大型設(shè)備） 控制層：控制設(shè)備（PLG控制器） 管理層：操作設(shè)備（工程師站、操作站、視頻顯示站，數(shù)據(jù)服務(wù)器） （ 1）執(zhí)行層 : 執(zhí)行層主要包括現(xiàn)場儀器儀表和現(xiàn)場設(shè)備。 ①現(xiàn)場儀器儀表及其它主要控制裝置有： 電子皮帶

5、秤、電磁流量計、 密度計、 PH 計、 熱電偶 、壓力變送器、物位 計、電動執(zhí)行器 、氣動閥 、低壓變頻調(diào)速裝置、高壓變頻調(diào)速裝置等。 礦漿品位在線分析儀 礦漿粒度在線分析儀 視頻頭 ②現(xiàn)場設(shè)備：機(jī)電一體化大型設(shè)備、智能 MCC: 半自磨機(jī)，球磨機(jī)、大型浮選機(jī)、高效濃縮機(jī)、陶瓷過濾機(jī)、絮凝添 系統(tǒng)、自動加藥系統(tǒng)、各類電動機(jī)、各類開關(guān)閥等。 （ 2）控制層： PLC場控制站 （ 3）管理層： 服務(wù)器： 主要有： FCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器和歷史服務(wù)器：收集、處理、存儲現(xiàn)場控制站的信息。 數(shù)據(jù)采集服務(wù)器（FC隘統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心）：存儲系統(tǒng)的全部實時數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的 所有軟件資料

6、，是控制系統(tǒng)操作層的數(shù)據(jù)源。 歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器： 收集和保存過程歷史數(shù)據(jù)， 包括高級計算、 報警、 事件收集、 報表、系統(tǒng)配置和其他設(shè)備管理信息（設(shè)備名稱、型號、生產(chǎn)廠家等）。 歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器向ME系統(tǒng)提供現(xiàn)場生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)。 工程師站（ EW）： 供生產(chǎn)管理工程師使用。 為操作員提供報警信息和數(shù)據(jù)傳遞服務(wù) 提供實時報表服務(wù) 提供先進(jìn)的過程研究功能 管理生產(chǎn)過程、維護(hù)工藝參數(shù) 操作員站（ PS）： 供操作員監(jiān)控生產(chǎn)過程 設(shè)置專用操作窗口和保護(hù)功能鍵盤 處理網(wǎng)絡(luò)間的信息傳遞 視頻系統(tǒng)（ CCTV） 上傳功能并顯示所有的過程控制、多媒體系統(tǒng)的信息和視頻圖像信息。 2）兩

7、層網(wǎng)絡(luò) 控制網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議，連接 FCS 系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備。 HMI （人機(jī)界面）網(wǎng)絡(luò)采用EtherNet/IP協(xié)議，連接控制室設(shè)備與FCS系統(tǒng)。 2. 選礦典型流程及設(shè)備控制 隨著我國東部礦山淺部資源枯竭，開采深度的不斷增加，礦石貧、雜、細(xì)及 種類多，西部資源豐富，高寒缺水等特點；加上公民對環(huán)境的日益關(guān)注，對有限資 源綜合回收利用提出了新的要求， 選礦工藝對設(shè)備、 電氣和生產(chǎn)過程自動化的要求 越來越高，大型設(shè)備機(jī)電一體化化、智能MC（選礦過程參數(shù)優(yōu)化控制已經(jīng)成為用 戶的迫切需求。 2.1 選礦典型設(shè)備 近十年來，由于旋回破碎機(jī)、半自磨機(jī)、大型浮選機(jī)等新設(shè)備、智能 MCC 新

8、技術(shù)的采用， 大大簡化了碎礦流程。 當(dāng)采用半自磨機(jī)設(shè)備時， 通常原礦只要經(jīng)過旋 回破碎機(jī)一段粗碎后，排礦粒度小于 250 毫米，就可直接送入半自磨機(jī)進(jìn)行磨礦。 其優(yōu)點省去了中、細(xì)碎作業(yè)，簡化了流程、減少了生產(chǎn)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)成本低，便于管 理。生產(chǎn)環(huán)境好，降低了傳統(tǒng)破碎流程的粉塵污染和繁重的維修強(qiáng)度。 浮選機(jī)是浮選過程的基本單元。浮選機(jī)的大型化具有空氣分散性好，基建費用 低，磨損小和減少維護(hù)費用、節(jié)能等。并且易于實現(xiàn)自動控制和管理。對于處理大 量低品位原礦是非常有效的一種設(shè)備。 脫水、過濾設(shè)備有：濃密機(jī)、高效濃密機(jī)、深錐濃密機(jī)；圓筒過濾機(jī)、圓盤過 濾機(jī)、壓濾機(jī)、陶瓷過濾機(jī)等。陶瓷過濾機(jī)是國

9、內(nèi)外廣泛采用的高效、節(jié)能的真空 過濾設(shè)備，與現(xiàn)有普通真空過濾機(jī)相比，工作原理和外形結(jié)構(gòu)十分相似，根本的區(qū) 別在于過濾介質(zhì)不同。陶瓷過濾機(jī)采用多孔陶瓷板作為過濾介質(zhì)， 取代了濾布，從 而使其性能產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。壓榨、吹干的壓濾機(jī)對精礦濾餅的水份控制最好， 但 由于采用較高壓力的給料泵及空壓機(jī)， 使得能耗及生產(chǎn)運營費用較高。國產(chǎn)陶瓷過 濾機(jī)在近年來新建選礦廠中已成為首選的過濾設(shè)備。 智能MCCS統(tǒng)是信息技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)相結(jié)合的新 型電氣自動化控制系統(tǒng)，其核心元件是帶通信功能的電機(jī)智能保護(hù)器， DCS的 控制指令和電動機(jī)的相關(guān)運行信息均通過總線通信的方式進(jìn)行，現(xiàn)場總線可 以

10、根據(jù)需要配置備用通信接口。其特點如下： ①每根通信總線最多可控制 80個電機(jī)回路 ②線路接點少，抗干擾能力強(qiáng)，故障原因明確，便于查找排除； ③采用總線通信方式，安裝、調(diào)試周期短； ④在增加設(shè)備回路時，如系統(tǒng)允許，僅需在軟件中設(shè)置，擴(kuò)展方便、靈活； ⑤運行管理信息豐富，可提供詳細(xì)的設(shè)備維護(hù)信息，可做到設(shè)備的預(yù)防性 維護(hù)，最大限度地減少設(shè)備意外故障停機(jī)時間： ⑥具有備件管理功能，為 MES系統(tǒng)設(shè)備管理提供設(shè)備運行實時數(shù)據(jù)； ⑦備件數(shù)量少，可減少資金占用。 2.2 典型生產(chǎn)流程及典型設(shè)備控制 2.2.1 一段開路破碎流程及控制 小于12000mm原礦可直接給入液壓旋回破碎機(jī)的受

11、礦倉，旋回破碎機(jī)把礦石 破碎成小于250mm粗礦后直接進(jìn)入緩沖倉，再經(jīng)重型板式給礦機(jī)、皮帶輸送機(jī)、 分配小車輸送到粗礦倉存儲。粗礦倉的礦是半自磨機(jī)的原料。 1)碎礦流程控制方案 (1)確保設(shè)備正常運轉(zhuǎn); 旋回破碎是集設(shè)備潤滑、除塵系統(tǒng)的一體化大型設(shè)備，確保設(shè)備自身工作安全、 環(huán)境良好。 皮帶輸送機(jī)集一級跑偏、二級跑偏、拉繩開關(guān)、撕裂、打滑等信號的一體化設(shè) 備，自帶的控制系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。 (2)保證流程暢通； ①報警聯(lián)鎖控制 緩沖倉雷達(dá)物位計設(shè)置高、低位報警。高報警發(fā)出聲光信號，運輸車輛停止向 受礦倉卸礦；低報警信號控制重型板式給料機(jī)停車， 其目的是給重型板式給料機(jī)留 有一定厚

