金矿选矿过程自动化系统设计.pdf

控制工程 Control Engineering of China May 2 0 0 5 Vol. 12 ,No. 3 2 005年5月 第12卷第3期 文章编号16712784820050320270203 收稿日期 2003205229; 收修定稿日期 2003212213 作者简介赵嘉 19722 , 男,上海人,工程师,主要从事工业企业电力、传动、选矿及冶炼过程的电气及自动化系统设计等方面的 科研工作;涂忆洪,女,高级工程师;廖乐光,女,教授级高工。 金矿选矿过程自动化系统设计 赵嘉 ,涂忆洪,廖乐光 中国有色工程设计研究总院 北京恩菲停车设备有限公司,北京 100038 摘 要介绍了某金矿选矿过程自动化系统的设计思想和系统组成。结合选矿生产过程 的特点,在实际中采用模糊控制的方法,根据偏差的大小和变化率来控制磨矿旋流器入口浓 度;采用控制均匀值的思想,保持球磨机给矿量平均值的稳定;还介绍了一种测量浮选槽液 位的方法。实际应用表明该控制系统能有效控制生产过程,提高了生产能力,保证了精矿 品位和回收率都达到或超过设计指标。 关 键 词选矿;过程自动化;模糊控制 中图分类号 TP 273 文献标识码 A Design of Mineral Processing Automation in G old Mine ZHAO Jia2yun,TU Yi2hong,LIAO Le2guang Beijing ENFI Parking Equipment Co ,Ltd , China Nonferrous Engineering and Reaserch Institute , Beijing 100038 , China Abstract The automatic control system is designed in Y ingezhuang G old Mine of Shandong for optimizing mineral processing and improving the recovery rate and concentrate grade. The design of mineral processing control system is introduced. Combining the characteristic of mineral processing , several s are introduced for controlling density of classing and value of grinding , and measurementingflotation liquid. The application shows that the control system can control the mineral processing valuably and improve the production ability and quality. Key words mineral processing; process automation; fuzzy control 1 引 言 山东尹格庄金矿属国家黄金生产的重要企业, 2001年扩建部分正式投产,日处理矿石2 000 t。为 有效地控制生产过程,在保证回收率和精矿品位的 前提下,充分发挥设备的生产能力,采用选矿过程 自动化控制,以便提高控制效果。 选矿工艺流程分为破碎及筛分、磨矿、浮选和 脱水4个部分。 破碎及筛分流程采用三段两闭路的工艺,粗碎 由井下颚式破碎机完成;振动给矿机、皮带、双层 圆振动筛,两台进口圆锥破碎机构成中碎和细碎两 个闭路系统,完成中碎、细碎和筛分作业。磨矿流 程采用单段球磨加分级设备的工艺,由一台球磨 机、渣浆泵、旋流器构成闭路系统;重选设备为进 口的尼尔森离心选矿机。浮选流程采用一粗、二 精、二扫的工艺,尾矿采用旋流器分级。脱水流程 由浓密机、搅拌槽、压滤机完成矿浆的浓缩和过 滤,得到精矿。 2 设计思想 选矿过程计算机控制系统覆盖整个选矿工艺流 程,选矿过程控制的目的在于通过优化生产过程, 提高精矿回收率和精矿品位,从而提高生产效率, 降低能耗,减少生产成本。