基于PLC的磁选柱溢流液面自动控制系统设计与应用.pdf

6 8 有色含晨 选矿郜分2 0 1 5 年第4 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 1 5 ．弧0 1 7 基于P L C 的磁选柱溢流液面自动控制系统设计与应用 张雷，庞星，倪娟，徐娇 金堆城钼业集团有限公司，陕西华县7 1 4 1 0 2 摘要通过分析磁选柱在磁铁矿粗精矿脱泥工艺中发生。落槽”、。翻黑”等现象对产品技术指标的影响，设计了基于 P L C 的磁选柱溢流液面自动控制系统，介绍了该控制系统的设计原理及其在某选矿厂磁性铁粗精矿脱泥工艺中的应用实践。 取得了明显的经济效益。 关键词磁选柱；P L c ；溢流液面；自动控制 中图分类号T D 6 7 9 ；T D 4 5 7 ；T D 9 2 4 ；T D 9 5 1文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 5 0 4 - 0 0 6 8 - 0 4 D e s i g na n dA p p l i c a t i o no fP L C - b a s e dM a g n e t i cS e p a r a t i o nC o l u m nO v e r f l o w L i q u i dL e v e lA u t o m t i cC o n t r o lS y s t e m Z H A N GL e i ，P A N G 施n g ，N IJ u a n ，X Uj i a o J i n d u i c h e n gM o l y b d e n u mG r o u pC o ．，玩，H u a x i a nS h a a n x i7 1 4 1 0 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep h e r 眦咂，s u c h 鹪“粤训n g ”a n d “t I l 咄b l a c k ”o c c u r r e di nt h ec o l u m nm a g n e t i cs e p a r a t i o n d u r i n gm a g n e t i t er o u s hc o n c e n t r a t ed e s l i m i n gp r o c e s s ．B y 趾m 慨t h ee f f e c to ft h e s ep h e n o m e n ao nt h et e c h n o l o g y i n d i c a t o ro fp r o d u c t ，w ed e s i g n e dP L Cb a s e dc o h n mm a g n e t i cs e p a r a t i o no v e r n o wl i q I l i dl e v e la u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e m ， a n di n t r o d u c e dt h ed e s i g np r i n c i p l eo ft h i sc o n t r o ls y s t e m ．T h i ss y s t e mh a sa l r e a d yb e e na p p l i e di nt h em a g n e t i t e 呻 c o n c e n t r a t ep r o c e s sa ts o m ec o n c e n t r a t i n gm i l l ，a n dr e m a r k a b l ee c o n o m i cp r o s i th a sb e e na c h i e v e d ． K e yw o r d s m a g n e t i cs e p a r a t i o nc o l u m n ；P L C ；o v e r f l o wl i q u i dl e v e l ；a u t o m a t i cc o n t r o l 磁选柱是一种电磁式低弱脉动磁场的磁重选矿设 备，设备结构如图l 所示，具有对磁铁矿分选能力强、占 地面积小、电耗低、运行可靠等优点，目前在国内各类型 磁铁矿选矿厂中均有应用。