12、度的保護(hù)層。 ②開停車順序控制 根據(jù)工藝條件對生產(chǎn)流程實現(xiàn)逆流程開車、順流程停車。停車時一定確保皮帶 輸送機(jī)上不留礦石。 圖2-1典型一段碎礦流程檢測控制 2.2.2 磨礦過程及控制。 目前，大型礦山多采用SABC流程的半自磨工藝(見錯誤！未找到引用源。) 原礦經(jīng)粗碎、半自磨和篩分后，篩上物料經(jīng)頑石破碎回半自磨，篩下經(jīng)水力旋 流器分級，沉砂送球磨機(jī)再磨，簡稱SABO程. O粗碎 打礦堆 圖2-2 SABC流程 SABO程成功的關(guān)鍵是除鐵、脫泥；礦石在開采和運輸過程中，鉆頭、鉆桿、 礦車連接銷釘?shù)辱F件會混入礦石中，嚴(yán)重威脅著碎礦設(shè)備的安全運轉(zhuǎn)。 除鐵是保證碎礦機(jī)

13、安全運轉(zhuǎn)的重要措施， 破碎礦石中如果有鐵件存在，排礦口 很容易被卡住，造成設(shè)備事故，使生產(chǎn)停頓。為防止鐵件進(jìn)入破碎腔，必須考慮清 除礦石中的鐵件。 洗礦是洗去礦石表面的粘土。礦泥的產(chǎn)生主要是氧化礦床、沖積礦床和沉積 礦床，受長期風(fēng)化的結(jié)果，以及礦石在開采和運輸過程中黃泥和雜物的混入。這些 混入礦石中的礦泥和雜物，容易堵塞篩孔和分析儀取樣器，使磨礦負(fù)荷增加，影響 粒度儀的分析精度，導(dǎo)致達(dá)不到系統(tǒng)的控制目標(biāo)。因此，選別之前的洗礦是必須的。 1）典型磨礦工藝流程檢測控制（見圖 2-3）: 粗碎倉中礦石經(jīng)重板給礦機(jī)、皮帶輸送機(jī)給入半自磨機(jī)。皮帶秤與振動給礦機(jī) 的變頻器組成半自磨機(jī)給礦控制回路， 穩(wěn)

14、定給礦量；皮帶秤的信號與半自磨機(jī)進(jìn)料 給水檢測控制儀表組成比例給水回路，確保磨礦濃度穩(wěn)定在 75%-80%半自磨機(jī) 排礦經(jīng)直線振動篩分級，篩上頑石經(jīng)大傾角擋邊膠帶輸送機(jī)給入頑石倉，再經(jīng)圓錐 破碎機(jī)開路破碎后經(jīng)膠帶輸送機(jī)返回自磨機(jī)； 篩下產(chǎn)品進(jìn)入球磨機(jī)與旋流器組成的 閉路磨礦系統(tǒng)。通過控制旋流器進(jìn)料礦漿濃度和壓力，確保旋流器溢流細(xì)度穩(wěn)定在 -200目占70%旋流器溢流礦漿進(jìn)入浮選作業(yè)。 圖2-3典型磨礦工藝流程檢測控制 渣漿泵控制 渣漿泵是旋流器的給料設(shè)備,確彳渣漿泵可靠運行是保證磨礦-分級過程的 關(guān)鍵環(huán)節(jié)，旋流器給礦渣漿泵控制如圖 2-4所示。 圖2-4旋流器給

15、礦泵聯(lián)鎖控制原理圖 大型選礦廠的旋流器的給料管道粗，且垂直高度超過 10米，礦漿濃度在50% 以上，最大粒度達(dá)10mm渣漿泵功率大，管道輸送壓力高。為了確保渣漿泵正常 開/停車，必須具備以下功能： 水封水檢測、聯(lián)鎖控制； 渣漿泵進(jìn)、出料管道上的排污閥和進(jìn)、出料閥與渣漿泵電動機(jī)聯(lián)鎖控制； 緊急停車時，除排污閥和進(jìn)、出料閥與渣漿泵電動機(jī)聯(lián)鎖控制外， 還要具備事 故沖洗水閥的聯(lián)鎖功能。 2）優(yōu)化控制 磨機(jī)功率的消耗主要取決于磨機(jī)的充填率，電能的消耗量隨充填率的增加而增 加。當(dāng)電能消耗量達(dá)到最大值時的充填率稱為臨界充填率，此時若充填率再增加， 電能卻反而下降。當(dāng)充填率小于臨界值時，處

16、理能力是與充填率之間始終存在物料 平衡關(guān)系,達(dá)到平衡關(guān)系的最大充填率稱為穩(wěn)定充填率， 一旦超過隱定充填率，磨 機(jī)的充填率將會迅速地，不按比例地增加，以至超過臨界充填率，出現(xiàn)所謂“脹肚” 現(xiàn)象。在生產(chǎn)中要使磨機(jī)的給礦量與排礦量始終保持在平衡的情況下工作， 就應(yīng)使 磨機(jī)保持最好的充填率，實現(xiàn)處理量最大化。 磨礦作業(yè)以磨礦細(xì)度為核心，力求實現(xiàn)處理量最大化為目標(biāo)。要實現(xiàn)此目標(biāo)， 必須在確保磨礦產(chǎn)品細(xì)度的條件下， 使磨機(jī)保持最好的充填率。傳統(tǒng)的半自磨機(jī)充 填率檢測檢測方法如圖2-5所示。 圖2-5傳統(tǒng)的半自磨工藝控制原理 在線調(diào)整半自磨機(jī)的（WT）給礦量，根據(jù)磨機(jī)（JT）功率、電耳（

17、AT）聲音、磨機(jī)（PT） 軸承靜壓力等檢測信號，通過變頻調(diào)速裝置調(diào)整好磨機(jī)的轉(zhuǎn)速率（使磨機(jī)固定在該 頻率下工作），可以得到一系列的磨機(jī)載荷一功率曲線的關(guān)系，找出最大磨機(jī)載荷 一功率曲線（見圖2-6）。 功率 圖2-6磨機(jī)載荷一功率關(guān)系曲線 最大磨機(jī)載荷一功率關(guān)系曲線并不能直接用來解決半自磨機(jī)的處理量最大 化控制問題。因磨機(jī)的靜壓力（即磨機(jī)重量）不等于充填率；電耳所測的音頻信 號受裝載量，襯板、鋼球磨損等多種因素影響。 磨機(jī)的沖擊效率與襯板質(zhì)量、充填率有密切關(guān)系。磨機(jī)襯板被磨損后鋼球的 提升高度不到位（如圖2-7所示的“肩部”），鋼球的落點位置偏離最佳位置, 電耳所測的音頻

18、信號發(fā)生變化；磨機(jī)的充填率隨礦塊大小或礦石密度的變化而變 化（靜壓力的大小不能代表磨機(jī)的充填率），根據(jù)磨機(jī)的靜壓力判斷磨機(jī)的充填 率，這將導(dǎo)致磨機(jī)內(nèi)部料的“底部”位置發(fā)生變化，鋼球的落不到磨機(jī)內(nèi)部料的 最佳位置，沖擊力度減小。 圖2-7磨機(jī)內(nèi)部工況 北京礦冶研究總院信息與自動化研究設(shè)計所采用自行開發(fā)的磨機(jī)負(fù)荷測振 儀、礦石塊度測量儀與粒粒度分析儀檢測新技術(shù)（見圖 2-8）,根據(jù)磨機(jī)給礦量、 礦石塊度、磨機(jī)功率、鋼球沖擊效等信號建立數(shù)學(xué)模型計算加料量，通過數(shù)學(xué)分析 判斷磨機(jī)充填率。該成果在山東某選廠進(jìn)行磨機(jī)充填率優(yōu)化控制取得明顯效果。 去這造 宣uwk 髏 圖2-8磨

