高频谐波磁场磁选机自适应液位控制系统研究.pdf

1 0 4 有色金属 选矿部分2 0 2 1 年第2 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 2 1 ．0 2 ．0 1 7 高频谐波磁场磁选机自适应液位控制系统研究 赵海亮1 ’2 ，史佩伟1 ’2 ，尚红亮1 ’2 ，李国平1 ’2 1 ．矿冶科技集团有限公司，北京1 0 0 1 6 0 ；2 ．北矿机电科技有限责任公司，北京1 0 0 1 6 0 摘要磁选机液位参数是影响此类磁选机分选指标的重要参数，在实际生产中，磁选机液位随着给矿条件的变化出现 较大范围的波动，目前采用人工调整液位的方法，一方面人工工作量较大，另一方面人工调整精度与操作工业务水平相关，造 成最终分选指标的波动。高频谐波磁场磁选机作为一种高精度分选设备，其液位调整的参数更多，分选指标对于分选液位的 敏感度更高，单一依靠人工调整已无法满足使用要求。本文研制出一种磁选机液位控制系统，用于磁选机液位高精度自适应 调控。 关键词高频谐波磁场磁选机；自适应；液位控制；提精降杂 中图分类号T D 4 5 7文献标志码A文章编号1 6 7 卜9 4 9 2 2 0 2 1 0 2 一0 1 0 4 一0 5 R e s e a r c ho nA d a p t i V eL e V e lC o n t r o lS y s t e mo fM a g n e t i cS e p a r a t o r w i t hH i g hF r e q u e n c ya n dH a r m o n i cM a g n e t i cF i e l d Z H A OH n i Z 如行9 1 ～，S H 工P P i 硼P i l ”，S H A N GH o 行g Z i “咒9 1 一，L IG “o 乡i 卵9 1 ’2 j ．B C 次I M MT 8 f 7 2 0 Z o g yG ，‘o “p ，B 8 i 歹i 他gI O O j 6 0 ，C 撬i 7 z 口； 2 ．B G R j M MA 勉c 危i 以8 r y A 甜￡0 7 咒n ￡i o 咒r e c 矗咒o Z o g yC o ．，L ￡岔，B P i 歹i 靠gJ D 0 6 0 ，C 矗i n n A b s t r a c t T h e1 i q u i dl e v e lp a r a m e t e ro fm a g n e t i cs e p a r a t o ri sa ni m p o r t a n tp a r a m e t e rw h i c ha f f e c t s t h es e p a r a t i o ni n d e xo f t h i sk i n do fm a g n e t i cs e p a r a t o r ．I na c t u a lp r o d u c t i o n ，t h el i q u i dl e v e lo fm a g n e t i c s e p a r a t o rf l u c t u a t e si na1 a r g er a n g ew i t ht h ec h a n g eo fo r ef e e d i n gc o n d i t i o n s ， o nt h eo n eh a n d ，t h em a n u a l w o r k l o a di s1 a r g e ，a n do nt h eo t h e rh a n d ，t h em a n u a la d ju s t m e n ta c c u r a c yi sr e l a t e dt ot h eo p e r a t i o n1 e v e l ， r e s u l t i n gi nt h ef i n a ls o r t i n gi n d e xf l u c t u a t i o n s ．A s ak i n do fh i g h p r e c i s i o ns e p a r a t i o ne q u i p m e n t ， h i g h f r e q u e n c yh a r m o n i cm a g n e t i cs e p a r a t o rh a sm o r ep a r a m e t e r st oa d ju s tt h el i q u i dl e v e l ， a n di t ss e p a r a t i o n i n d e xi sm o r es e n s i t i v et ot h el i q u i d1 e v e l ．