一种新型自动加药控制系统的设计.pdf

舳有色金属 选矿部分2 0 1 4 年第6 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s m l 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 4 ．0 6 ．0 2 0 一种新型自动加药控制系统的设计 黄斌，黄宋魏，韩中园 昆明理工大学国土资源工程学院，昆明6 5 0 0 9 3 摘要为使浮选药剂按工艺要求及时和准确添加，设计一种基于P L C 的自动加药机。该自动加药机结构简单、维护 方便、拥有较好的精准度、可靠性、重复性和自适应性，设计方案易于实现，适用于需精确加药的工业过程。 关键词浮选；P L C ；加药自动控制装置 中图分类号T D 4 6 3文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 4 0 6 - 0 0 8 0 - 0 4 AN e wD e s i g no ft h eA u t o m a t i cD r u g g i n gC o n t r o lS y s t e m H U A N GB i n ，H U A N GS o n g w e i ，H A NZ h o n g y u a n F a c u l t yo fL a n dR e s o u r c eE n g i n e e r i n g ，K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ， K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt oa d d i n gf l o t a t i o nr e a g e n tt i m e l ya n da c c u r a t e l ya c c o r d i n gt op r o c e s sr e q u i r e m e n t ， t h i s p a p e rp r e s e n t sad e s i g ns c h e m eo ft h ea u t o m a t i cd o s i n gs y s t e mw h i c hb a s e do nt h eP L C ．T h ea u t o m a t i c d o s i n gm a c h i n eh a ss i m p l es t r u c t u r e ，e a s ym a i n t e n a n c e ，w h i c hh a sg o o dp r e c i s i o n ，r e l i a b i l i t y ，r e p e a t a b i l i t y a n da d a p t a b i l i t ya n de a s yt oi m p l e m e n t ．I ti ss u i t a b l ef o rt h ei n d u s t r yp r o c e s sw h i c hn e e d e da c c u r a t ed o s i n g ． K e yw o r d s f l o t a t i o n ；P L C ；a u t o m a t i cd o s i n gc o n t r o ld e v i c e 浮选是最常用和最重要的选矿方法，据统计有 近9 0 ％的有色金属矿采用浮选的方法处理。浮选药 剂的添加质量又是影响浮选效果的重要因素之一⋯。 随着药剂添加制度的不断完善，大多数选矿厂都意 识到了传统人工加药有很多的不足，如加药不及 时、不准确，甚至出现断药现象。有部分选矿厂已 采用了自动加药装置，但是在一段时间后，由于管 道堵塞、药剂在管道内有一定的淤积等原因，造成 药剂添加失准，尤其是低剂量药剂的添加[ 2 - 3 ] 。本 文设计了一种新型自动加药装置，其结构简单，占 地面积小，重量轻，可以放在加药点附近。 1 自动加药机的总体结构 根据目前传统自动加药机的应用情况，发现药 箱中经常有很多固体杂质，不仅影响加药的精度， 而且使电磁阀的磨损较快。虽然在传统自动加药机 的加药箱人口装入了过滤网，但是由于其结构问 题，导致一段时间后，过滤网局部由于受到药剂冲 击磨损较快 或孔隙发生变化 ，总是有固体杂质 进入加药箱导致加药管路堵塞。在加药机正常使用 时，需要工人不定时的去测量当前自动加药机的药 剂流量是否准确，从而对药剂流量进行校正。传统 自动加药机的药剂需从加药箱经电磁阀进入加药管 道中，再流人加药点，这就需要操作工人先测量该 加药点的流量，若不准确，则要测量电磁阀出口处 的流量，操作十分复杂，而且加药箱一般都在高于 加药点的平台上，严重影响操作工的工作效率。 