19、機(jī)充填率檢測新技術(shù) 2.2.3 浮選過程控制 浮選機(jī)是浮選過程的基本單元。浮選生產(chǎn)過程要求浮選機(jī)中合格的入選礦漿， 在有效的流體動力學(xué)和適合的化學(xué)環(huán)境條件下，形成穩(wěn)定的高質(zhì)量泡沫層和理想的 泡沫速度。如何提高浮選機(jī)的可控性，將浮選自動化推向新的高度已成為現(xiàn)實。 1）流體動力學(xué)對浮選效果的作用 浮選機(jī)中的礦漿在浮選藥劑作用下， 通過有效混合，高質(zhì)量的泡沫處理，各種 不同粒級礦物在不同作業(yè)中得到充分回收。入選礦漿有不同粒級（粗、中、細(xì)）礦 物，每種粒級在浮選過程中的行為是不同的。 在粗選作業(yè)中要回收礦漿中細(xì)小粒級 礦物，將要足夠的剪切力傳遞能量，使之突破微小氣泡圍繞的液體界層， 粘附在浮

20、選機(jī)上部氣泡上被刮出，提高泡沫負(fù)載速率。對于掃選作業(yè)中要回收較粗粒級的礦 物，要消除強(qiáng)烈的紊流（不能出現(xiàn)“翻花”現(xiàn)象），保持半層流運動，使礦粒免受 剪切力的重復(fù)打擊，不從氣泡上脫落下來。 2）藥劑制度能創(chuàng)造有效的化學(xué)環(huán)境 礦漿的酸堿度、藥劑類型和用藥量的合理選擇和有效控制，對于礦石的成功 選別是至關(guān)重要的。按工藝要求的g /t指標(biāo)控制藥劑用量是一種有效的控制手段。 3）浮選機(jī)的可控性 浮選機(jī)的可控性主要表現(xiàn)在控制系統(tǒng)對浮選機(jī)中的泡沫特性的控制能力。 泡沫特性好表現(xiàn)為：泡沫層穩(wěn)定，已浮出的不同粒級礦物保持在泡沫中的能力強(qiáng) （即 泡沫大小、泡沫速度、泡沫顏色穩(wěn)定）。 對于特定的浮選應(yīng)用場

21、合， 泡沫厚度的支承能力存在一個極值， 也就是說泡沫 厚度與固體顆粒在泡沫相里的停留時間有關(guān)； 但是， 如果泡沫層變得太厚， 泡沫本 身就開始塌陷。開始塌陷的泡沫層厚度由泡沫結(jié)構(gòu)來確定。泡沫結(jié)構(gòu)與藥劑類型、 藥劑用量、 礦漿的酸堿度和礦石中的可浮礦物的數(shù)量等因素有關(guān)。 要取得好的浮選 效果，要求浮選機(jī)中有穩(wěn)定的泡沫厚度和穩(wěn)定的泡沫速度。 在礦漿液位發(fā)生大的波動或頻繁變化時， 整個浮選系統(tǒng)也在不停的變化， 可能 出現(xiàn)浮選機(jī)跑槽和泡沫箱溢出等現(xiàn)象。 因此， 浮選機(jī)的液位控制是穩(wěn)定浮選系統(tǒng)的 關(guān)鍵。浮選液位多變量協(xié)同控制方法在許多大型選廠推廣應(yīng)用，取得很好的效果。 充氣量恒定時， 泡

22、沫排出速度隨泡沫層變厚而降低， 但并非線性關(guān)系。 對于粗 選和精選作業(yè)，一旦泡沫厚度確定，變化是極小的。 充氣量的控制是對浮選機(jī)最精細(xì)的控制，只能微調(diào)。充氣量突然大的變化會 引起液位控制難的問題。在穩(wěn)定化控制過程中，充氣量很少調(diào)節(jié)。 選礦工藝過程自動控制一般采用 PID 控制系統(tǒng)或其衍生的控制系統(tǒng)。在浮 選車間，理想的控制系統(tǒng)通常是用藥劑用量、泡沫層厚度（浮選液位）和充氣量等 參數(shù)來控制泡沫特性。 浮選泡沫圖像分析儀能夠測量泡沫的大小、 顏色和自溢流堰 排出的速度。載流分析儀系統(tǒng)可以監(jiān)測精礦品位。 選廠將浮選泡沫圖像分析儀及載流品位分析儀應(yīng)用到浮選生產(chǎn)過程控制， 把浮 選自動

23、化推向新的高度，使浮選工藝過程全面實現(xiàn)自動控制，帶來好的經(jīng)濟(jì)效益。 2.2.4 精礦脫水流程及控制 精礦采用濃縮、過濾兩段脫水流程。 圖2-9典型兩段脫水控制原理示意圖 典型脫水流程采用濃縮一過濾兩段脫水方案（見圖 2-9）,（某些礦產(chǎn)品粒度 較細(xì)，如鋁精礦，需采用濃縮 一壓濾一干燥三段脫水流程）。 1）濃縮機(jī)控制 （1）穩(wěn)定化控制 ① 確保設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，根據(jù)扭矩報警上限，保證濃縮機(jī)不壓耙； ②根據(jù)濃縮機(jī)進(jìn)料干量控制絮凝劑添加； ③ 根據(jù)濃縮機(jī)底流濃度調(diào)整變頻轉(zhuǎn)速，調(diào)整底流流量，從而保證底流密度穩(wěn) 止； （2）優(yōu)化控制 濃縮機(jī)正常工作過程是一個物料平衡的過程，

24、 如果物料平衡被破壞，具結(jié)果出 現(xiàn)溢流跑混、固液分離效果差、壓耙等事故。 北京礦冶研究總院信息與自動化研究設(shè)計所根據(jù)濃縮機(jī)入料干礦量、排料密 度、泥床壓力、泥床界面、溢流濁度等測量變量，建立物料平衡數(shù)學(xué)模型，通過該 模型優(yōu)化底流流量控制設(shè)定值，實現(xiàn)濃密機(jī)的優(yōu)化控制，在江西某銅礦的廢水處理 廠取得明顯的效果。具體控制原理框圖見圖 2-10. 圖2-10機(jī)底流排礦流量優(yōu)化控制示意圖 2）陶瓷過濾機(jī)控制 ①DCS系統(tǒng)將陶瓷過濾機(jī)設(shè)備數(shù)據(jù)集成，實現(xiàn)集中監(jiān)控。 ②陶瓷過濾機(jī)給料控制：陶瓷過濾機(jī)是間斷式的給料，與濃縮機(jī)輸送量必須 匹配好。 2.2.5高寒地區(qū)尾砂處理 選礦流程處理每

25、一噸礦消耗4?5噸水。尾礦干式堆存具有節(jié)約寶貴的水資源， 防止尾礦中的廢水對地下水系的污染。特別是隨著資源的枯竭，開采品位的下降和 向西北部極寒冷地區(qū)發(fā)展的現(xiàn)狀，尾礦排放量大，排放環(huán)境受惡劣的氣候條件制約， 給尾砂處理提出了新的技術(shù)問題。 1）尾砂脫水 深錐濃縮機(jī)檢測控制原理如圖2-11所示。 圖2-11深錐濃縮機(jī)控制原理 控制深錐濃縮機(jī)濃相層高度是提高濃縮效果的決定因素之一。在深錐濃縮機(jī) 濃相層上部（過渡層）漂浮許多特別大的絮凝劑增大顆粒，這些增大顆粒含水量高， 通過界面儀檢測濃相層高度，將這些漂浮物經(jīng)剪切泵打散、活化，加快沉降速度， 提高濃相層高度，改善濃縮效果。 2）尾

26、礦輸送 高濃度尾砂必須選用柱塞泵輸送。 膏體輸送管道發(fā)生堵管的可能性比漿體輸送管道大，因此管道需要采用地上敷 設(shè)，以便緊急事故的處理。 氣候惡劣的北方，高寒冬季溫度在-400C以下，敷設(shè)在地表管道內(nèi)的尾礦漿 有可能結(jié)冰，堵塞管道。因此，尾礦漿、管道以及與周圍環(huán)境之間的傳熱和保溫 措施必須充分考慮。 2. 2我國選礦自動化實施過程中常見問題 過程自動化是為工藝服務(wù)的，自動化系統(tǒng)必須滿足生產(chǎn)要求。 也就是說，選礦 自動化專業(yè)一定要按照工藝專業(yè)提供的條件進(jìn)行設(shè)計； 且自動化專業(yè)要設(shè)計出于可 復(fù)用性好，適合不同選礦工藝流程模式特點的系統(tǒng)； 系統(tǒng)在線擴(kuò)展功能強(qiáng)，滿足投 產(chǎn)后對流程改造的要求；系