I nt h i sp a p e r ，ak i n do fm a g n e t i cs e p a r a t o r1 i q u i d1 e v e lc o n t r o l s y s t e mi sd e v e l o p e d ， w h i c hi su s e df o rh i g hp r e c i s i o na d a p t i v ec o n t r o lo fm a g n e t i cs e p a r a t o rl i q u i dl e v e l ． K e yw o r d s h i g h f r e q u e n c y h a r m o n i cm a g n e t i c s e p a r a t o r ；s e l f _ a d a p t a t i o n ；l i q u i d l e v e l c o n t r o l ； r e f i n i n ga n di m p u r i t yr e d u c i n g 随着矿冶行业的发展及技术进步，对于矿山设 备的要求由粗放式增长转变为针对性、精细化发展， 对矿石分选效率的要求越来越高，在全国铁矿选矿 领域开展了广泛研究并进行技术改造[ 1 ] 。磁选设备 作为一种重要选矿设备，其液位参数是影响磁选机 分选指标的重要参数。随着国家对于智能矿山的建 设要求逐步提高，白适应液位控制的研究逐步深入。 高频谐波磁场磁选机作为一种对于液位最为敏感的 磁选设备，其自适应液位控制系统的研究普遍适用 于常规磁选设备。1 J 。 高频谐波磁场磁选机分选原理 高频谐波磁场磁选机分选原理如图1 所示。与 常规筒式磁选机磁系固定不动的形式不同，高频谐 波磁场磁选机其磁系与筒体异步旋转，磁系在自身 驱动系统的驱动下，在一个周期内高频旋转，因此磁 性矿石在磁筒表面可产生数十倍于常规筒式磁选机 的磁翻滚，同时磁链形状由粗粒长轴形式打散为短 针状形式，在随筒体高速翻转的同时自身高速自转， 在此过程中弱磁性矿石及贫连生体得到充分的暴 露、分离，最终实现矿石高精度分选[ 2 。5 ] 。 收稿日期2 0 2 0 0 5 1 2 作者简介赵海亮 1 9 8 6 一 ，男，河北廊坊人，硕士，高级工程师，主要从事磁选设备设计和优化研究工作。 万方数据 2 0 2 1 年第2 期赵海亮等高频谐波磁场磁选机自适应液位控制系统研究 1 0 5 尾矿精矿 图1高频谐波磁场磁选机原理图 F i g ．1 S c h e m a t i cd i a g r a mo fh i g hf r e q u e n c yh a r m o n i cm a g n e t i cf i e l dm a g n e t i cs e p a r a t o r 2液位自适应控制系统研究 2 ．1 液位控制系统组成 高频谐波磁场磁选机液位控制系统是集实时液 位检测、液位信号传递、P L C 液位控制及机械执行机 构于一体的液位自适应控制系统。该系统主要包 括液位自动监测系统、液位自动控制系统及液位机 械执行及保障系统三部分。其中，液位自动监测系 统包括设置于分选腔体侧部的液位联通监测装置， 内置传感器固定杆，液位联通口，液位传感器，外部 由不锈钢盒封装；感应固定杆为双侧圆柱体固定杆， 用于缠绕液位传感器信号线；液位联通口开在槽体 一侧侧板，通过联通器原理联通液位监测装置与分 选腔体；液位传感器采用压力传感器，液位检测精度 为1 0m m 。该装置底部设置有排粗装置，定期清 理以避免粗粒矿浆淤积影响液位传感器监测 精度‘6 7 I 。 液位自动控制系统，主要包括1 ～5 个主控管 道，置于分选腔体内，分别为底箱水控制管道、尾流 控制管道，其中底箱水控制管道主要控制分散水量， 其水量大小一方面影响分选矿浆浓度，另一方面影 响分选腔体液位，尾流控制管道主要控制尾矿出水 量，其出水量大小一方面影响分选腔体液位，另一方 面影响分选区域内的矿浆流态。控制系统同时包括 1 ～5 个辅助控制管道，分别为精矿分离区控制管道、 漂洗区控制管道，其中精矿分离区控制管道主要影 响精矿浓度，对于主控管道的影响主要体现在水压 的影响，漂洗区控制管道主要影响漂洗区，一方面影 响分选腔体液位，同时影响漂洗效果，进而影响精矿 品位。P L C 控制模块是液位自动控制系统的核心，通 过识别液位自动监测系统的液位信号，实时分析理想 液位并控制机械执行机构执行相关操作。本模块主 要包括气压补偿模块、容限加权模块、信号比较模块 三个部分，三个部分协同作用，保证液位控制精度[ 8 ] 。 液位执行及保障系统主要包括两个部分机械 执行和机械保障。其中，机械执行部分主要是电磁 控制阀，通过识别P L C 发出的阀域指令控制电磁阀 开度；电磁阀置于管道的两端，通过联接法兰与管道 联接。机械保障系统与液位自动控制系统并联，必 要时可通过机械方式短路自动控制系统，实现手动 控制。该装置主要包括短路管道、机械调整阀、流 量显示器。机械保障部分的作用主要是当液位自适 应控制系统出现异常时，可人工导入液位控制机械 保障系统，短路自适应控制管道，开启机械调置装 置，通过人工调整机械阀开度进行人工调整，以保证 分选腔体内部液位的稳定[ 9 。1 0 | 。 主控管道一2辅助管道一4 图2自适应液位控制系统示意图 F i g ．