磨礦全流程自動控制系統(tǒng)是邯邢礦山局為實現(xiàn)北洺河鐵礦選礦廠數(shù)字化管理，提高磨礦分級生產(chǎn)過程的自動化水平、產(chǎn)品質(zhì)量、資源綜合利用率和生產(chǎn)能力；實現(xiàn)增效節(jié)能，優(yōu)化控制、運行和管理；保證生產(chǎn)系統(tǒng)運行的持續(xù)、穩(wěn)定和高效；實現(xiàn)金屬回收率的最大化而實施的改造項目。
1 控制原理
按照結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、操作方便的原則，將全流程自動控制引入滯后函數(shù)調(diào)節(jié)整個過程，協(xié)調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定地運行。在閉路磨礦循環(huán)中引入模糊控制理論，實現(xiàn)了功率、電耳、原礦品位、最終精礦品位等多因素的綜合分析判斷；在礦漿輸送及過濾脫水環(huán)節(jié)中采用變頻控制實現(xiàn)本環(huán)節(jié)設(shè)備平穩(wěn)運行；在磁選中采用電流檢測避免了設(shè)備過負(fù)荷(切銷子)的情況；在線品位分析檢測系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地檢測出最終精礦的品位，為快速調(diào)整系統(tǒng)狀態(tài)提供條件，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。同時，根據(jù)北洺河鐵礦選礦廠工藝流程的特點，將全流程控制系統(tǒng)拆分為幾個環(huán)節(jié)。每個環(huán)節(jié)既是一個相對獨立的控制單元，同時又是全流程大閉環(huán)控制不可分割的一個組成部分。自控系統(tǒng)在實現(xiàn)各個環(huán)節(jié)自身控制的基礎(chǔ)上。最終實現(xiàn)整個工藝流程大閉環(huán)優(yōu)化控制，在保證最終精礦產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，充分發(fā)揮各設(shè)備效率。
2 應(yīng)用
全流程自動控制系統(tǒng)的控制范圍包括：磨礦分級、選別及脫水控制系統(tǒng)。系統(tǒng)涵蓋了主工藝流程各工序的自動化控制。其中包括軟件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、主控單元、各種現(xiàn)場儀表及相關(guān)控制設(shè)備的電氣接口等。
控制系統(tǒng)具有兩個相對獨立的功能：工藝流程順序和工藝流程過程控制。
2．1 順序控制
磨選生產(chǎn)過程順序控制包括一、二段磨礦分級及磁選、過濾生產(chǎn)過程。自動控制系統(tǒng)對磨選分級、過濾脫水及選別設(shè)備等實施運行檢測、啟?？刂?、開車鳴鈴和聯(lián)鎖保護(hù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的集中監(jiān)視和集中管理。
2．2過程控制
整個工藝過程的控制分為兩段-閉路磨礦分級、礦漿池液位變頻控制、三段磁選及過濾脫水系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)在控制上形成了全流程控制的各個反饋環(huán)節(jié)．繼而實現(xiàn)整個工藝流程的大閉環(huán)優(yōu)化控制。
2．2．1磨礦分級環(huán)節(jié)閉環(huán)控制
磨礦分級環(huán)節(jié)是整個磨選工藝流程的入口．其控制效果的好壞直接影響后續(xù)工序的作業(yè)指標(biāo)，甚至最終產(chǎn)品的質(zhì)量，本環(huán)節(jié)在常用的PID控制方法基礎(chǔ)上引用了一種有效的控制方法：模糊控制。
模糊控制對磨礦系統(tǒng)這種無法獲得精確的數(shù)學(xué)模型、時變的非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，能給出有效的控制。
實際生產(chǎn)過程中，反映磨礦分級狀況的參數(shù)很多。其中主要包括：磨機(jī)聲音、功率和返砂量。在控制實施過程中，這些參數(shù)作為磨機(jī)模糊控制器的輸入，而模糊控制器的最后輸出是磨機(jī)給礦量、排礦漿及給礦水。這些輸出值經(jīng)限幅處理后作為PID控制器的輸入PID控制器的輸出指導(dǎo)系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。模糊控制器的控制原理如圖1。
本環(huán)節(jié)將反映磨機(jī)工作狀態(tài)的磨機(jī)聲音、功率、一次分級機(jī)返砂量3個主要參數(shù)作為模糊控制器的輸入，這些參數(shù)時刻都在發(fā)生變化，而這3個主要參數(shù)的變化也恰恰反映出了磨機(jī)當(dāng)前的工作狀況。模糊控制器根據(jù)3個主要參數(shù)的變化或變化趨勢進(jìn)行模糊判定，對應(yīng)每一種變化趨勢模糊控制器都會給出一特定的給礦原則，然后PID控制器會根據(jù)其給礦原則調(diào)整變頻器控制給礦機(jī)，以達(dá)到精確給礦的目的。給礦控制原理見圖2。