27、統(tǒng)維護(hù)方便，滿足因礦石性質(zhì)變化對藥劑制度、檢測點、 控制回路進(jìn)行在線調(diào)整的要求。但是，在自動化系統(tǒng)實施過程中選礦工藝與自動化 兩專業(yè)如何緊密結(jié)合的問題一直困擾著我國選礦自動化行業(yè)。 2.2.2工藝與自動化問題 在進(jìn)行選礦生產(chǎn)過程自動控制設(shè)計時，設(shè)計者必須既懂選礦工藝和設(shè)備，又要 熟悉自動化儀表。目前，我國在選礦自動化實施過程中經(jīng)常發(fā)生自動化儀表安裝位 置與工藝設(shè)備、設(shè)施、管道不匹配的問題。 2-12磨礦流程 某特大型銅礦磨礦流程圖2-12所示。磨礦流程只一根進(jìn)水管道，分別給半自 磨機(jī)、球磨機(jī)及磨礦泵池給水。由于水道布置不合理，在該管道安裝有三個調(diào)節(jié)閥， 任何一個調(diào)節(jié)閥動作，其他兩個

28、都受到干擾，系統(tǒng)無法穩(wěn)定。止匕外，工藝專業(yè)給自 動化專業(yè)提供的調(diào)節(jié)閥選型參數(shù)不合理，結(jié)果調(diào)節(jié)閥工作開度在 10%勺非線性區(qū) 段，無法實現(xiàn)自動控制。 河北某鋁選廠投產(chǎn)后，發(fā)現(xiàn)旋流器進(jìn)料不穩(wěn)定，磨礦分級效果差，想通過自動 化進(jìn)行改造提高磨礦效率。某自動化公司按常規(guī)控制手段改造完成后， 系統(tǒng)運行正 常，但旋流器進(jìn)料回路無法控制。業(yè)主請某自動化設(shè)計所去協(xié)助解決。 兩位工程師 到現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)磨礦泵池太小，與渣漿泵不匹配。向業(yè)主提出了擴(kuò)大磨礦泵池的建議。 2.2.2選礦自動化系統(tǒng)設(shè)計主要問題 1）接地問題 共用接地系統(tǒng)是目前國內(nèi)外通用的設(shè)計思想。它將建筑物的金屬構(gòu)件（包括混 凝土墻內(nèi)鋼筋）與接地

29、裝置的金屬裝置（包括外部防雷裝置）連接成一體，組成一 個低電感的網(wǎng)形接地系統(tǒng)。系統(tǒng)中的設(shè)備外殼、機(jī)架、金屬管、電纜槽、屏蔽線纜 外層、設(shè)備防靜電接地、安全保護(hù)接地；浪涌保護(hù)器（SPD）接地端與等電位連接 匯流排按一定的規(guī)范連接成等電位網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的各類等電位網(wǎng)絡(luò)與共用接地系統(tǒng)之 間只有唯一的連接點。 防雷等電位連接 將廠房內(nèi)分開的導(dǎo)電裝置各部分用等電位連接導(dǎo)體或電涌保護(hù)器 （SPD）做等電 位連接，它包括在內(nèi)部防雷裝置中。其目的是減小建筑物金屬構(gòu)件與設(shè)備之間或設(shè) 備與設(shè)備之間由雷電流產(chǎn)生的電位差。防雷等電位連接區(qū)別于電氣安全的等電位連 接，它是將不能直接連接的帶電體，通過電涌保護(hù)器做等電位

30、連接。（見圖2.13 ） [pZOa 區(qū)） 代表屏蔽1的建筑物 代表屏蔽2的房屋 LPZOb區(qū) LPZOa LPZO 日 LPZ1 說明 可能遭受直接國擊 不可能灌受菌電流宜接基擊 電瞳強(qiáng)度沒有衰減 不可^遭受直桂苗擊 電德疆度可就役有衰減 f外部防雷裝置 36 LPZR LPZ2E 界面上的等電位 連接帶2 LPZOa. LP10b與FLEI區(qū)界面 上的等電位連接帶1 計算機(jī)機(jī)房 電位連接線 接地 圖2.13建筑物防雷區(qū)劃分 等電位聯(lián)結(jié)降低或消除需要防雷空間內(nèi)各金屬部件和各系統(tǒng)之間的電位差， 有 利于消除雷擊電磁脈沖干擾。穿過各防雷區(qū)界面的金

31、屬物和系統(tǒng)，以及在一個防雷 區(qū)內(nèi)部的金屬物及系統(tǒng)均應(yīng)在界面處做符合要求的等電位聯(lián)結(jié)。 信息系統(tǒng)等電位連接網(wǎng)絡(luò) 計算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、控制系統(tǒng)、自動化儀表、機(jī)電一體化設(shè)備稱為信息 系統(tǒng)。信息系統(tǒng)等電位連接，是指系統(tǒng)中的設(shè)備外殼、機(jī)架、金屬管、電纜槽、屏 蔽線纜外層、設(shè)備防靜電接地、安全保護(hù)接地、浪涌保護(hù)器（ SPD）接地端與等電 位連接端子按一定的規(guī)范連接成等電位網(wǎng)絡(luò)。 信息系統(tǒng)的接地分工作接地和保護(hù)接地。（見圖 2.14 ） 2.14信息系統(tǒng)接地 供電試制對共用接地系統(tǒng)的影響 在信息系統(tǒng)工程中經(jīng)常遇到防雷接地、交流中性點接地、屏蔽接地、防靜電接 地、安全保護(hù)接地、信號地、邏

32、輯地等問題。這些接地按其作用可分為保護(hù)性接地 和工作性接地二大類。在施工過程中人們最關(guān)心的是對工作地（信號地、邏輯地） 的保護(hù)。 在電子信息系統(tǒng)中，信息的輸入、傳輸、轉(zhuǎn)換、放大、邏輯運算、輸出等一系 列過程都是在設(shè)備之間進(jìn)行，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對微弱的電位或電流信號進(jìn)行快速的互 聯(lián)、互通、互操作處理。這一過程，除需穩(wěn)定的電源外，尚需一穩(wěn)定的基準(zhǔn)接地點， 又稱為信號參考電位。以前，使用過懸浮地，它不易消除靜電，易受電磁場的干擾 而使參考電位變動。在實際工作中也大量采用 TN-C系統(tǒng)供電（俗稱零地合一）， 50Hz的工頻干擾經(jīng)由設(shè)備外殼，元件底板申入信息系統(tǒng)，使工作性地要與保護(hù)性 地之間進(jìn)行隔離，對防

33、雷接地更是談虎色變要避而遠(yuǎn)之。然而隨著廠房建筑面積和 高度的增大，工作性地與保護(hù)性地的分離已越來越困難， 同時使用多個接地系統(tǒng)必 然在建筑物內(nèi)引進(jìn)不同的電位導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)功能故障或損壞。 在采用等電位連接和共用接地系統(tǒng)后，更多采用TN-C-S或TN-S系統(tǒng)，使訊號接地不形成閉合回路，共 模型態(tài)的雜訊不易產(chǎn)生，同時可消除靜電和電場的干擾，不易受磁場干擾。 如圖2.16所示，在A圖中TN-C系統(tǒng)中，整個中性線（ND與保護(hù)線（PEE是 合一的。在圖B中TN-C-S系統(tǒng)中，N線與PE線只有在變壓器電力系統(tǒng)接地點連接 （即PEN線），進(jìn)入建筑物后N與PE不可連接。在圖C中TN-S系統(tǒng)中，整個N 線與