选别原理为柱体内部采用 直流供电励磁，产生循环往复，顺序下移的电磁场向下 拉动聚合的磁链，从底流排出高品位磁铁矿；柱体中下 部引入切线给水管，通过水力的旋转匕升将单体脉石及 部分连生体冲带上升，从溢流排出尾矿【lJ 。 某磁性铁选矿厂主要回收金堆城钼业集团有限 公司选硫尾矿中的磁性铁矿物，采用一次粗选、三次 精选、中矿再磨选别流程。磁选柱在该选矿厂脱泥 工艺的使用过程中，由于磁铁矿生产指标检验的滞 后性，对脱泥工艺的调整基本凭借现场岗位人员的 操作经验进行；同时，由于磁选柱给人矿量的不稳 定，若岗位人员不能够及时对底流和补水阀门进行 合理的联动调整，则会造成磁选柱的“落槽”、“翻 黑”，对铁精矿技术指标造成影响。 厂给矿 图l 磁选柱结构图 F i g ．1M 昭n e t i c8 e p a l 血o nc o h n ms t r u c t u r ed i | 妒m l 一给矿器；2 一尾矿溢流槽；3 分选柱体及磁系； 4 一补水管控箭阀门；5 一底流控制周门 投稿日期2 0 1 5 - 0 3 - 1 0 修回日期2 0 1 5 - 0 5 - 1 9 作者简介张雷 1 9 8 0 一 ，男，陕西长安人，工程师，主要从事选矿自动化方面的研究工作。 万方数据 垫竖年箍，期张雷等基于P L C 的磁选柱溢流液面自动控制系统设计与应用 o 为确保尾矿资源的高效回收利用和选矿技术指 标的提升，本文提出了一种利用P L C 作为控制器，采 用P I D 控制对磁选柱溢流液面进行自动调节的控制 系统，实现了磁性铁粗精矿脱泥工艺的稳定可调，并 且成功应用于生产实践，取得了良好的经济效益。 1 控制系统概述 1 ．1 控制目标 总体目标全面提升磁性铁粗精矿在脱泥工艺 的关键技术经济指标，杜绝人工操作的误差，降低劳 动强度。具体目标为磁选柱溢流品位小于1 ．5 ％； 通过脱泥工艺提升品位大于4 ％。 1 ．2 控制要求 1 可靠性和易操作性由于磁选柱在运行过程 中会产生循环电磁场，故本系统所采用控制元件均 具有强抗电磁干扰能力；由于控制系统的操作对象 为岗位工人，故本系统所采用的人机界面具有易操 作性、界面直观及手动自动快速切换等功能。 2 P I D 控制算法对磁性铁脱泥工艺的全面适 应系统的两个执行器e P 牢l , 水角阀、底流角阀需根据 P I D 算法进行合理的联动调节，以确保脱泥工艺产品 技术指标的最优化。 2 控制系统硬件配置 综合以上控制目标和要求，本系统采用西门子 7 - 2 0 0 系列可编程控制器为控制器，德国西克U M l 8 系列超声波液位计为传感器，西门子T D 4 0 0 C 控制面 板作为人机界面，西门子定位器及其控制的气动智 能角阀作为执行器心。3 ] 。其中，西门子定位器控制 精度为l ％，气动智能角阀响应速度为2s ，确保了整 个控制系统的精准、快速调节。 3 控制系统软件设计 由于本控制系统应用于磁性铁粗精矿脱泥工 艺，故编程原则应以提高选矿技术指标为核心H 1 。 本设计采用以下思路 1 补水角阀控制思路磁选柱上升水流压力由 补水角阀的开度大小控制，直接影响着精矿品位。 上升水流大时，单体脉石及部分连生体会不断冲带 上升为尾矿，有利于提升精矿品位；但上升水流压力 过大，部分细粒级磁性铁也会被带人尾矿之中，造成 磁选柱“翻黑”，影响到产品回收率。为保证脱泥工 艺稳定，需对补水角阀设定开度范围。 由于磁选柱供水压力要求不小于0 ．1 7M P a ，根 据对现场水压的测算，补水角阀开度为1 6 ％左右时， 供水压力可满足设备要求；另根据控制目标中对磁 选柱溢流品位的要求，当水压为0 ．5M P a 时。溢流品 位基本稳定在I 。5 ％左右，此时对应的补水角阀开度 为8 2 ％。因此，补水角阀开度范围设定为2 0 ％一 8 0 ％，在确保粗精矿脱泥效果的同时，稳定了产品回 收率。同时，由于补水角阀开度范围的缩小，提高了 控制系统的响应速度。 