經(jīng)過這種控制方法得到的控制量是一個連續(xù)量。對于磨機(jī)給礦過程，實現(xiàn)了“給礦一磨機(jī)狀態(tài)分析-給礦”這種連續(xù)控制。系統(tǒng)時刻都在分析磨機(jī)的工作狀態(tài)，并根據(jù)其結(jié)果實時給出控制方案。得到的磨機(jī)給礦曲線如圖3，圖中數(shù)據(jù)來源于該礦選礦廠三系列一段磨機(jī)實現(xiàn)模糊控制后的歷史數(shù)據(jù)庫。
2．2．2礦漿池液位變頻控制
礦漿由膠泵輸送給19m水平磁選機(jī)，為防止礦漿池被抽空或溢出，保證磁選機(jī)給礦量連續(xù)平穩(wěn)，本環(huán)節(jié)采用 PID控制+變頻調(diào)速控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)礦漿池液位始終保持在1/3～2/3之間。
2．2．3磁選機(jī)自動控制
入選礦漿濃度對選別效果及磁選機(jī)負(fù)荷有很大的影響，系統(tǒng)通過濃度計檢測礦漿濃度和對磁選機(jī)電流檢測，判斷磁選機(jī)工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥，電磁流量計向礦漿池補加水，保證合適的礦漿濃度并避免磁選機(jī)過負(fù)荷情況的發(fā)生。達(dá)到最好的選別效果及設(shè)備良好的運行狀態(tài)。
2．2．4過濾機(jī)變頻控制
系統(tǒng)由水分在線檢測儀檢測濾餅水分含量，通過變頻器調(diào)節(jié)過濾機(jī)頻率，改變其轉(zhuǎn)速，從而使鐵精粉水分含量達(dá)標(biāo)。
2．2．5品位檢測及控制
在選礦生產(chǎn)過程中，產(chǎn)量和質(zhì)量(品位)是體現(xiàn)生產(chǎn)效率的兩個缺一不可的指標(biāo)，生產(chǎn)指導(dǎo)原則是在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能地提高產(chǎn)量。質(zhì)量指標(biāo)體現(xiàn)在精礦和尾礦品位。精礦品位關(guān)乎產(chǎn)品是否合格。是否滿足輸出條件；尾礦品位反映金屬回收率，反映出磨選設(shè)備的效率。故在控制系統(tǒng)中對精礦(三磁精礦)進(jìn)行檢測，品位檢測不合格時，將信號反饋到PLC．系統(tǒng)及時作出調(diào)整，把住最終產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)。
2．2．6 大閉環(huán)控制的實現(xiàn)
整個工藝過程的優(yōu)化控制與平衡。涉及到幾個小閉環(huán)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運作，當(dāng)最終精礦指標(biāo)發(fā)生波動時，整個控制系統(tǒng)會自動跟蹤其變化趨勢。積極調(diào)整各控制環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)，直到精礦指標(biāo)穩(wěn)定。具體調(diào)節(jié)過程為：當(dāng)發(fā)現(xiàn)三磁精礦品位偏低時，系統(tǒng)首先分析磨礦分級子閉環(huán)系統(tǒng)，檢查其控制過程是否穩(wěn)定，分級機(jī)溢流粒度是否滿足工藝參數(shù)指標(biāo)要求。若一、二段磨礦分級閉環(huán)子系統(tǒng)各工藝參數(shù)指標(biāo)均穩(wěn)定且滿足工藝要求，則系統(tǒng)首先通過給礦濃度調(diào)節(jié)磁選，依工藝流程逆向推移，提高二段磨礦分級(分級機(jī))溢流粒度合格率，直至提高一段磨礦排礦濃度合格率。最終達(dá)到精礦指標(biāo)穩(wěn)定，工藝流程負(fù)荷平衡。反之，可順工藝流程反向調(diào)節(jié)。
全流程控制的實施使最終精礦指標(biāo)的穩(wěn)定性及系統(tǒng)處理能力大大增加。全流程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)框圖及幾個小閉環(huán)系統(tǒng)的關(guān)系框圖如圖4(當(dāng)精粉中硫含量超標(biāo)時，啟動反浮選設(shè)備)。
3 系統(tǒng)特點
3．1 多因素檢測磨機(jī)的工作狀態(tài)
采用磨機(jī)電耳、磨機(jī)功率、分級機(jī)返砂量和溢流粒度等多因素的變化來綜合判斷磨機(jī)工作狀態(tài)，不僅準(zhǔn)確測量出磨機(jī)負(fù)荷、分析磨機(jī)狀況的變化趨勢。同時也使系統(tǒng)的自診斷、自動校正得到可靠的保證，為系統(tǒng)磨礦效率的檢測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。并在其中之一發(fā)生故障時，系統(tǒng)仍能正常工作，起到相互保護(hù)作用。