34、PE線是分開的。 A TNY 系攜,整個系統(tǒng)的中性 投與保護(hù)理是合一的 B TN—C—S察統(tǒng).系統(tǒng)有一部分中 性線與保護(hù)線里合一的 C 丁、一5系統(tǒng),整個系統(tǒng)的中性蛭與保護(hù)線是分開的 圖2.15常用的幾種供電方式 在一建筑物內(nèi)采用共用接地系統(tǒng)之后，不允許采用 TN-C供電系統(tǒng)，若采用 TN-C供電系統(tǒng)，會產(chǎn)生連續(xù)的工頻電流及其諧波電流對設(shè)備的干擾。干擾來源于 TN-C系統(tǒng)中“中性導(dǎo)體電流”（在三相系統(tǒng)中由于不平衡電荷在 PEN線上產(chǎn)生的 電流）流于PEN線、信號交換用的電纜的屏蔽層，基準(zhǔn)導(dǎo)體和室外引來的導(dǎo)電物 體之間。而采用TN-C-S或TN-S系統(tǒng)，這種“中性導(dǎo)體電流

35、”僅在專用的中性導(dǎo) 體（N）中流動，不會通過共用接地系統(tǒng)對設(shè)備產(chǎn)生干擾。 2）控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計問題 設(shè)計人員在進(jìn)行總體設(shè)計時只需 目前，國內(nèi)選礦自動化應(yīng)用軟件設(shè)計多采用從整個生產(chǎn)流程設(shè)計程序的總體結(jié) 構(gòu)，突出程序模塊層次性和調(diào)用的一種設(shè)計方法。 考慮模塊的外部功能， 即模塊能“做什么”的問題， 而不考慮其內(nèi)部組成， 即“怎 么做”的問題 。 “怎么做”的問題一直要到所有模塊的功能確定后在詳細(xì)設(shè)計階段 進(jìn)行處理。 這種設(shè)計模式， 數(shù)據(jù)流程圖和程序結(jié)構(gòu)圖之間有一定的映射關(guān)系， 軟件 在生存周期中由于生產(chǎn)流程的變化， 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)往往會發(fā)生變化。 一旦數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)改變， 以數(shù)據(jù)結(jié)

36、構(gòu)為基礎(chǔ)建立的程序結(jié)構(gòu)也要改變，這樣就給軟件維護(hù)帶來很 大的不便。 選礦生產(chǎn)過程中 “怎么做” 是在變化的，如隨著礦石性質(zhì)的變化，選礦流程或 藥劑制度時有的改變， 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。 這就是不少選礦自動化系統(tǒng)運行一段時 間后， 因為其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變化后， 部分回路無法投入運行， 有的甚至系統(tǒng)癱瘓的根本 原因。 《嵌入式實時數(shù)據(jù)庫面向?qū)ο笙到y(tǒng)》將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)分開，對生產(chǎn) 流程變化具有很好的開放性。在進(jìn)行軟件設(shè)計時遵循模塊獨立性和可復(fù)用性的原 則，將每一個獨立的程序模塊描述一個在我們身邊重復(fù)出現(xiàn)的一類事物（它是類、 關(guān)聯(lián)、操作、事件和約束的一個相關(guān)集合） 。從用戶需求分析中

37、確定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特 性，獲得了系統(tǒng)的對象模型、動態(tài)模型和功能模型。 例如：把電動機(jī)作為一個研究對象，在電動機(jī)數(shù)據(jù)塊中定義對象模型、功能模 型、動態(tài)模型。程序員按照電氣工程師設(shè)計的控制原理圖，將直接啟動、軟啟動、 變頻器分別定義為 1、 2、 3 類，用二進(jìn)制碼表示各類電動機(jī)的控制邏輯，并將它們 各自的屬性和 “做什么操” 在電動機(jī)數(shù)據(jù)塊中定義為對象模型；各類電動機(jī) “怎么 做” ，即如何實現(xiàn)操作的功能在電動機(jī)數(shù)據(jù)塊中定義為功能模型；應(yīng)用程序根據(jù)功 能模信息控制電動機(jī)， 響應(yīng)外部事件， 將電動機(jī)運行狀態(tài)寫入電動機(jī)數(shù)據(jù)塊的動態(tài) 模型中。程序員從電動機(jī)數(shù)據(jù)塊中導(dǎo)出程序的控制結(jié)構(gòu)。 總

38、的說來，面向?qū)ο笤O(shè)計是一個改善和不斷添加細(xì)節(jié)的過程，使自動化系統(tǒng)適 用不同選礦工藝流程模式環(huán)境。 每一個新的自動化系統(tǒng)組態(tài)可由業(yè)主的工藝工程師 在DC繇統(tǒng)設(shè)計工程師指導(dǎo)下完成；系統(tǒng)運行過程中，工藝工程師可以根據(jù)流程變 化對系統(tǒng)的檢測點、 控制點和工藝參數(shù) 在線 進(jìn)行調(diào)整。 系統(tǒng)組態(tài)或維護(hù)時， 工藝工 程師只要把新的設(shè)備和工藝參數(shù)重新寫入數(shù)據(jù)庫點文件， 而程序結(jié)構(gòu)不必做任何修 改， 系統(tǒng)就可以按修改后的參數(shù)運行。 系統(tǒng)組態(tài)、 維護(hù)完全可以由經(jīng)過培訓(xùn)的工藝 工程師 在線 完成。它具有很好的可擴(kuò)性和可維護(hù)性。 4.選礦過程控制的發(fā)展趨勢 4.1 磨礦過程檢測和控制 磨礦流程為半自磨

39、+球磨，粗碎產(chǎn)品粒度為-300mm。具體的工藝流程為：粗礦 堆內(nèi)的礦石通過礦倉底部的給礦機(jī)給到半自磨機(jī)的給礦皮帶上， 半自磨機(jī)的排礦經(jīng) 過圓筒篩分級后， 篩上頑石通過皮帶返回到半自磨機(jī)給礦皮帶上， 篩下物料通過旋 流器分級后，沉砂進(jìn)入球磨機(jī)進(jìn)行磨礦，分級溢流自流進(jìn)入浮選之前的攪拌槽。 磨礦工藝過程的控制目標(biāo)是： （ 1）為浮選提供合格的產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量：合格的礦漿粒度，合格的礦漿濃度。 （ 2）實現(xiàn)對磨機(jī)的給礦、給水、加球，水力旋流器的給料流量和濃度等生產(chǎn) 操作條件的自動調(diào)節(jié)，代替人工操作； （ 3）實現(xiàn)磨礦工藝的進(jìn)料和出料的質(zhì)量平衡，水力旋流器溢流礦漿粒度、濃 度、流量穩(wěn)定，

40、使得浮選生產(chǎn)平穩(wěn)。 磨礦過程是一個物料平衡的過程，它力求使分級溢流干礦量等于原給礦量。 原礦性質(zhì)、介質(zhì)充填率、操作因素的變化，打破了磨礦過程物料的平衡狀態(tài)。磨礦 過程自動控制就是為了消除干擾因素，使磨礦過程在物料動態(tài)平衡狀態(tài)下運行。 磨機(jī)的運行成本占整個選廠運行成本的 50%左右。提高磨機(jī)的處理能力，使處 理量最大化是磨礦過程控制的最終目的。自動化系統(tǒng)要完成： 1）校正控制行為，防止磨機(jī)超負(fù)荷或欠負(fù)荷； 2）監(jiān)視和控制循環(huán)負(fù)荷； 3）監(jiān)視和控制產(chǎn)品粒度； 4）穩(wěn)定旋流器運行； 5）回路穩(wěn)定后，力求實現(xiàn)處理量最大化。 磨礦作業(yè)以磨礦細(xì)度為核心，力求實現(xiàn)處理量最大化為目標(biāo)。磨

