50立方米浮选机矿浆液位自动控制系统.pdf

第5 7 卷第4 期 2005 年1 1 月 有色金属 N o n t e r I o u sM o r a l s V o l5 7 ．N o ．4 N o v e m b e r2 0 0 5 5 0 立方米浮选机矿浆液位自动控制系统 骆冬玲 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要介绍5 0 一浮进机矿装液位自动控制系统及其工业试验结果。该系统由液位变送器、控制器、气动执行机构等部分 组成。在金川有色金属公司K Y F 一5 0 型浮遗机上进行工业试验．获得成功。该系统是K Y F 一5 0 浮选机可靠运行的有力保障和 提高选剐指标的有效手段。 关键词选矿工程；矿浆液位；自动控制；气动阀门 中图分类号T D 4 5 6 ；T D 9 2 89 ；T D 9 5 2 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 5 0 4 0 0 8 1 0 3 5 0 m 3 浮选机是目前国内较大容量的浮选机，它 具有处理量大、作业时间短、生产指标稳定，节省能耗 等特点。由于采用自流式泡沫槽，所以对矿浆液面要 求严格，否则无法可靠运行，所以必须配置相应的自 动控制装置，才能满足生产工艺要求，提高选矿指标。 对于5 0 m 3 以及更大一些的浮选机，国外已经 推广使用，并配有相应的自动控制系统，国内在矿浆 液位自动控制方面还缺少长期可靠的使用范例，还 没有适用于矿浆液位测量和自动控制的定型产品。 因此，开展大型浮选机矿浆液位自动控制的研究工 作十分必要和有益。 1方案确定 综合分析比较国内外各种形式矿浆液位计的特 性可以看出，吹气管式矿浆液位计，泡沫层及矿浆密 度变化对测量影响较大，因此检测精度低，且测压管 容易堵塞和腐蚀，必须定期清洗、标定。采用隔膜压 力传感器或电容式压力传感器的液位计，隔膜频繁 受冲击，容易损坏。超声波液位计因超声波的波速 取决于传播媒质的特性及温度、压力和密度，现场的 工况条件直接影响超声波的传播速度、超声波的反 射强度，导致该类仪表测量精度不高，有些甚至根本 无法正常运行。特别是矿浆表面有一层厚度变化的 泡沫层，气泡散射波束，因而超声波液位计不适用于 矿浆液位检测。 国内外液位检测技术现状表明，采用浮子一差 收稿日期2 0 0 5 0 8 0 8 作者简介骆冬玲 1 9 6 4 一 ，女，北京市人，高级工程师，主要从事 选矿自动化等方面的研究。 动电容式转角传感器组成的浮子式液位计测量矿浆 液位是适合我国国情的，采用特殊设计，能够满足大 型浮选机矿浆的工况要求。根据国外的成功经验和 我国现有状况，确定浮选槽矿浆液位控制系统由液 位变送器、控制器、气动执行机构、锥形排矿阀等部 分组成。控制系统的框图如图1 所示。浮选槽液面 的变化值由液位变送器检测后转换为4 ～2 0 m A 标 准信号，输入给控制器显示出液位值，并与设定值进 行比较，根据差值的方向和大小，输出相应的控制信 号给气动执行器，通过连杆机构，调节排矿闸门作相 应的变化，使矿浆液面维持在设定值。 囤垂} 匦翌卜匡巫互至圃 区壅卜_ 压画卜一 图1 控制系统框图 F k ．1S c h e m eo fc o n t m ls y s t d n 2 具体实施 2 ．1 液位变送器 液位变送器利用浮球做液位检出元件，它的垂 直运动通过机械连接，转换成转角传感器角度的变 化，再经电子线路变成直流信号输出，送控制器进行 显示和输出控制信号。 为实现将检测液位变化的浮球上下位移转换成 转角传感器的角度变化，设计了液位变送器。液位 变送器由浮球，浮球杆，上、下臂杆与支柱活动连接， 上下臂杆均采用双臂结构，使竖连杆只能上、下移 动，不能水平摆动，转角传感器装在支柱顶端的壳体 内，其转轴由支承上臂杆的上轴内孔伸出，与上臂巧 万方数据 有色金属第5 7 卷 妙连接，既能随臂杆的上下移动而转动，又不承受臂 杆的重力，且安装调整方便。这样就可以将液面或 界面的变化相应地转换为转角传感器的角度变化。 平衡码用于平衡臂杆、竖连杆和浮球的质量，根据矿 浆密度不同，调整平衡码在上臂杆上的位置，确保检 测矿浆界面的精确性。 2 ．2 传感器 传感器是液位变送器的关键部件，直接影响检 测精度和可靠性。差动电容式转角传感器是非接触 式结构，磨损极小，使用寿命长，运行可靠。为了提 高测量精度及可靠性，采用瑞士C a m i l l eb a u e r 公司 生产的K I N A X4 W 型电容式转角传感器组成液位 变送器。 