3．2 PID+模糊控制
模糊控制將磨機(jī)的性能、磨礦系統(tǒng)的工藝過程和礦石性質(zhì)的變化等諸多因素與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，建立模糊控制規(guī)則，進(jìn)行模糊推理，得出推理結(jié)果。反模糊化與各控制對象的PID結(jié)合，組成Fuzzy+PID的控制閉環(huán)，從而實現(xiàn)磨機(jī)的精確控制。這樣既可保持PID控制的無靜差、穩(wěn)定性好的特點．又具有模糊控制對參數(shù)的適應(yīng)性和調(diào)節(jié)速度快的特點。從而更有利于穩(wěn)定磨機(jī)生產(chǎn)過程，提高磨機(jī)的處理量，穩(wěn)定分級溢流粒度，并為下一工序作業(yè)提供有利的條件。
3．3系統(tǒng)可靠性高
系統(tǒng)核心設(shè)備采用平均無故障時間較長、易于維護(hù)的設(shè)備，輔助設(shè)備采用先進(jìn)的通用設(shè)備，便于現(xiàn)場人員的使用與維護(hù)。
自動控制系統(tǒng)中所有設(shè)備均采用二級連鎖保護(hù)，即控制系統(tǒng)在原有電氣連鎖系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加PLC連鎖控制，其中包括軸瓦溫度報警、油路阻斷報警、上下工序的啟動停止信號、磨選環(huán)節(jié)設(shè)備啟動停止信號、緊急停車信號、集礦膠帶啟動停止、給礦膠帶啟動停止、變頻器啟動停止、各種指示及報警等信號的檢測和輸出以及其相應(yīng)的邏輯順序關(guān)系控制。二級連鎖保護(hù)保證了各種設(shè)備在條件復(fù)雜、惡劣生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境中安全運行。
控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備的模擬量和開關(guān)量輸入輸出均實現(xiàn)隔離，提高了系統(tǒng)的可靠性；設(shè)備通過接地處理、傳輸信號屏蔽等措施實現(xiàn)防雷、防干擾、防靜電等問題，保護(hù)設(shè)備和人身安全。
4 效果
自動控制系統(tǒng)采用磨機(jī)電耳、功率、分級機(jī)返砂量和分級機(jī)溢流粒度等多因素的變化來綜合判斷磨機(jī)工作狀態(tài)，避免了僅采用電耳或磨機(jī)功率單因素檢測、階梯值給礦這一簡單的控制方法，容易造成系統(tǒng)失控，致使磨機(jī)“漲肚”或?qū)е屡_時效率下降、分級設(shè)備溢流粒度不穩(wěn)定，形成磨機(jī)與分級設(shè)備之間的惡性循環(huán)，從而導(dǎo)致后續(xù)工序失衡的現(xiàn)象。
采用PID+模糊控制，避免了采用單純的PID控制系統(tǒng)遇到磨機(jī)工況不穩(wěn)定時，常出現(xiàn)磨機(jī)過負(fù)荷及給礦異常等，嚴(yán)重影響磨機(jī)的正常工作。并有可能造成設(shè)備損壞的不良后果。
磨礦全流程自動控制系統(tǒng)啟用以來，3個系列磨機(jī)均沒有發(fā)生過“漲肚”現(xiàn)象，且提高了系統(tǒng)臺時效率、分級機(jī)溢流粒度合格率及回收率，降低球耗、電耗及襯板等消耗，避免和減少了故障的發(fā)生。精礦品位一直保持在66．5％～66．8％之間穩(wěn)定生產(chǎn)，同時大大提高了人均勞效．與同等規(guī)模的選廠相比減少1/3員工。整個系統(tǒng)使用效果較為顯著，具體指標(biāo)對比見表1。
5 結(jié)語
磨選全流程自動控制系統(tǒng)是直接應(yīng)用于選礦生產(chǎn)的一項新技術(shù)。它能為提高選礦廠生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗、提高選廠現(xiàn)代化科學(xué)和數(shù)字化管理發(fā)揮重要作用，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)與社會效益。為企業(yè)管理提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。提高企業(yè)的管理水平。真正實現(xiàn)節(jié)能降耗，挖掘設(shè)備潛力，減少設(shè)備故障停機(jī)時間，提高設(shè)備作業(yè)率，降低崗位工人勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率。北銘河選礦廠磨選全流程自動控制系統(tǒng)使用比較成功，是一項應(yīng)用價值較高的技術(shù)項目。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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