锅炉自动化控制系统图_选矿破碎自动化控制_我国选矿自动化评述

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我国选矿自动化评述

王丰雨1　张　覃1　黄宋魏1,2

(11贵州大学矿业学院　贵阳　550003　21昆明冶金研究院自动化所　昆明　650031)

摘　要　本文对选矿自动化的应用情况包括破碎、磨碎、药剂添加及综合控制进行了评述,并就选矿厂的自动化现状及发展提出

了个人看法。

关键词　选矿　选矿厂　自动化

　　选矿自动化技术自20世纪40,

取得了重大的进展,落后的局面。手动调节,,所,。自动检测能够及时准确的指示选矿过程各参数的变化;自动调节能够及时根据所测结果,准确的对有关变量进行调节,这两项自动化技术的应用提高了选矿指标,节约了能耗,改善了劳动条件。近年来发展起来的选矿自动化技术能够综合考虑选矿过程中各项影响因素,随着入选矿石性质的变化而自动改变对各变量的控制,使选矿指标达到最佳值。

,,大大提高了国内选矿厂。自动控制系统采用串级控制,极大地提高了系统的动态品质,充分发挥了破碎机的处理能力。此外,由于稳定了破碎工况,从而最终提高了与之相关的磁选、筛分等相关工艺流程的

2〕

整体运行效率〔。

梅山铁矿选矿厂研制了一种新型高效破碎机自动控制器。该自动控制器系统不仅保护了圆锥破碎机,而且在保证产品粒度合格率的基础上相应提高

3〕

了处理能力,节电效果显著〔。

2　磨矿过程控制

在选矿工艺中,磨矿分级作业是一个必不可少的重要工艺环节,其工作状态的好坏对选矿工艺指标、能源消耗以及生产成本的影响至关重要,直接关系到选矿生产的处理能力、磨矿产品的质量,对后续作业的指标乃至整个选矿厂的经济技术指标有很大的影响。为了充分挖掘磨矿分级作业的内在潜力,寻求高效的有效途径,对磨矿分级自动控制的试验研究具有十分重要的意义。磨矿分级系统有4个主要的技术指标:球磨机台时处理量、磨矿分极粒度、磨矿浓度和溢流浓度。影响这些技术指标除了原矿性质以外,还与排矿水量、返砂水量、磨机充填率等因素有关。因此,有必要对磨矿分级系统实施自动控制,其目的是为了提高磨机效率,稳定分级溢流粒度,为选别作业提供合格的溢流产品〔4〕。

夏甸金矿磨矿自动控制系统使用功率变送器、电耳检测磨机工作过程中的磨机充填率,通过检测分级电流计算分级返砂比,以磨机充填率和分级返砂比为依据调整磨机工作状态。该系统不仅准确测量出磨机负荷,分析球磨状况的变化,同时也使系统的自诊断、自动校正得到了可靠的保证,为系统磨矿

5〕〔6〕

效率的检测提供了基础数据〔。

1　破碎过程控制

破碎机为矿山主要生产设备之一,因破碎机具

有破碎比大、产量高、耗能少、产品粒度均匀等特点,获得广泛应用。近年来,国内外众多厂商从产品结构上对该类设备不断地进行改进、完善,取得了比较好的效果,并相继推出众多高效、可靠、节能的新产品。相比较而言,因受自动化发展水平的影响,国内在破碎机控制方面的研究相对落后。近十几年来,国外在一些产品上,装备了相应的检测仪表和自动控制装置,在设备保护、稳定操作、提高产量等方面起到了一定的作用。而我国近几年来才开始在一些新型破碎机上开展自动化研究,并配置了一些检测控制仪表。然而值得关注的是我国矿山现有破碎机以20世纪60～70年代老设备居多,并一直在生产中发挥着重要的作用。若对这些老设备进行自动化

1〕

改造,实现自动控制,在矿山具有广阔的前景〔。

近年来,新型破碎设备及其控制系统发展很快。自20世纪90年代以来,国内如鞍钢齐大山选矿厂、武钢程潮选矿厂、马钢南山选矿厂等先后引进了多台美国METSO公司的NordbergHP系列矿石破碎

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棒磨山铁矿对一段磨矿分级作业实施了自动控制。该控制系统的主要配置包括PLC、电耳、工业控制机、电动调节阀、电磁流量计、变频调整器、在线浓度计等。采用电耳对球磨机的声强进行检测,并将音强转换成电流信号,系统根据电流信号的变化对球磨机给矿量进行相应调整。除电耳外,还增设了磨机功率检测装置来检测磨机运行状态〔7〕。