41、機(jī)負(fù)荷檢測 是防止磨機(jī)超負(fù)荷或欠負(fù)荷運行的核心。 4.1.1 磨機(jī)負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng) 4.1.1.1 概況 磨機(jī)是礦產(chǎn)資源處理中的重要設(shè)備， 其功能是將礦石磨碎至后續(xù)生產(chǎn)工藝所需 要的粒度， 磨機(jī)的工作狀況對整個選礦過程的產(chǎn)量和質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。 然 而，磨機(jī)的內(nèi)部工況，主要包括磨礦濃度、磨礦粒度、填充率等難以直接測量，所 以通常采用間接測量的方法，如聲響檢測法、驅(qū)動功率檢測法等， 但這些方法都有 各自的局限性，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的效果并不理想。 磨機(jī)筒壁振動檢測法的原理是通過在磨機(jī)筒壁上安裝振動傳感器， 檢測磨機(jī)在 運行過程中筒壁振動信號的變化來監(jiān)控磨機(jī)內(nèi)運行狀態(tài)的改變。 當(dāng)磨

42、機(jī)內(nèi)運行狀態(tài) 發(fā)生變化時，磨機(jī)內(nèi)物料的運動軌跡或者磨機(jī)內(nèi)鋼球?qū)σr板的沖擊情況一定會發(fā)生 變化，這勢必導(dǎo)致傳遞到筒壁上的振動信號相應(yīng)改變。相比現(xiàn)有的各種檢測方法， 筒壁振動信號檢測法采用了更為可行且直接的檢測原理， 而且由于筒壁振動信號中 包含了較為豐富的磨機(jī)運行狀態(tài)變化信息。 這種檢測方式，就像醫(yī)生用心電圖測量 儀替代聽診器檢查心血管病情一樣，信息更真實、更可靠。 4.1.1.2 系統(tǒng)組成 整套監(jiān)測系統(tǒng)由硬件設(shè)備及分析軟件兩個大部分組成。系統(tǒng)總體構(gòu)成如 4.1圖 所示： 圖4.1磨機(jī)負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 位置信號測量單元和振動信號測量單元分別測量磨機(jī)外壁的振動強(qiáng)度及其所 處的

43、空間位置，信號采集單元將測量值采集轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號， 無線傳輸單元將數(shù) 字信號無線發(fā)送到地面接收裝置，最后再由上位機(jī)數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存、 處理、分析和顯示。供電單元為安裝于磨機(jī)上的發(fā)送端提供能源。 通過專用的分析軟件，系統(tǒng)可提供磨機(jī)不同工況下的振動波形， 并根據(jù)振動數(shù) 據(jù)計算出表征磨機(jī)負(fù)荷狀態(tài)的特征參數(shù)。 &0 nu TO的w4fiw2010。 振動波形 圖4.2磨機(jī)空砸情況下振動波形 振動波形 0 0 0 0 0 0cl 8 7 6 5 4 3 2 而g二簽設(shè)至4 50 100 150 果柞點（10*3| 200 300 70 □ O f--SS

44、- 圖4.3正常工況情況下振動波形 振動波形 50 100 150 果祥點（10*3} 250 300 圖4.4輕微脹肚情況下振動波形 圖4.5典型磨礦過程的優(yōu)化控制策略示意圖 4.1.1.3 控制策略 (1)分級優(yōu)化控制 分級是磨礦過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分級效率的高低直接制約磨礦流程的生產(chǎn)能力和 產(chǎn)品質(zhì)量。通過分析在線式粒度濃度分析儀提供的旋流器溢流濃細(xì)度數(shù)據(jù)， 分級優(yōu) 化控制器在指標(biāo)處于正常范圍內(nèi)時保持既有參數(shù)， 充分發(fā)揮泵池的緩沖能力，保證 流程穩(wěn)定，當(dāng)指標(biāo)出現(xiàn)異常時，控制器自動調(diào)節(jié)補(bǔ)加水量，通過進(jìn)旋流器礦漿濃度 和壓力的變化使指標(biāo)恢復(fù)正常。 (

45、2)磨機(jī)負(fù)荷優(yōu)化控制 磨機(jī)功率的消耗主要取決于磨機(jī)的充填率，電能的消耗量隨充填率的增加而增 加。當(dāng)電能消耗量達(dá)到最大值時的充填率稱為臨界充填率，此時若充填率再增加， 電能卻反而下降。當(dāng)充填率小于臨界值時，處理能力是與充填率之間始終存在物料 平衡關(guān)系,達(dá)到平衡關(guān)系的最大充填率稱為穩(wěn)定充填率， 一旦超過隱定充填率，磨 機(jī)的充填率將會迅速地，不按比例地增加，以至超過臨界充填率，出現(xiàn)所謂“脹肚” 現(xiàn)象。在生產(chǎn)中要使磨機(jī)的給礦量與排礦量始終保持在平衡的情況下工作， 就應(yīng)使 磨機(jī)保持最好的充填率，實現(xiàn)處理量最大化。 磨機(jī)負(fù)荷測振儀與粒度分析儀檢測新技術(shù)，據(jù)磨機(jī)給礦量、磨機(jī)功率、鋼球沖 擊效應(yīng)信號建

46、立數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)學(xué)分析判斷磨機(jī)充填率，根據(jù)磨機(jī)充填率調(diào)整半 自磨機(jī)給礦量，同時相應(yīng)調(diào)整前水、鋼球的添加量，使得磨機(jī)的給礦量、返砂量與 排礦量相匹配，其充填率、磨礦濃度、粒度處于最佳范圍，始終工作在滿負(fù)荷且不 脹肚的狀態(tài)，從而發(fā)揮磨機(jī)的最大處理能力。 (3)液位智能控制 磨礦過程中的磨機(jī)排礦泵池是一個重要的緩沖容器，但由于空間等條件限制， 它的容積往往不大(國外選廠的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是泵池容積要達(dá)到泵全速輸出 5~7分鐘的 流量)，所以傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程中常出現(xiàn)抽空或冒槽的情況， 但若頻繁條件泵速或加 水量則會使得工況不穩(wěn)定，導(dǎo)致旋流器分級效果不佳。我們的液位智能控制器兼顧 了泵池液位的安全性和工

47、況的穩(wěn)定性， 在安全范圍內(nèi)充分發(fā)揮泵池的緩沖作用， 超 出限定范圍時又可以迅速調(diào)整回來， 從而減少調(diào)節(jié)時間和次數(shù)，保持工藝流程穩(wěn)定 性。 4.2 浮選過程參數(shù)檢測與控制 4.2.2 浮選工藝過程控制目標(biāo) 選礦工藝過程的控制目標(biāo)是： 實現(xiàn)浮選液位、加藥的穩(wěn)定控制和計算機(jī)操作； 實現(xiàn)礦漿pH的在線檢測和調(diào)節(jié)； 實現(xiàn)礦漿品位的在線X熒光分析，指導(dǎo)浮選操作； 選礦流程各泵池的液位在線監(jiān)控報警，以使得生產(chǎn)順暢進(jìn)行。 4.2.3 選礦工藝過程檢測控制方案 1)浮選機(jī)液位、充氣量自動控制 浮選機(jī)是機(jī)電一體化設(shè)備，要求自帶控制系統(tǒng)具有確保設(shè)備正常運行的報警連鎖保 護(hù)和實現(xiàn)液位和充氣量控制功能

48、，控制原理圖見 4.6。 FCS夜位設(shè)定 ,，、 ： (gf PID控制器 > 浮選機(jī)尾礦閥- > 生產(chǎn)過程 一 * 浮選機(jī)液位檢測值 圖4.6浮選機(jī)液位自動控制原理圖 FC流氣量設(shè)定 ——- PID控制器 ■?浮選機(jī)充氣量調(diào)節(jié)閥 > 生產(chǎn)過程 —> 浮選機(jī)充氣量檢測值 圖4.7浮選機(jī)充氣量自動控制原理圖 浮選機(jī)的液位和充氣量是調(diào)節(jié)浮選精礦品位和回收率的重要手段， 因此保證浮 選機(jī)液位和充氣量相對穩(wěn)定有利于浮選生產(chǎn)操作，穩(wěn)定生產(chǎn)指標(biāo)。 由于多種干擾源的存在和浮選作業(yè)的串聯(lián)分布，使得浮選作業(yè)之間相互耦合, 相互影響，當(dāng)前級浮選