2 底流角阀控制思路磁选柱底流角阀的开度 大小控制着排出精矿的浓度，同时也影响着磁选柱 内矿层界面的高低及上升水流的压力。开度过小， 下部精矿不能及时排出，造成矿层界面升高，磁选柱 “翻黑”，回收率下降；开度过大，会导致上升水流对 单体脉石及连生体的冲力下降，品位降低。为保证 脱泥工艺稳定，需对底流角阀设定开度范围。 磁选柱后续工艺为精选作业，最佳给矿浓度在 4 0 ％～6 0 ％，结合磁选柱溢流品位指标，根据表1 ，设 定底流角阀开度范围为3 0 ％一6 0 ％。 表l 底流角阀开度、底流浓度对照 T a b l e1C o m p a r i s o nt a b l eo fs w i t c hd e g r e e so fb o t t o m a n g l ev a l v ea n du n d e r f l o wc o n c e n t r a t i o n ，％ 底流角阀开度 2 03 04 05 0印7 0 底流浓度 6 5 ．3 7 5 7 ．2 35 1 ．醴4 7 ．3 64 0 ．O l 3 2 ．1 9 溢流品位 3 ．3 81 ．9 8 1 ．4 30 ．9 5O ．6 6O ．3 2 注各指标为保持补水角阀开度不变，给定底流角月不同开度 值，各运行1 小时共取样2 次的平均值 0 ．5I v 次 。 3 联动控制思路为保证自动控制系统的响应 速度，补水角阀需及时根据系统反馈值，通过跳跃式 大范围的开度变化，确保液流液面快速接近目标 值【5 ] 。由于补水角阀的变化只能在其设定的开度范 围内进行。因此在保证精矿品位提升的同时也确保 了回收率的稳定；同时，由于后续生产工艺要求，磁 选柱底流浓度需保持基本稳定，故底流角阀调节需 平稳，不可存在跳跃式的开度变化。因此本系统P I D 控制中首选补水角阀调节，在补水角阀开度最大或 最小仍存在偏差时，再由底流角阀参与调节。底流 角阀定位器以5s 为一个周期，通过补水角阀的最 杉最小开度两个反馈信号，其自身开度减4 ／增加 l ％，直至液面监测值与设定值无偏差。程序设计流 程图如图2 、图3 所示。 4 生产实践及效益分析 4 ．1 工业应用情况 该自动控制系统在某磁性铁选矿厂磁选柱脱泥 工艺进行了工业应用。经过为期1 个月的系统调试 后正式投入生产实践，运行2 个月以来，自动控制系 万方数据 7 0 有色含晨 选矿部分 2 0 1 5 年第4 期 统可靠，磁选柱溢流液面平稳，完全杜绝了磁性铁粗 精矿脱泥工艺中的“落槽”、“翻黑”现象，有效降低 了岗位工人的操作难度和强度，显著提高了产品主 要技术指标。累计生产指标对比见表2 。 【P V 液位检测值 L J P I D 一 【 s V 液位设定值 I O P P I D 输出值 臣匦歪圃 图2 补水角阀控制流程图 F i g ．2 W a t e ri n l e t 舳g l ev a l v ec o n t r o lf l o wd i a g r a m 表2 自动控制与手动控制条件下磁选柱主要技术 指标对比 T a b l e2M a i nt e c h n i c a lp a r a m e t e r sc o m p a r i s o n o f a u t o m a t i cc o n t r o la n dm a n u a lc o n t r o l ／％ 指标名称 加曼鬻月加；篇月指标舭 磁选柱精矿品位 底流 4 8 ．0 0 4 7 ．5 7 0 ．4 3 磁选柱尾矿品位 溢流 I ．0 72 ．1 0 一I ．0 3 壁姿壁旦堕空望 丝 壁丝 注由于自动控制系统安装及调试时间为2 0 1 4 年1 2 月，故时间 上以此为节点进行对比。 由表2 可以看到，自动控制系统能够很好地适 应现场的工艺变化，达到了控制目标中的具体指标 要求。与手动控制系统相比，作业回收率高0 ．6 6 ％、 尾矿品位低1 ．0 3 ％，确保了尾z 矿资源的高效回收 利用。 4 ．2 经济效益分析 根据表2 数据，磁选柱作业回收率提高O ．6 6 ％； 按磁选柱每小时处理矿量3 2t 、精选段作业回收率 9 0 ％计算，每年可增加磁性铁金属量16 4 2t ，折合 6 0 ％铁精矿标准量27 3 7t ，经济效益显著。 