2 S c h e m a t i cd i a g r a mo fa d a p t i v e 1 e v e lc 。n t r 0 1s y s t e m _ 口 广一 液 液 一 n I 嘲 位 位 L信容 再 信 传 压 号 限力r | 门 号 感 补比力r | 权 执 器 偿较权与 行 执 器 行 。。。。。。_ l 设置与显示l 图3P I 。C 控制策略示意图 F i g ．3 S c h e m a t i cd i a g r a mo f P I 。Cc o n t r o ls t r a t e g y 万方数据 1 0 6 有色金属 选矿部分2 0 2 1 年第2 期 本系统在使用时，分选腔体内的矿浆通过液位 联通口与液位监测装置内联通，液位监测装置内的 液位随分选腔体内的液位变化而变化，固定在液位 固定杆上的液位传感器实时读取液位监测装置内的 液位信息，从而完成了对于对分选腔体内部液位信 息的检测。同时，如图4 所示，传感器将读取的实时 液位信息传送至液位显示装置，通过液位显示装置 实时显示液位信息，根据液位监测装置实时检测到 的液位信息，液位控制装置通过P L C 模块，实时发 出液位信息的调整指令，当液位处于合理液位区间 内时，液位控制装置则保持现状，当液位超出合理液 位区间时 液位过高或者过低 ，P L C 模块根据设定 的调整策略，发出液位调整指令至液位控制执行机 构，通过自动控制主控管道和辅助管道电动蝶阀的 开闭来控制分选腔体的液位。具有液位自适应控制 系统的分选腔体如图5 所示。 图4 液位自适应控制系统示意图 F i g ．4 S c h e m a t i cd i a g r a m 。fl i q u i d l e v e la d a p t i v ec o n t r o ls y s t e m 图5液位控制分选腔体示意图 F i g ．5 S c h e m a t i cd i a g r a m 。fl i q u i d l e v e lc o n t r 0 1s e p a r a t i o nc h a m b e r 2 ．2 自适应控制系统主要影响因素 2 ．2 ．1 海拔影响因素 影响液位控制灵敏度的因素主要有海拔和液位 滞后两个因素，表1 为在不同海拔高度下，同种矿样 分选试验结果，表中以精矿品位提升幅度作为分选 指标优劣的指征。 表1不同海拔高度下液位调整精度对比 T a b l e1 C o m p a r i s o no f l i qu i dl e v e l a d ju s t m e n ta c c u r a c ya td i f f e r e n ta l t i t u d e 由表1 结果可知，海拔高度越高，气压越低，液 位监测及控制装置的调整精度也在下降，随着液位 调整精度的下降，分选指标也逐步恶化。因此，需要 采取修正措施，消除由于气压变化产生的误差。本 文研究的高频谐波磁场精选机液位自适应控制系 统，融合了气压补偿策略，基本消除了海拔因素对 液位调整精度的影响，数据如表2 所示。由表2 结 果可知，融合气压补偿策略后，液位自适应控制系 统的液位调整精度明显提高，分选指标接近理想 指标。 表2融合气压补偿策略后不同海拔 高度下液位调整精度对比 T a b l e2 C o m p a r i s o no f l i q u i dl e v e l a d ju s t m e n ta c c u r a c ya td i f f e r e n ta l t i t u d e sa f t e r i n t e g r a t i o no fa i rp r e s s u r ec o m p e n s a t i o ns t r a t e g y 2 ．2 ．2 矿浆浓度影响因素 矿浆浓度大小是影响磁选设备分选指标优劣的 重要因素，对于自适应控制系统，其矿浆浓度主要影 响液位传感器的监测精度。同时，由于自适应控制 系统在控制底箱分散水量、尾流大小及漂洗水量大 小时，也会造成矿浆浓度在一定范围内小幅波动，因 此，需要研究矿浆浓度的变化对于液位自适应控制 系统的相互作用，试验数据如表3 所示。由表3 结 果可知，浓度越低，液位调整精度越差，反馈到最终 精矿方面是精矿品位的降低。因此，在实际生产 中，为最大提升液位调整装置的作用，需要将矿浆 万方数据 2 0 2 1 年第2 期赵海亮等高频谐波磁场磁选机自适应液位控制系统研究 1 0 7 浓度控制在4 0 ％以下，最优分选区间需要控制在 2 5 ％～3 5 ％。 表3 不同矿浆浓度下液位调整精度对比数据 T a b l e3 C o m p a r i s o nd a t ao fl i q u i dl e v e la d ju s t m e n t a c c u r a c yu n d e rd i f f e r e n ts l u r r yc o n c e n t r a t i o n 2 ．