49、作業(yè)的液位受干擾引起波動時， 波動隨著浮選作業(yè)的傳遞而 放大，導(dǎo)致后續(xù)作業(yè)的液位波動逐級增大而使控制效果惡化， 因此單作業(yè)單回路浮 選液位控制很難使整個浮選流程穩(wěn)定。為解決該問題，需采用浮選多作業(yè)液位協(xié)同 控制技術(shù)，其具體的原理框圖見圖 4.8。 浮選槽干擾源 *人口流量 ?循環(huán)泵流量 ?控制閥的動作 圖4.8浮選多作業(yè)液位協(xié)同控制技術(shù)原理圖 斤捱曲曷?電 浮選多作業(yè)液位協(xié)同控制技術(shù)同時管理整個浮選流程，它能夠在干擾影響到 浮選液位之前， 采取有效的補(bǔ)償措施抑制擾動。 因此， 這種技術(shù)可穩(wěn)定浮選機(jī)的液 位，保證穩(wěn)定的泡沫層厚度，從而使精礦品位穩(wěn)定，提高浮選的

50、經(jīng)濟(jì)效益。下圖是 現(xiàn)場使用的效果圖， 可以明顯看出， 采用液位協(xié)同控制算法的控制效果優(yōu)于普通液 位單回路控制。 2）加藥控制 選廠流程的加藥包括2# （松醇油）、銅捕收劑（黃藥、丁錢黑藥等卜Z-200 （乙 基硫氨酯）、硫酸鋅、X-41 （主要成分為硫酸銅）、鋅捕收劑（黃藥、乙硫氮等）、 丁基黃藥、P86 （磷酸三丁酯）、GY-C3和石灰等藥劑，本系統(tǒng)控制范圍包括藥劑 制備、輸送和藥劑添加部分。 對常規(guī)藥劑的儲藥槽采用超聲波液位計進(jìn)行檢測， 實現(xiàn)高低限報警， 保證藥劑 添加系統(tǒng)正常運行。 對于部分需要配置的藥劑， 可以根據(jù)液位值連鎖控制藥劑制備 槽的藥劑輸送泵的啟停，實現(xiàn)高限停泵，

51、低限開泵。 3）礦漿 pH 值調(diào)節(jié) 礦漿 pH 值是選礦必要操作條件，本浮選流程中有 7 個石灰乳添加點和 pH 檢 測控制回路。 礦漿 pH 檢測裝置采用 BPHM 型帶有自清洗裝置的礦漿 pH 計， 以避免結(jié)鈣造 成測量精度下降， 調(diào)節(jié)裝置采用氣動多點開關(guān)式石灰乳調(diào)節(jié)裝置， 該裝置較一般調(diào) 節(jié)閥門來講， 具有不易堵塞耐用、 靈活組合的特點， 既可以將兩個或三個回路的調(diào) 節(jié)裝置組合在一起， 也可以分散到不同的添加點， 原則是添加裝置離加藥點越短越 好，并設(shè)計好輔助的清洗管路。 4）浮選過程礦漿品位分析 在選礦生產(chǎn)中， 原礦、精礦、 尾礦的金屬品位在線分析可以有效指導(dǎo)浮選現(xiàn)

52、場 操作、優(yōu)化選礦生產(chǎn)操作條件、提高選礦回收率、考核選礦過程金屬平衡狀況，可 以為選礦廠帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 考慮到現(xiàn)場實際情況，建議采用 X 熒光原理品位分析儀，相對于核輻射原理 的分析儀，該儀器更加環(huán)保、綠色、安全，有益操作人員身心健康。 熒光分析儀為載流分析儀器， 需要從流程中取樣， 通過取樣管道自流到熒光分 析儀主機(jī)進(jìn)行分析， 因此， 熒光分析室的位置設(shè)計和取樣管道設(shè)計對于熒光分析儀 的使用有重要影響。根據(jù)國內(nèi)外熒光分析儀的應(yīng)用實踐， 需要提前在選礦廠的最低 處設(shè)計3層熒光分析室房間，分別用于放置多路器（二次取樣器）、熒光分析儀主 機(jī)和返回礦漿泵池。 采用金屬品位在線分

53、析儀將為下一步實現(xiàn)浮選優(yōu)化控制奠定基礎(chǔ)， 能夠?qū)崿F(xiàn)浮 選流程分作業(yè)把關(guān)?？刂撇呗裕阂?X熒光載流分析儀為核心，選礦工藝參數(shù)為依 據(jù)；對浮選工藝流程分作業(yè)把關(guān)。將工藝提供的原、精、尾礦品位及作業(yè)回收率設(shè) 計值為控制回路的設(shè)定值，X熒光載流分析儀的品位在線分析值及作業(yè)回收率為過 程變量，各作業(yè)浮選槽的液位為可控變量。 在確保精礦品位的前題下，達(dá)到提高作 業(yè)回收率、降低藥劑消耗的目標(biāo)。 4.2.4 先進(jìn)的浮選控制 基于熒光分析儀和浮選泡沫圖像分析系統(tǒng)，可以建立浮選優(yōu)化控制，實現(xiàn)浮選 液位、充氣量和藥劑添加量的優(yōu)化設(shè)定，其控制策略如下： 先講的浮詵控制 圖4.9浮選優(yōu)化控制策略圖

54、浮選泡沫圖像系統(tǒng)可以分析出泡沫圖像測量特征： 氣泡大小、氣泡流速、泡沫 層穩(wěn)定性、泡沫層顏色分析 i> ri - B I■季刊“ ■ra * IFklRriLM ： A" ■ " ■iM H 長叫也 :0 圖4.10浮選泡沫圖像分析界面 泡沫層穩(wěn)定性、泡沫層顏色分析與泡沫結(jié)構(gòu)有關(guān)；泡沫結(jié)構(gòu)與藥劑類型、藥 劑用量、礦漿的酸堿度和礦石中的可浮礦物的數(shù)量等因素有關(guān)。 泡沫圖像分析儀測量出生產(chǎn)過程中不同類型礦石的泡沫特征參數(shù)， 控制系統(tǒng)將 收集與之對應(yīng)的藥劑類型、藥劑用量、礦漿的酸堿度、泡沫層厚度、充氣量、有價 礦物的品位和回收率等過程數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)創(chuàng)建各種類型礦石的泡沫

55、圖像特征參 數(shù)的專家數(shù)據(jù)庫。這些數(shù)據(jù)是優(yōu)化控制的基礎(chǔ)。 生產(chǎn)過程中收集大量不同類型礦石的過程數(shù)據(jù) （包括試驗室數(shù)據(jù)）。用這些不 同類型礦石的過程數(shù)據(jù)創(chuàng)建精礦-回收率回歸曲線。其曲線是過程優(yōu)化的基礎(chǔ)；它 給出了一定類型礦石的精礦品位和回收率的關(guān)系。 圖4.11精礦品位和回收率的關(guān)系 過濾 數(shù)據(jù)輸入 波動檢測 變星選擇 控制執(zhí)行 先進(jìn)的浮選控制 圖4.12浮選優(yōu)化控制 銀用選充氣量控制 16 12 8 4 0 LA 7.0 1.SP+ HA13.0 CU/SCTA[L>HIAL 超勢顯示 Cu/SCT SP 0.19 KA 0.23 Cu

56、/CONC 25.10 SP 25 00 3.SP+ CU/SC TAIL>SETP CU/CONOSETP Zn/CONC,

SETP GRADE 1NARECIND 4.SP- CIRC.INIKSETP GRADE INOREC IND CIRC.INDEX SP 10.0 GRADEIND REC IND B| 經(jīng)躋索引 精『品位索引 回收率索引 1.S1 HA 2.00 圖4.13充氣量優(yōu)化控制 經(jīng)濟(jì)等高線計算是基于冶煉返回凈利潤和選礦產(chǎn)品成本。 根據(jù)該圖，可以找到 一個最佳經(jīng)濟(jì)效益點，作為選礦控制的目標(biāo)