有人研究了一种传感器敏感元件主要由浮筒、软件、软带、转轴和平衡锤等部分组成。工作原理为:浮筒随液面上下变化而移动,通过软带带动轩盘转动一定角度,并通过转轴带动转换元件编码器转动,将液面变化量转换成数字电信号送至计算机进行处理。为阻止浮筒横向漂移,加了限位装置。浮筒随液面上下变化而移动Δh,通过软带带动转盘

θ角度,并通过转轴带动转换元件角编码器转动Δ

转动,进行处理〔。

3　浮选过程的控制

311　浮选加药控制

加药是浮选生产中必不可少的一个环节,加药工作的好坏直接影响到选矿指标。作业中一直采用人工添加药剂,药量来进行生产指标调节力、责任心、,、连续化、自动化的迅速发展及管理水平的不断提高,人们对加药系统的自动控制提出了更高的要求。传统选厂的管理方法已经远远不能满足高运行质量的要求。再加上有的选矿厂对于操作人员编制有严格限制,因而提高加药系统自动化水平已成为一个迫切的要求。

目前,药剂添加控制系统主要分为控制部分和执行机构,其中工业中多采用PLC进行控制;执行机构主要有电磁阀式和加药泵式两种。由于电磁阀成本较低,维护方便,现场应用最多的是电磁阀式控8〕制〔。凤凰山铜矿加药系统则采用MP-1型药9〕泵〔。312　浮选槽液位的控制

在选矿生产过程中,准确控制浮选槽液位,将浮选槽中矿浆液面保持稳定,对于提高浮选指标具有重要的作用,不但能稳定浮选作业,而且有利于提高有用矿物的回收率和品位等浮选指标。

蔡幼忠分析了浮选槽液位控制在选矿厂浮选生产过程中的重要性,叙述了浮选槽的液位检测的几种方法:电容式液位计、吹气式液位计、浮子式液位变送器以及超声波传感器。采用超声波传感器方法测量矿浆液位可避免前面3种方法测量的不稳定和不可靠的问题,通过在国内实践(采用特殊设计的浮子及连杆机构),超声波矿浆浮选槽液位计使用良好,免维护,克服了其它方式检测矿浆浮选槽液位计的缺点,解决了以前浮选槽液位计不好用及泡沫层厚度不能检测的难题,给国内选矿厂的浮选槽矿浆液位检测设计提供了一个很好的手段〔10〕。

。20世50年代初期,主要是对选矿工艺过程某些变量进行单项检测;20世纪50年代末期开始了选矿过程的模拟仪表控制。20世纪60年代末,随着计算机广泛应用于工业控制,在选矿领域也开始研究计算机进行直接数字控制。到20世纪70年代又开始了选矿过程最优化控制的研究和试验,从静态最优化开始,目前已经发展到动态最优化。国外选矿自动化技术发展较快,特别是澳大利亚、加拿大、芬兰和南非等国家,不仅重视选矿工艺、设备的改进,而且也非常重视自动化技术的研究与应用,计算机监控系统和计算机集散控制系统也得到普遍应用。

国内选矿自动化研究和应用起步较晚,与国外相比,技术水平明显落后,许多矿山企业不注重成本效益,科技投入少,运营成本高,生产效率低,损耗浪费严重。进入20世纪80年代以后,在市场竞争的压力下,选矿自动化技术逐步得到重视,自动化水平得到提高,许多新建的矿山引进国外先进控制设备,采用先进的计算机集散控制系统进行选厂自动化控制,一些先进技术得到应用。由东北大学自动化工程技术开发有限公司和国家冶金自动化工程技术研究中心(沈阳)东北大学自动化研究中心联合研制开发的“排山楼金矿选矿生产过程综合自动化系统”已经于1997年7月在辽宁省正式投入运行,并且运行

12〕〔13〕

效果良好〔。另外还有紫金山金矿选矿厂〔14〕、

15〕

新城金矿自动化控制系统〔。选矿与其他行业(如化工)比较,自动化的普及程度与装备水平相对较低,除了流程生产对仪表的依赖程度不同外,制约选矿自动化发展的几个主要因素在于:

1)选矿过程的传感器缺乏创新性,而且质量达不到要求。一些选矿关键过程传感器仍然存在安装复杂、可靠性低、测量精度低等老问题,这是影响选

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件的开发

由于选矿是一个综合的物理、化学和物理化学变化的机理复杂的生产过程,精确的数学模型很难建立,即使有些对象能够建立数学模型,但其结构十分复杂,不利于控制器的设计和实现。同时,选矿过程包含了过程控制中许多难以处理的复杂特性,如大时滞、多变量、耦合、时变、非线性、不确定性和随机扰动,为了消除选矿过程控制设置的障碍,对控制器的鲁棒性、。20世纪末以来,、模糊,近年来。现在控制理论和人工智能几十年来的发展已为先进控制奠定了应用理论基础,控制计算机尤其是DCS的普及与提高为先进控制(APC)的应用提供了强有力的硬件和软件平台。人们不再停留在传统PID控制策略,逐步发展了串级、比值、前馈、均匀、预测估计、专家系统、模糊控制及最优控制等复杂控制系统。这些控制方法在很大程度上满足了单变量控制系统的一些特殊控制要求,但并不能适用所有的过程和不同的要求。先进的控制理论和控制软件在选矿自动化的应用,必将大大推动选矿自动化的发展。下面几种控制方法将成为选矿过程控制的发展方向:

1)模型预测控制(MPC):它的控制思想易于接受,控制器校正相对容易;能够实现从简单动态到复杂特性的大范围过程控制;固有的对时滞的补偿和对多变量及前馈控制方便的处理能力;易于处理变量约束;建模方便,过程描述可以通过简单的试验获得;具有较好的动态品质和较强的鲁棒性。所以自20世纪70年代产生至今为学术界和工业界广泛接

矿自动化应用和发展的最重要的因素。另外由于选矿环境比较差导致传感器使用寿命短,检测数据误差大也是一个原因。

2)选矿自动控制设计、开发不合理。这是许多控制系统不能长期正常运行甚至无法运行的主要原因。有的设计开发不切合实际,主要表现在控制过程的程序设计不合理;仪表选型不合理,不能充分发挥其性能,对仪表可能出现的问题没有充分估计。

3)一些控制系统投运后需要大量的维护工作,维护成本较高。有的需要维护人员频繁处理或频繁更换仪表。许多选矿厂在对自动化系统的长期使用和维护方面缺乏必要的重视,计划,维护,,障、工况变化、。一,不作备品备件,出现问题后既不更换也不维修,特别是一些关键的仪表,出现故障后相关的控制回路甚至整个控制系统无法正常运行。

5　选矿自动化的发展趋势

尽管目前国内选矿自动化还存在这样那样的问题,但可以看到,我国选矿自动化还是取得了很大的进步。随着电子技术、控制技术、计算机技术等的不断发展,以及选矿厂对自动化的重视,在日益激烈的市场竞争压力作用下,我国选矿自动化将得到迅速的发展。当今选矿自动化技术发展的主流趋势主要有以下几个方面:511　传感器的数字化、智能化和虚拟化尽管在过去的几十年内,过程传感器取得了很大进展,但随着产品质量标准的提高和经济利益的驱动,对现有传感器的鲁棒性、快速性、精确性和可重复性提出了更高的要求,以便为过程控制提供更为可靠的过程状态数据。传感器的数字化、智能化实现了同控制装置网络的连接,通过现场总线实现多方向、多变量数据通讯,取代传统的单变量、单方向的直接输入、输出的模拟、离散的控制装置。数字化的执行器可以直接接受数字信号,控制调节阀开度和其他机构的行程。一些自动化仪表不再是传统意义上的有形仪表,而是软件的虚拟功能体。以此为动力,新的数字化、智能化和虚拟化传感器将出现。512　自动控制理论和方法的改进以及先进控制软

受。

2)智能控制(IC):在常规理论控制理论与技术上进一步的发展与提高,是在非结构化、不确定性、高度非线性以及与控制对象作用复杂关系下的闭环自动控制。选矿生产过程的机理尚未完全清楚,运行环境复杂,常规的控制技术无法满足控制要求。智能控制逐渐成为解决此类对象过程控制的主要方法。

3)优化控制:利用现有生产能力创造最大的经济效益是选矿厂的目标,选矿生产是一个由多个生产工序组成的连续生产过程,在各个单元过程优化运行的基础上实现全流程优化、协调控制,将带来可观的经济效益。计算机集散控制系统(DCS)性能稳