3自适应控制系统机械保障系统研究 自适应液位控制系统、机械保障系统是自适应 控制系统的重要组成部分，当液位自适应控制系统 出现异常时，可人工导入液位控制机械保障系统， 短路自适应控制管道，开启机械调整装置，通过人 工调整机械阀开度，以保证分选腔体内部液位的 稳定。 液俯闩剥『格；击| | 图6控制管道示意图 F i g ．6 S c h e m a t i cd i a g r a mo fm a g n e t i c s e p a r a t o rc o n t r o lp i p e l i n e 2 ．4自适应控制一键启停功能研究 高频谐波磁场磁选机的可调功能较多，主要包 括磁系转速、磁筒转速、卸料辊转速、液位控制4 个 方面，对现场值守人员的要求较高，为降低操作难 度，将所有可调参数集成到一个系统内，当调试完毕 后，记录最佳参数数值，现场人员只需操作启停按 钮，系统根据记录的最优参数和实时反馈的液位信 息，自动运行至最佳状态。 图7 优化前控制面板示意图 F i g ．7 S c h e m a t i cd i a g r a mb e f o r e t h eo p t i m i z a t i o n l ■寸 黑舅 固 晨⋯ ■景冒眵瓷，， 图8 优化后一键启停控制面板示意图 F i g ．8 S c h e m a t i cd i a g r a ma f t e r 仆1 eo p t i m i z a “o n 3 具备液位自适应控制功能的高频谐 波磁场磁选机试验研究 高频谐波磁场磁选机搭配液位自适应控制系统 后，其设备稳定性大幅提高，同时精矿和尾矿指标趋 于稳定，表4 是在攀西某大型选厂使用液位自适应 控制系统前后连续3 0 天生产考察指标平均值。由 表4 结果对比可知，使用液位自适应控制系统后，高 频谐波磁场磁选机的分选指标明显由于未使用此系 统前的指标，同时设备运行更加稳定。 表4使用液位自适应控制系统前后分选指标对比 T a b l e4 C o m p a r i s o no fs o r t i n gi n d e x e sb e f o r ea n da f t e ru s i n gl i q u i d1 e v e la d a p t i v ec o n t r 0 1s y s t e m／％ 昙 万方数据 1 0 8 有色金属 选矿部分2 0 2 1 年第2 期 4结语 1 随着计算机、通信、工业网络、自动化仪表数 字化和智能化技术的发展，选矿过程自动控制将成 为未来矿山建设的发展趋势。在践行“智能分选”理 念的过程中，永磁磁选设备的自动化控制进展较为 缓慢，需要在今后的生产实践中进一步加强。 2 文中介绍的液位控制系统，首次应用到永磁 筒式磁选设备，通过液位监测系统、液位控制系统与 机械保证系统的协同运行，实现了分选腔体液位的 实时控制与无人值守。 参考文献 [ 1 ] 刘永振，王晓明．近几年我国永磁磁选设备的技术发 展[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 7 增刊1 6 9 7 3 ． L I UY o n g z h e n ，W A N GX i a o m i n g ．R e c e n td e v e l o p m e n t s o fp e r H m n e n tm a g n e t i cs e p a r a t o r si nC h i n a [ J ] ．N o n f e r m u s M e t a l s M i n e r a lP r o c e s s i n gS e c t i o n ，2 0 1 7 S 1 6 9 7 3 ． [ 2 ] MH Ⅲe B _ 】I _ b o B ，蔡怀智．用r B M 一9 0 ／2 5 0 型磁选机对磁 铁矿精矿进行再选的工业试验[ J ] ．国外金属矿选矿， 1 9 8 6 3 4 6 4 8 ． Ⅲe B J I 五o BMH ，C A IH u a i z h i ．I n d u s t r i a lt e s to fm a g n e t i c s e p a r a t i o no fm a g n e t i t ec o n c e n t r a t eb yr B M 一9 0 ／2 5 0 m a g n e t i cs e p a r a t o r [ J ] ．M e t a l l i c0 r eD r e s s i n gA b r o a d ， 1 9 8 6 3 4 6 4 8 ． [ 3 ] A L L E NNR ．M i n e r a lp a r t i c l er o t a t i o nm e a s u r e m e n t s f o rm a g n e t i cr o t a t i o ns e p a r a t i o n [ J ] ．I Ⅵa g n e t i ca n d E l e c t “c a lS e p a r a t i o n ，2 0 0 2 ，1 1 3 1 5 5 一1 6 8 ． [ 4 ] s V O B O D AJ ．