图3 主程序设计流程图 F i g ．3 M a i np r o g r a md e s i g nf l o wc h a r t 5 结论 筹麓鐾蠢震言言翥当妻萎黧漂筹 虽然磁选柱在国内各类型磁性铁选矿厂中均有平稳可靠，且投资小、经济效益明显，对确保尾矿资源 应用，但采用本文所采用的自动控制系统并成功应用 的高效回收利用具有积极意义。 万方数据 2 0 1 5 年第4 期张雷等基于P L C 的磁选柱溢流液面自动控锚系统设计与应用 7 l 参考文献 [ 1 】曹福利，刘秉裕．磁铁矿的高效精选设备裕丰柱磁选 柱结构和生产实践[ J ] ．金属矿山。2 0 0 6 增刊 3 9 3 - 3 9 7 ． [ 2 ] 赵中敏，张秋云，杨广才．P L C 控制系统设计[ J ] ．机床电 器。2 0 0 7 2 3 7 - 4 0 ， [ 3 ] 王德吉．西门子P L C 控制技术[ M ] ．北京机械工业出版 社，2 0 1 4 ． [ 4 ] 苏伟，董继先。樊联哲，等．自动控制与检测技术在选矿 过程中的应用[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 5 1 8 6 9 0 ． [ 5 ] 董学勤，叶高奇．基于P I D 算法液位控制系统的设计[ J ] ． 机械研究与设计，2 0 1 2 3 1 8 3 - 1 8 6 ． 1 上接第2 0 页 2 ．3 闭路试验 全流程闭路试验流程见图7 。试验结果见表2 。 原矿 表2 7 r a b l e2 图7 闭路试验流程 F i g ．7 F l o w s h e e to fc l o s e d - c i r c u i tt e s t 全流程闭路试验结果 R e s u l to fc l o s e d 。c i r c u i tt e s t，％ 3结论 1 矿石中铜、钴矿物主要以硫化物形式出现， 铜、钴氧化率不高，属于原生铜钴硫化矿。矿石中主 要含铜、钻矿物有黄铜矿、斑铜矿、硫钴矿，还有少量 的辉钴矿和硫铜钴矿，矿化存在明显的分带特征。 矿石主要化学成分分析结果为，原矿铜品位1 ．8 5 ％， 钴品位0 ．0 7 5 ％。 2 矿石样品物相分析结果表明，在黄铜矿一斑 铜矿带，黄铜矿可占到金属硫化物矿物比例为6 0 ％ ～8 7 ％，斑铜矿约占到l O ％～3 5 ％，其他矿物硫铜钴 矿、黄铁矿、磁黄铁矿等约占4 ％～1 0 ％；在黄铜矿 黄铁矿带，黄铜矿可占到金属硫化物矿物比例为 6 0 ％- 9 5 ％，黄铁矿 磁黄铁矿约占到5 ％～3 5 ％，其 他矿物硫铜钴矿、斑铜矿等约占5 ％一1 5 ％。 3 通过使用高效选择性捕收剂B K 4 0 4 ，采用优 先选铜再选钴的工艺流程，最终获得小型闭路试验 结果为铜品位3 1 ．4 8 ％、铜回收率9 0 ．2 3 ％的铜精矿 和钻品位1 ．4 6 ％、钻回收率4 2 ．∞％的钻精矿。 参考文献 [ 1 ] 刘汝清，逢思宇．赞比亚共和国主要矿产资源及典型矿 床[ J ] ．资源与产业，2 0 1 3 1 5 5 7 - 6 1 ． [ 2 ] 王立刚，张慧，叶岳华，等．刚果 金 某难选铜钴矿选 矿工艺技术研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 2 3 1 0 - 1 3 ． [ 3 ] 谭欣，刘亚辉。李军，新型浮选剂T F - 3 浮选铜钴矿石 的试验研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，1 9 9 9 6 2 2 - 2 5 ． [ 4 ] 欧乐明，尹冰一，冯其明，等．某硫化．氧化混合型铜钴矿 浮选工艺研究[ J ] ．金属矿山，2 0 0 9 2 7 5 - 7 8 ． [ 5 ] 张代林．从工艺矿物学分析转炉渣选矿存在的问题及对 策[ J ] ．金属矿山，2 0 0 9 1 1 1 8 6 - 1 8 8 ． [ 6 ] 刘耀青．有机抑制剂在铜浮选中的应用研究[ J ] ．有色金 属 选矿部分 。1 9 9 9 3 1 8 - 1 9 ． 万方数据