主要设计思想包括 ① 按照一定规则完成对设备的自动顺序控制; 并实时检测所有设备的状态,完成故障时的连锁停 车及报警,以保证所有设备的安全运行。② 选择适 当的仪表和执行器,对选矿生产过程中各主要环节 的重要参数进行实时检测和控制,保证生产指标, 优化生产过程。③ 建立工业以太网,连接各生产车 间和生产管理部门,交换管理信息和生产数据,统 一管理整个生产过程。④ 建立生产过程监控系统, 通过视频图像、动画、音频等多种方式将信息直接 1995-2009 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 反馈给管理部门。 3 控制系统构成 计算机控制系统硬件部分由操作站、可编程控 制器、仪表、执行器构成。考虑到工艺流程和生产 管理的需要,将碎矿系统单独列为一个控制系统, 磨浮系统为一个控制系统,分别设置操作站。破碎 系统与磨浮系统之间,以及PLC与操作站之间的 数据通讯均采用当今最为流行的以太网结构,由于 通讯协议的通用性,为全矿计算机网络系统的连接 打下基础。 操作站用于设定工艺数据,实现自动或人工控 制,记录生产报表、故障表,显示生产状态。各回 路的信号采集和过程控制均由可编程控制器实现。 可编程控制器采用美国GE公司的产品。 4 选矿过程控制中难点问题探讨 1 磨矿旋流器入口浓度控制 磨矿工艺及浓 度调节系统如图1所示。 图1 磨矿工艺及浓度调节系统 旋流器是利用流体力学的原理将矿浆分级的设 备。矿浆由渣浆泵泵入旋流器,在旋流器中做回转 运动,最后由沉沙口排出,细粒级由溢流管排出去 浮选流程。 磨矿旋流器技术指标给矿浓度57,溢流 浓度30～34 ,沉沙浓度72～77 ,给矿 压力0110～0112 MPa ,分离粒度74～150μm。进入 旋流器的矿浆浓度在工艺要求的范围内才能保证溢 流粒度和浓度满足浮选工段的生产要求。 旋流器给矿浓度由球磨机排矿浓度和补充水量 决定,球磨机排矿浓度是随时变化的,因为泵池内 浓度无法实时测量,所以只能在旋流器入口管道上 安装浓度计和流量计,实时检测旋流器给矿浓度和 流量。在球磨机出口泵池的补充水管道上安装气动 调节阀和流量计,根据矿浆浓度变化调整补充水流 量。当球磨机排矿浓度和补充水量变化时,由于泵 池容积和管道长度的影响,要滞后一段时间才能检 测到浓度的变化。在旋流器上安装压力传感器,渣 浆泵采用变频器驱动,根据压力调节渣浆泵转速, 保证旋流器给矿压力。 系统形成一个由旋流器给矿浓度r决定补充水 量u,再由补充水量u决定调节阀开度y的两级串 级控制系统。其后一级采用PID控制就可满足要 求。而前一级过渡过程具有对象滞后大、扰动不可 控且变化频繁、参数间的关联性强等特点,如采用 传统的PID控制,存在偏差消除时间长、系统不易 稳定、控制器参数不易确定的缺点。在各种经典控 制规律中,反馈控制总是以偏差及其导数作输入, 人工操作也是根据类似的经验,就是依据偏差变化 的大小和快慢决定控制对象的变化量。根据模糊控 制的理论,依据上述原则以磨矿旋流器入口浓度偏 差e及其导数ec作输入,Δu作输出,依据工艺要 求和生产经验制定决策表,设计了一个二维模糊逻 辑控制器,该控制器利用PLC的高速运算能力由 软件实现。该控制器有几个优点其模糊推理规则 虽不是线形的,但u与r之间有类似比例积分控制 的关系,有利于消除静差;不会产生饱和现象;对 突发的大扰动响应快。 在实际生产中分成两种操作方式① 在球磨机 生产不稳定的情况下由人工控制补充水量;② 球磨 机连续生产时采用自动控制。在实际生产中,磨矿 旋流器给矿浓度保持在55～60 ,证明这种控 制方法是行之有效的。 2 球磨机给矿控制 磨矿是选矿生产过程中 的关键环节,一般磨矿过程的能耗占选矿厂总能耗 的60左右,控制好磨矿过程,对于节能降耗、 提高最终产品的质量和产量意义重大。磨矿过程控 制的目标是通过调节给矿量和给水量,使分级的 溢流粒度和浓度满足工艺要求,同时使磨机的产量 达到最大。给水量与给矿量成比例关系,由给矿量 决定。 