M a g n e t i ct e c h n i q u e sf o rt h et r e a t m e n to f m a t e r i a l s [ M ] ．N e wY o r k S p r i n g e r V e r l a g ，2 0 0 4 1 2 1 8 ． [ 5 ] 邱中玉，张振宇，郑九龄．湿式永磁旋转磁场磁选机及 提高铁精矿品位的工业试验[ J ] ．有色金属 冶炼部 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 1 0 ] 分 ，1 9 7 8 1 1 3 2 1 ． Q I UZ h o n g y u ，Z H A N GZ h e n y u ，Z H E N GJ i u l i n g ．W e t p e r m a n e n tm a g n e t i cr o t a r ym a g n e t i cf i e l ds e p a r a t o ra n d i n d u s t r i a lt e s to fi m p r o v i n gi r o nc o n c e n t r a t eg r a d e [ J ] ． N o n f e r r o u sM e t a l s E x t r a c t i v eM e t a l l u r g y ，19 7 8 1 1 3 2 1 ． 曾云南．选矿厂选别作业自动控制综述[ J ] ．金属矿山， 2 0 0 7 增刊1 2 5 8 2 6 3 ． Z E N GY u n n a n ．R e v i e wo nt h ea o t u m a t i cc o n t r o li n s e p a r a t i n gw o r ko fo r ed r e s s i n gp l a n t [ J ] ．M e t a lM i n e ， 2 0 0 7 S 1 2 5 8 2 6 3 ． 李风姿．选矿设备运行状监控平台的设计与开发[ D ] ． 沈阳东北大学，2 0 1 3 ． L I F e n g z i ．D e s i g n a n d d e v e l o p m e n t o f e q u i p m e n t o p e r a t i o n s t a t u s m o n i t o r i n gp l a t f o r m o fm i n e r a l p r o c e s s i r l g [ J ] ．S h e n y a n g N o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y ，2 0 1 3 ． 朱彩虹．汽液两相流自调节液位控制装置的应用[ J ] ． 东北电力技术，2 0 0 3 8 2 5 2 6 ． Z H UC a i h o n g ．T h ea p p l i c a t i o no f s e l f _ a d j u s t i n g f l u i d 1 e v e lc o n t r 0 1d e v i c ef o rs t e a mw a t e rt w o - p h a s ef l o w [ J ] ． N o r t h e a s tE l e c t r i cP o w e rT e c h n o l o g y ，2 0 0 3 8 2 52 6 ． 程宗政，施毅平，张金力，等．基于模糊神经网络P I D 算 法的液位控制系统研究[ J ] ．电子测量技术，2 0 1 9 2 6 5 6 8 ． C H E N GZ o n g z h e n g ，S H IY i p i n g ，Z H A N GJ i n l i ，e ta 1 ． R e s e a r c ho f1 i q u i dl e v e lc o n t r o ls y s t e mb a s e do nf u z z y n e u r a ln e t w o r kP I D a l g o r i t h m[ J ] ． E l e c t r o n i c M e a s u r e m e n tT e c h n o l o g y ，2 0 1 9 2 6 56 8 ． 刘文辉，蒋叶辉．汽液两相流液位控制器的改进分 析[ J ] ．发电与空调，2 0 1 6 4 7 68 2 ． L I UW e n h u i ，J I A N GY e h u i ．I m p r o v e m e n to f1 i q u i d1 e v e l c o n t r 0 1 l e rw i t hv a p o r 一1 i q u i dt w 卜p h a s ef l o wp r i n c i p l e [ J ] ． P o w e rG e n e r a t i o n ，2 0 1 6 4 7 6 8 2 ． 万方数据