为解决传统自动加药机占地面积大、加药管道 长，药剂易在输送管道中残余致使加药量波动较 大，或因管道堵塞导致加药量不足甚至断药等问 题，本自动加药机独特的设计了过滤装置和加药装 置，以提高加药的精度，减少操作工人的劳动强 度。本自动加药机主要包括储药箱、加药箱及加药 装置。其工作过程如图1 所示，配置好的药剂经过 收稿日期2 0 1 4 0 2 2 0修回日期2 0 1 4 - 0 9 - 2 3 作者筒介黄斌 1 9 8 8 一 ，男，湖北襄阳人，硕士研究生，研究方向为选矿自动化及计算机应用。 万方数据 2 0 1 4 年第6 期黄斌等一种新型自动加药控制系统的设计8 1 补加药剂 口粤1 3 图1自动加药系统的工作过程 F i g ．1 t h ew o r kp r o c e s so fa u t o m a t i cd o s i n gs y s t e m 过滤装置后进入储药箱进行储备，加药箱通过浮球 阀与储药箱连接，当加药箱的液位下降时，浮球阀 自动开启，药剂从储药箱流入加药箱，以保证加药 箱的液位恒定，当需要加药时，控制系统打开加药 装置的电磁阀，药剂通过电磁阀输送到加药点。 1 ．1 过滤装置的设计 为了提高自动加药的精度和延长自动加药机的 使用寿命，本文介绍了一种新型的过滤装置。 浮选药剂中难免会有一定的杂质或结晶体。由 于浮选药剂用量一般都不大，药剂管道的设计与滤 网的倾斜方向一致 若大剂量药剂可考虑药剂管道 的倾斜方向与滤网的倾斜方向相反，以减缓药剂的 流动速度，提高过滤效率 。在本过滤装置中采用 双层滤网，上层滤网空隙比下层滤网空隙略大 若 药液中含有杂质过多，可以考虑多层滤网过滤 。 当过滤装置使用一段时间后，通过把手抽出滤网 盒，完成滤网的清理及维护，若滤网磨损较为严 重，则更换备用滤网盒，以免影响正常生产。滤网 盒的结构为双层盒体，滤网紧压在两层盒体中间， 以便于更换滤网。如图2 为过滤装置结构图右侧 为过滤装置俯视图，左侧为过滤装置的侧视图。 1 ．2 加药装置的设计 本自动加药机在结构上增加了加药装置部分 把传统自动加药机上加药箱的电磁阀独立设计成 加药装置 其结构轻便，可以悬挂或放置在加药点 图2 过滤装置结构图 F i g ．2 t h es t r u c t u r eo ff i l t e r e q u i p m e n t 附近，不仅缩短了加药管道，而且便于操作工人的 观察和检修。 目前国内常用的自动加药机一般都采用柱塞 泵、隔膜计量泵、电磁阀、磁力泵作为加药机的执 行器。根据现场实际应用情况发现柱塞泵由于其 柱塞裸露，且柱塞在液体中工作，在液体的研磨作 用下磨损较快，因此机器故障率高，维修工作量 大；隔膜计量泵由于进出口较小，当液体中含有杂 质或液体易结晶时，会导致其进出口密封不严，导 致液体流量波动很大，所以隔膜计量泵只适合应用 于清洁液体的添加，而且隔膜计量泵流量无法精准 调节，可靠性和时效性比较差；磁力泵由于其转轴 及叶轮在液体中工作，磨损很快、而且不能运送易 结晶或沉淀的液体，液体中不能含有磁性物质；电 磁阀种类较多，应用广泛，在应用中不易发生堵 塞，维护方便阳】。根据对几种执行器的应用情况 万方数据 8 2 有色套属 选矿部分2 0 1 4 年第6 期 的比较，在本自动加药机中采用电磁阀作为加药装 置的执行器。 由于在浮选过程中需要添加药剂的浮选槽中一 般都需要添加多种药剂，为了便于药剂添加的管 理，本设计在主加药管上安装3 个截止阀，当该药 剂的加药点较少时，则关闭中间的截止阀 中间的 电磁阀位置可根据实际情况而定 ，另一种药剂从 另一端的截止阀流进，实现两种药剂共用一个自动 加药装置。当该药剂加药点过多时，由于考虑到该 截止阀 截止阀 截止阀 装置的占地面积、重量等问题，打开中间的截止 阀，关闭另一端的截止阀，实现单种药剂的添加。 为解决小剂量加药过程中药剂在一定程度上会在管 道中残留的问题，采用一股冲洗水减少药剂残留问 题。应用摄像机监视药剂添加情况，避免断药现象 的出现。如图3 为加药装置结构图。右上侧为该加 药装置主视图，左上侧为该加药装置侧视图，下侧 为该加药装置俯视图。 电磁阀 2 加药控制系统的设计 斛俨口 图3 加药装置结构图 F i g ．3 t h es t r u c t u r eo fd n l g g i , , gd e v i c e 加药控制系统由计算机、可编程控制器 S 7 2 0 0 P L C 、电磁阀等组成。如图4 所示，上位机采 用D E L L 商用机，采用C P 5 6 1 1 通讯卡与P L C 进行 通讯，监控系统采用组态软件K i n g v i e w 6 ．