2 ．3 控制器 控制器选用霍尼韦尔 H o n e y w e l l 公司生产的 以微处理器为核心的过程控制器，具有显示和控制 双重功能，并为传感器提供D C 2 4 V 电源。可以通过 面板的二个数字显示窗口和按键，方便地随时调显 输人、输出数据，确认或修改各种数据、调节参数、报 警值等。 来自液位变送器的输入信号输人缓冲电路处理 后，经A ／D 转换送到C P U ，C P U 根据已固化好的程 序，不断采样输入信号，进行线性化处理、数字滤波、 计算和标度转换，在显示窗显示液位值，并与预先设 定的液位值进行比较，进行P I D 优化控制运算，经 D ／A 转换，输出控制信号，经执行机构，带动排矿阀 门，调节排矿量使液位保持在设定值上。 控制器具有标准串行通讯接口，支持M o d b u s R T U 等总线通讯协议，可与D C S 系统连接。 2 ．4 气动执行机构 为了实现液位的自动控制，必须根据不同对象 配备相应的执行机构，组成闭环控制系统。执行机 构分为电动执行机构和气动执行机构两种。以往的 工作实践证明，由于排矿闸门容易受到粗颗粒矿浆 的堵塞，常出现自动调节不灵甚至卡死现象，对于大 型浮选机宜采用气动执行机构。 浮选机气动阀门执行机构是由双作用气缸和定 位器连接组成的直行程气动执行机构，可带手操机 构。它以压缩空气为动力，接受控制器输出的4 ～ 2 0 m A 控制信号，控制放矿阀门的开度，调节矿浆流 量。技术性能指标为输人信号，4 ～2 0 m AD C ；工 作压力，0 ．5 M P a ；基本误差， 2 ．5 ％；回差，1 ．5 ％； 死区，1 ％；使用温度，5 ～5 5 ℃；时间常数，2 5 s ；静态 耗气量，3 6 0 0 L ／h 。 2 ．5 测量筒和喷水装置 在对浮选槽矿浆液位实际检测中，为了防止矿 浆液面波浪对浮球的冲击和减少泡沫层对矿浆液面 测量的影响，通常还需要在浮选槽内安装测量筒。 测量筒上部圆柱形，远高出矿浆液面，下部为倒圆台 型，底部为开口，远低于泡沫层，浸在矿浆中。这样， 既能反应矿浆的液面变化，又能对泡沫层起隔离作 用。浮球安装在测量筒内，并应保证在上下运动时 不与测量筒壁相接触。为防止矿浆在浮球表面粘 结，在测量筒上部敷设喷水装置，不断用小水流喷洒 浮球表面，喷水量以对浮球无明显冲击力为准，以免 影响测量。 2 ．6 排矿闸门 实践表明，由于排矿闸门容易受到粗颗粒矿浆 的堵塞，常出现自动调节不灵甚至卡死现象。因此， 改用锥形排矿闸，并对锥度进行精确计算，实现线性 调节。 3系统运行 该系统投运在金川有色金属公司的K Y F 一5 0 型浮选机上，调节器采用P I 自整定控制模式。为防 止调节速度过快而引起超调量大，影响后续作业生 产，在保证调节品质的情况下，适当降低调节速度。 在线多次整定参数，比例带P 2 0 ％，积分时间1 3 ．5 m i n 。经现场运行，效果良好。实际测量数据 如表1 所示。系统动态性能纯滞后时间1 5 ～2 0 s ， 表1 现场测量数据 T a b l e1 S p o tm e a s u r i n gd a t a 时间 测量值设定值 时问 测量值设定值 ／m m／r r a n／m／m m 2 1 1 02 9 I2 9 02 1 2 02 9 02 9 0 2 1 3 02 9 42 9 02 14 02 9 52 9 0 2 1 5 0 2 9 6 2 9 02 2 0 02 9 02 9 0 2 2 1 02 9 12 9 02 2 2 02 9 22 9 0 2 2 3 02 8 62 9 02 24 1 12 8 22 9 0 2 2 5 0 2 9 0 2 9 02 3 0 02 8 52 9 0 2 3 i 02 8 62 9 02 32 02 8 82 9 0 2 3 3 02 9 12 9 0 2 3 4 02 9 32 9 0 2 3 5 02 9 52 9 000 03 4 73 5 0 01 03 4 83 5 00 2 03 5 23 5 0 0 3 03 5 43 5 00 4 03 5 33 5 0 0 5 03 4 83 5 00 10 03 4 63 5 0 0 I 1 03 5 23 5 00 12 03 5 43 5 0 0 1 3 03 5 73 5 00 1 4 03 5 23 5 0 0 1 5 03 5 23 5 00 2 0 03 4 63 5 0 0 2 1 03 4 83 5 00 2 2 03 5 33 5 0 0 23 03 5 63 5 00 2 4 03 4 83 5 0 0 2 5 03 5 13 5 00 30 03 5 33 5 0 0 3 1 03 5 73 5 00 3 2 03 5 1 3 5 0 万方数据 第4 期 骆冬玲5 0 立方米浮选机矿浆液位自动控制系统 时间常数1 ～1 ．