57、 回收率(%) 圖4.14回收率等高線 冶煉返回凈利潤成本(根據(jù)市場價格建立優(yōu)化控制的經(jīng)濟(jì)判據(jù)模型) T1= (M1% —M1%CDF) PM1+(M2% —M2%CDF)PM2 —CSM—( M1%-M1%CDF) CSM.M1 — (M2% —M2%CDF) CSM.M2 — (IMP% — IMP%LIMIT ) CIMPUL —

58、(M0 —M0LIM) CM0 —COTHER 4.3 濃縮脫水過程參數(shù)檢測與控制 精礦脫水采用濃縮、過濾兩段流程，濃縮采用濃密機(jī)，過濾采用陶瓷過濾機(jī)。 過濾后的精礦貯存于精礦倉中，最后采用抓斗起重機(jī)裝車外運。 濃密機(jī)是濃密過程的重要設(shè)備，需要保證其安全、高效、穩(wěn)定工作。針對濃密 機(jī)的自動化檢測和控制方案主要有以下幾方面： 4.3.2 保證濃密機(jī)安全運行，避免產(chǎn)生壓耙事故 濃密過程控制的首要任務(wù)是保證濃密機(jī)安全運行，防止?jié)饷軝C(jī)發(fā)生壓耙事故。 濃密機(jī)產(chǎn)生壓耙主要是由于濃密機(jī)內(nèi)部物料過多， 導(dǎo)致底部物料濃度增大，當(dāng)超過 耙子的負(fù)荷時就會產(chǎn)生壓耙現(xiàn)象。為了避免壓耙事故產(chǎn)生，需要對能夠

59、反映濃密機(jī) 負(fù)荷的耙子扭矩和耙子電流等信號進(jìn)行監(jiān)視， 超限報警，并根據(jù)以上信號合理控制 濃密機(jī)的排礦量，從而保證濃密機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定在安全范圍內(nèi)。 為了實現(xiàn)以上功能，需 要濃密機(jī)設(shè)備本身自帶相關(guān)檢測功能，并對全廠控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口。 4.3.3 監(jiān)控溢流水澄清度，減少有價金屬流失 對于精礦濃密機(jī)來說，金屬損失率是一個重要的指標(biāo)，溢流水混濁意味著大量 有價金屬的流失。在濃密機(jī)生產(chǎn)過程中，礦漿的泥水分離需要足夠的分離時間和沉 降空間， 如果破壞了這些因素就會導(dǎo)致導(dǎo)致溢流水混濁。 濃密機(jī)本身是一個較大的 緩沖容器， 因此其溢流水濁度的變化也是緩慢的， 依靠人工判斷較難掌握其連續(xù)的 變化趨勢，

60、不易及時對其進(jìn)行有效的監(jiān)控。 建議采用濁度儀在線檢測精礦濃密機(jī)溢 流水濁度， 根據(jù)濁度值的趨勢曲線判斷濃密機(jī)運行狀況， 從而進(jìn)行及時有效的操作， 避免濃密機(jī)出現(xiàn)“跑混”現(xiàn)象，最終實現(xiàn)提高資源回收利用率的目的。 4.3.4 提高固液分離效率，節(jié)能降耗 陶瓷過濾機(jī)在正常生產(chǎn)過程中對給礦濃度有一定要求， 如果給礦濃度過低將會 降低陶瓷過濾機(jī)的處理效率， 同時也會浪費電能和陶瓷板的壽命。 因此， 在正常操 作的時候， 一般保持陶瓷過濾機(jī)的給礦濃度在 60%左右， 此時陶瓷過濾機(jī)能夠達(dá)到 較高的生產(chǎn)效率。 4.3.5 濃縮優(yōu)化控制系統(tǒng)，提高濃密機(jī)綜合生產(chǎn)指標(biāo) 以上的各個控制回路都是單獨

61、的控制回路， 相互之間沒有關(guān)聯(lián)， 但在實際生產(chǎn) 過程中， 濃密機(jī)是一個完整的整體， 它的每個指標(biāo)之間都有相互影響和作用。 因此， 對于濃密機(jī)來說， 較為合理的控制方式應(yīng)該是一種兼顧所有生產(chǎn)指標(biāo)的綜合優(yōu)化控 制系統(tǒng)。 濃縮過程的綜合生產(chǎn)指標(biāo)為： 提高固液分離效率， 保證濃密機(jī)處理能力和底流 濃度最佳化，合理范圍內(nèi)降低藥劑消耗，從而提高生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 濃縮優(yōu)化控制技術(shù)基于物料守恒原理，采用 PLS 建模技術(shù)建立濃密機(jī)工作過 程模型和濃密機(jī)沉降狀態(tài)預(yù)報模型， 通過上述模型可以給出濃密機(jī)的生產(chǎn)操作條件 的最佳設(shè)定值， 從而實現(xiàn)濃密機(jī)在安全生產(chǎn)、 最佳底流濃度條件下的最大處理能

62、力。 工業(yè)應(yīng)用表明， 北京礦冶研究總院自動化所開發(fā)的 BTPC 濃縮優(yōu)化控制技術(shù)與普通 操作可提高濃密機(jī)處理能力 30%， 底流濃度可達(dá)到并穩(wěn)定在濃密機(jī)設(shè)計的最大濃度 值。 濃密機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場工藝流程及實際控制需要，選定耙架扭矩、 溢流濁度及底流濃度作為模型優(yōu)化選項， 以設(shè)備的綜合生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為優(yōu)化控制 目標(biāo)。該濃縮生產(chǎn)過程優(yōu)化控制軟件在線運行情況如圖 4.15所示。 圖4.15控制軟件工業(yè)現(xiàn)場在線優(yōu)化過程 當(dāng)濃密機(jī)負(fù)荷（耙架扭矩），溢流濁度，泥層高度均在安全范圍內(nèi)時，若底流 濃度值低于目標(biāo)值，則在物料平衡的基礎(chǔ)上，適當(dāng)減小實際底流排量，逐步提高濃 密機(jī)內(nèi)泥

63、層高度，啟動對底流濃度的優(yōu)化。優(yōu)化控制效果如圖 4.16所示，在其它 生產(chǎn)指標(biāo)正常的情況下，濃密機(jī)的底流濃度在不斷提升： 圖4.16濃密機(jī)優(yōu)化控制軟件工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用在線控制效果 40 —優(yōu) 常 化控制 一, 規(guī)控制 r 平均濃度 4 8 12 16 時間（小時） 20 24 0 5 0 5 0 3 2 2 1 1 >% 1度濃流底 圖4.17分別采用優(yōu)化控制與常規(guī)控制下24小時底流濃度控制效果對比 從以上曲線可以看出，應(yīng)用濃密機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)后，濃密機(jī)的運行更加平穩(wěn)，

64、固液分離效率大大提高，有效提高生產(chǎn)效率，降低了人工勞動強(qiáng)度。 在江西銅業(yè)集團(tuán)德興銅礦水處理站，濃密機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用提高了廢水處理量 20%以上，底流濃度提高了 50%,有效解決了濃密機(jī)“跑混”和“跑渣”等現(xiàn)象, 為實現(xiàn)廢水排放達(dá)標(biāo)，保護(hù)環(huán)境做出了重要貢獻(xiàn)。 系統(tǒng)使用前 系統(tǒng)使用后 相對提高（%） 50000t/d 60000t/d 20% I 16000t/d 20000Vd 25% 16% 24% 50% 90%（設(shè)計） 90.68% 075% 底流濃度 外排水達(dá)標(biāo)率 堿性廢水 最大處理量 堿性廢水 最大處理量 圖4.18濃密機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)應(yīng)用前后生產(chǎn)指標(biāo)對比 使用防 “跑洱"、“陶渣”、設(shè)備故障 德興銅礦工業(yè)水處理站 * 1更用后 正信生嚴(yán) 圖4.19優(yōu)化控制系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用前后生產(chǎn)情況對比