球磨给矿量自动控制的过程是通过改变给矿变 频电机的频率,使球磨机给矿量按设定值的要求变 化。在给矿皮带上安装电子皮带秤检测给矿量,用 变频器调节给矿机的频率控制给矿量。矿仓内的结 矿现象造成给矿量波动,因此给矿量的波动无法消 172第3期 赵嘉 等金矿选矿过程自动化系统设计 1995-2009 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 除也无法预测。按照设备的使用要求,给矿机与电 子皮带秤间必须有一段距离,这也造成控制作用的 滞后。实际生产中允许给矿量有一定范围的波动, 只要单位时间内的给矿量平均值保持稳定就能满足 生产要求。实际中以8 s为一个周期,计算出给矿 量的平均值,当其波动超出限幅后,采用比例积分 控制调节给矿机的频率,这样就避免了因结矿引起 给矿机频率的剧烈变化,也保证了生产稳定。 3 粉矿仓料位的测量 矿仓料位在破碎流程 和磨矿流程中都是一个非常重要的参数。由于矿仓 截面较大,而且仓内物料不断地堆积和下陷,往往 造成测量的误差很大。为了提高料位信号的准确 性,增加了测量点,在不同位置安装两个雷达料位 计,采用软件滤波后取得测量值,然后取它们的平 均值作为控制量。 4 浮选槽液位的测量 常规测量方式可分为 接触式和非接触式。接触式液位计优点是不受矿浆 泡沫影响,缺点是矿浆将妨碍仪表的机械装置运 动,从而造成测量的误差;非接触式一般用超声 波液位计的优点是不直接接触矿浆,缺点是超声 波无法识别矿浆表面的泡沫层。由此,考虑将二者 结合起来,充分利用二者的优点,而避开其缺点。 在浮选槽内放置一个浮子,选择合适的体积质量使 它漂浮在矿浆中,在浮子上安装支架和反射板,反 射板高出泡沫层。用超声波液位计检测反射板的位 置,计算出矿浆液位的高度。由于浮子本身不做机 械运动,因此它不会受矿浆黏度的影响,而且由于 超声波不是直接照到矿浆表面,而是照到浮子上, 也不会受矿浆泡沫厚度的影响。 5 结 语 山东尹格庄金矿设计规模日处理矿石2 000 t , 计算机控制系统投入运行后,有效地提高了原有设 备的生产能力,提高了生产效率,降低了生产成 本,短期内使生产能力达到2 400 tP日,精矿品位、 回收率也都达到或超过设计指标,取得了很好的经 济效益。 参考文献 [1] 蔡自兴.智能控制2基础与应用[M].北京国防工业出 版社,1998. [2] 蒋慰孙,俞金寿.过程控制工程[M].北京中国石化 出版社,1999. 上接第253页 正弦频率为9 kHz时的图形在频率为9 kHz处 出现了一个波峰,说明给定的正弦波被正确地辩识 出来,如图2所示。 当信号输入源为噪声发生器时的图形如图3所 示,噪声主要分布在2～10 kHz区域内,在这一区域 有较大的频谱值。结果与实际情况相符合。 图2 正弦波频谱图 图3 噪音频谱图 4 结 语 在上面的工程实例中,详细地叙述了使用Mat2 lab的mcc命令将 3 . m文件编译为动态链接库 3 1 DLL 实现VC和Matlab混合编程的配置,并给出 了具体的程序实现了信号采集系统的仿真,得到了 正确的结果。 随着计算机和信息技术的不断发展,各行各业 的技术人员都需要用计算机编程来解决日常工作中 遇到的各种各样的问题,通过上面的例子可以看出 利用VC和Matlab混合编程有效地利用了Matlab的 优点并结合了VC的灵活性,大大提高了工作效率。 在实际工程项目中,可根据具体情况,灵活地运用这 种思想。 参考文献 [1] MichaeIJ Y1 邱仲潘,等译.Visual C 6从入门到精通 [M]1 北京电子工业出版社,1999. [2] 张宜华.精通Matlab5[M].北京清华大学出版社, 1999. [3] 郭红,蒋云飞.VC 与Matlab混合编程技术研究[J ]. 计算机工程,2002 ,289 2692271. [4] 储开颜,严利民,王朔中.VC与Matlab的接口及其实现 [J ].计算机工程,2000 ,2612 1652167. 272 控 制 工 程 第12卷 1995-2009 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.