5 m i n ，过渡时间 取5 ％ ，4 ～5 m i n 。 该系统共运行7 0 d ，控制效果良好，满足了浮选工艺 的要求。系统操作简单，使用维护方便，运行期间没 发生一次故障，受到现场操作人员的认可。 4 结语 矿浆液面自动控制系统技术性能先进，工作稳 定可靠，液位计采用了先进的差动电容式转角传感 器，是非接触、无磨损测量，测量精度高。控制器功 能强，配置灵活。具有自适应、自整定模式，在线整定 方便，整机防水、防尘。气动执行器工作可靠，故障 率低、维护简单、无死区，调节性能优良。整个控制 系统配置合理，工作稳定，操作简单，在K Y F 一5 0 浮选机上应用获得完全成功。它可根据浮选工艺要 求自动调节浮选机出泡量控制精矿产率，使浮选作 业始终满足工艺要求，提高精矿品位，保证一定的回 收率。是K Y F 一5 0 浮选机可靠运行的有力保障和 提高选别指标的有效手段。该系统达到了国际先进 水平。 参考文献 [ 1 ] 王永横．调节器与执行器【M ] ．北京清华大学出版社，2 0 0 1 1 5 8 1 6 8 ，1 1 6 1 2 0 ． [ 2 ] 刘元扬，刘德溥．自动检测和过程控制[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 0 1 9 9 2 2 7 ，2 8 1 2 9 1 ． A u t o m a t i cC o n t r o lS y s t e mo fP u l PL e v e lf o r5 0 m 3F l o t a t i o nE q u i p m e n t L U O D o n g - l i n g B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo f M i n i n g ＆M e t a l l u r g y ，B e O i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a e t T h ea u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mo fp u l pl e v e lf o r5 0 m 3f l o t a t i o ne q u i p m e n ta n dt h er e s u l t so fi n d u s t r i a le x p e r l m e n t sw i t hi tarei n t r o d u c e d ．T h es y s t e mc o n s i s t so fl e v e lt r a n s d u c e r ．c o n t r o l l e ra n dp n e u m a t i ca c t u a t o r ．T h e s u c c e s s f u li n d u s t r i a le x p e r i m e n t a lr e s u l t sa I ea c h i e v e dw i t hK Y F - 5 0f l o t a t i o ne q u i p m e n ti nJ i n c h u a nN o n f e r r o u s M e t a l s ．G r o u pC o r p ．T h es y s t e mi st h ep o w e r f u ls a f e g u a r do fs t a b l eo p e r a t i o na n dt h ee f f e c t i v em e a s u r eo fu p d a t i n gc o n c e n t r a t i o ni n d e x e sf o rK Y F 一5 0f l o t a t i o ne q u i p m e n t ． K e y w o r d s m i n e r a lp r o c e s s i n g ；p u l pl e v e l ；a u t o m a t i cc o n t r o l ；p n e u m a t i ce x e c u t i v em a c h i n e 万方数据