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定、可靠正逐步成为过程控制的标准控制系统结构。选矿过程控制也正在采用这种控制模式,以集散系统作为底层控制平台。基于集散系统的设定值优化控制将是今后的重要方向〔16〕。513　数字化、智能化综合自动化系统将成为选矿过程自动化的发展方向

选矿自动化技术的发展趋势是实现“现代集成制造系统”。它是将先进的工艺制造技术、现代管理技术和以先进控制技术为代表的信息技术相结合,将企业的经营管理、生产过程的控制运行与管理作为一个整体进行控制与管理,实现企业的优化运行,优化控制与优化管理,重要技术。流程的工业自动化技术,,随着计算机,PLC和DCS互相融合、、取长补短,两者之间的分界越来越模糊。近年来以PC为基础的控制系统(PC-BasedControlSystem,PcBCS)呈现良好的态势,后起的现场总线控制系统FCS以其彻底开放的品格显示了强大的生命力。在开放和集成这两方面,PC开放的体系结构和无以伦比的市场占有率,形成极其强大的市场产品支持和技术支持。近几年IPC迅速渗透到工业控制领域,功能不断发展,IPC的角色已由最初的人机界面MMI过渡到可以覆盖现场设备的I/O、基础自动化、过程控制、直至生产控制和生产管理的全部工厂自动化领域。

支持集成和开放发展的另一个重要方面是现场总线控制系统FCS。它是一种彻底开放的现场控制网络,用数字化通信代替4-20mA的信号标准,现场总线下连接的检测控制装置对于工艺设备具有检测、控制、报警等多种功能。通过网络线能把来自不同厂家的数量庞大的传感器、执行器、回路调节器和其他仪表连接起来,进行数据交换,极大地简化了集中式控制系统的走线,降低了系统造价,提高了工程进度和系统可靠性。

OPC技术(开放工控系统的中间件)正在迅速发展,中间件是一类能屏蔽异构环境的集成软件或服务程序,它被誉为在不同应用、不同模块之间的软件接口、连接桥梁、适配器、交换器等。各分布式应用软件可借助中间件实现互连与互操作,共享系统资源。OPC作为构建开放工控系统的中间技术,为构建开放的自动化系统提供了有效的解决方案和工具。

6　结　语

随着矿产资源的日益贫化和市场竞争的日益激烈,如何充分有效地利用有限的资源、提高企业的市场竞争力,实现生产过程信息化、自动化是我国选矿企业深化改革、生产和技术上台阶的必由之路。近年来,国内许多大型选矿企业在技术改造中,大力推广电子信息技术应用与信息资源的开发,工业生产。用新工艺、新技术,使企业的,向管-控一体化、CIMS方向推进,特别是大型选矿企业的整体自动化水平提高较快、效明显。在知识创新、技术创新、提升企业综合竞争能力及经济与社会效益等方面均取得了可喜的效果。

然而就我国选矿工业的自动化水平而言,我国与国际先进水平相比较还相对落后。面对21世纪激烈的经济竞争态势,我国选矿工业必须采用信息技术、自动化技术和自动控制装备全面改造和武装企业,提高企业创新能力和生产过程自动化水平,实现对市场的快速响应,提高产品质量,提高效率,降低成本,从而提高企业总体经济效益和市场竞争力。目前,国家有关部门和许多矿山企业自身均已充分意识到这一问题的重要性和迫切性,计划进一步加大在此领域的重点投入,通过科技攻关、示范工程、技术引进、科技合作等方式大力促进国内选矿自动化技术的推广应用。这对我国选矿工艺技术水平的提高,增强国内矿山企业的综合实力,建立现代企业管理制度,实现企业的可持续发展,必将产生十分积极的作用。

参

(11):35-35

2　陈夕松,等1NordbergHP系列破碎机给矿自动控制系统设计

[J].工业仪表与自动化装置,2004,(3):47-48

3　陈夕松,等1梅山铁矿选厂分布式控制系统(DCS)设计[J]1电气

考文献

1　汪昭乾,等1破碎机控制器的研制及应用[J]1金属矿山,2001,

传动,2001,(6):49-51

4　章晓林1闭路磨矿自动控制在选矿厂的应用[J]1矿业工程,

2004,(4):27-28

5　王彩霞,等1黄金企业磨矿自动控制实践[J]1矿山机械,2002,

(7)::43-45

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