5 3 进行开 发，控制和管理下位主机。下位主机采用西门子 P L C 一2 0 0C P U 2 2 6 C N 。 控制系统软件采用组态软件K i n g v i e w 6 ．5 3 进行 开发，主要从以下几个方面进行 2 ．1 加药量控制 1 加药控制。P L C 对每个加药电磁阀设定1 个定时器，分别对应加药电磁阀打开时间和加药电 磁阀加药周期 其周期一般为1I I l i n 。 现场执行机构 图4 控制系统结构 F i g ．4 S t r u c t u r eo fc o n t r o ls y s t e m 万方数据 2 0 1 4 年第6 期黄斌等一种新型自动加药控制系统的设计8 3 2 冲洗水控制。s 7 2 0 0 P L C 对每个冲洗水电 磁阀设定1 个定时器，分别对应冲洗水电磁阀打开 和冲洗水电磁阀关闭时间。当加药电磁阀关闭后 关闭一定时间后 ，打开冲洗水电磁阀，当冲洗时 间到后，关闭冲洗水电磁阀并等待下个开启指令。 2 ．2 加药监控系统 ， 监控系统软件用于加药控制的监控和管理，监 控功能如下 1 模拟工艺流程画面。直观了解各控制点的 数据情况。 2 操作面板。在该画面下可以设定各加药点 的参数，控制各电磁阀的启，停。 3 电磁阀标定。由于受药剂性质、加药箱内 液位高度等因素的影响，控制系统在使用前必须对 电磁阀进行标定。首先用量具量出事先设定的加药 时间的加药量，即可计算出单位时间的加药量 9 0 流量系数 ，用于标定电磁阀，写入P L C 后即生 效。这个流量系数将作为计算控制电磁阀开／关时 间的依据。 4 历史数据。提供加药过程中各种药剂的药 剂流量波动曲线及班累计消耗量、日累计消耗量、 月累计消耗量、年累计消耗量。提供历史数据记录 及查询功能，便于掌握药剂的消耗情况。 5 打印报表。报表文件为E x c e l 格式。可根 据需要输出每天任意时间段的报表。 6 远程监控。可以在连网的已授权的电脑上， 打开控制系统监控画面，便于技术人员远程指导 生产。 3 应用情况 2 0 1 2 年9 月，在云南某选矿厂投入应用，用 于铜矿浮选作业的加药控制，共有丁基黄药，2 5 号黑药两种药剂。全厂共有加药点1 6 个，根据浮 选作业的不同，加药点的加药量从几毫升到几十毫 升不等。经过近一年的实际生产应用表明，本控制 系统性能可靠，有效地提高了生产指标，降低药剂 消耗，减轻工人劳动强度，改善了工作环境。主要 体现在以下几个方面 1 提高了加药控制精度。加药量平均相对误 差小于2 ％，实现了药剂的准确及时的添加，操作 简单方便。 2 药剂节省效果显著。本控制系统有效地解 决了人工很难根据实际需要调节加药量的问题，避 免了加药过量或少药的现象。本控制系统投入运行 后，每班仅需要l 一2 名工人即可完成全厂的药剂准 确添加的工作，平均节约药剂2 3 ％。 3 稳定并提高了选矿厂生产指标。本控制系 统投入使用后，铜精矿品位提高了1 ．1 ％，回收率 提高了1 ．3 ％。 4 结论 本文设计开发的自动加药控制系统充分发挥了 s 7 2 0 0 P L C 模块化结构的优势，控制系统稳定可 靠，人机界面友好，该自动加药装置性能可靠，维 护方便，故障率低，药剂添加准确及时，监控方 便，节约了药剂的消耗，能有效地提高选矿厂的生 产指标。 参考文献 [ 1 ] 赵礼兵，李世厚．浮选自动加药控制的现状与发展[ J ] ． 冶金自动化，2 0 0 4 ，2 8 z 1 9 9 5 9 9 8 ． [ 2 ] 伊祖俭．凤凰山铜矿浮选药剂自动控制的实践[ J ] ．金属 矿山，1 9 9 9 4 4 7 - 4 9 ，5 5 ． [ 3 ] 周俊武，徐宁．选矿自动化新进展[ J ] ．有色金属 选矿 部分 ，2 0 l l z 1 4 7 一”． [ 4 ] 杜景贵，李春梅．柱塞计量泵与隔膜计量泵在阜康冶炼 厂使用情况比较[ J ] ．新疆有色金属，2 0 0 8 ，3 1 1 3 5 3 6 ． [ 5 ] 廖传林，龚福明．转速对柱塞式计量泵容积效率影响的 研究[ J ] ．武汉交通职业学院学报，2 0 0 7 ，9 4 7 8 8 0 ． [ 6 ] 向敬忠．计量泵的计算机控制系统及通信方法的研究 [ J ] ．哈尔滨理工大学学报，2 0 0 3 ，8 2 1 6 - 1 8 ． [ 7 ] 范素青，王其平，苏素芳，等．洗煤厂浮选自动加药装置 的研制与应用[ J ] ．煤炭工程，2 0 1 0 1 1 1 0 6 - 1 0 8 ． [ 8 ] 杨建玲，许伟，耿殿荣．磁力泵的特性与应用[ J ] ．食品 安全导刊。2 0 1 0 8 6 8 - - 6 9 ． [ 9 ] 王冬新．详解铝土矿浮选自动加药系统程序[ J ] ．自动化 技术与应用，2 0 0 9 1 2 6 2 - 6 5 ． 万方数据