方文 尚海洋 戰(zhàn)立崗 殷輝寧 原磊 孫寶慶

(1.北京礦冶研究總院礦冶過(guò)程自動(dòng)控制技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100160;2.山東黃金礦業(yè)股份有限公司新城金礦,山東萊州 261438)

破碎控制系統(tǒng)在選礦生產(chǎn)過(guò)程的應(yīng)用

方文1尚海洋1戰(zhàn)立崗2殷輝寧2原磊2孫寶慶2

(1.北京礦冶研究總院礦冶過(guò)程自動(dòng)控制技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100160;2.山東黃金礦業(yè)股份有限公司新城金礦,山東萊州 261438)

針對(duì)金礦選礦生產(chǎn)過(guò)程中破碎工段的生產(chǎn)工藝和控制要求,設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)并應(yīng)用了破碎自動(dòng)化控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了破碎設(shè)備連鎖控制、圓錐破碎機(jī)擠滿給礦控制和自動(dòng)布料控制等功能。控制系統(tǒng)投入使用后,提高了生產(chǎn)設(shè)備的安全性,降低了碎礦的生產(chǎn)成本,大幅降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

破碎 自動(dòng)化 控制系統(tǒng)

1 前 言

選礦工藝的發(fā)展對(duì)設(shè)備的可靠性和高效性、過(guò)程參數(shù)的穩(wěn)定性、流程中各段產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高的要求,破碎自動(dòng)化是保證破碎過(guò)程正常生產(chǎn)的必要手段,是提高綜合效益的有效途徑[1][2]。針對(duì)該金礦選礦生產(chǎn)過(guò)程中破碎生產(chǎn)工藝和控制要求,以提高選礦生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平、提高生產(chǎn)能力為目標(biāo),對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,提高了破碎系統(tǒng)的可靠性,保證了設(shè)備的安全性,降低了碎礦的生產(chǎn)成本,減少了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,顯著地提高了經(jīng)濟(jì)效益[3][4]。

該金礦碎礦作業(yè)工藝流程是:原礦經(jīng)地下粗碎后提升至地面粗料倉(cāng),進(jìn)入地表碎礦生產(chǎn)流程;礦石經(jīng)給料機(jī)用皮帶送至雙層篩進(jìn)行洗礦;雙層篩的篩下產(chǎn)品經(jīng)皮帶送至細(xì)料倉(cāng),礦泥經(jīng)螺旋分級(jí)機(jī)分級(jí)后,返砂送至細(xì)料倉(cāng),溢流送至脫水工序;雙層篩的篩上產(chǎn)品經(jīng)皮帶到達(dá)中碎圓磨進(jìn)行中碎;中碎后的產(chǎn)品由皮帶送至單層篩進(jìn)行篩分,篩下產(chǎn)品經(jīng)皮帶送往細(xì)料倉(cāng),篩上產(chǎn)品進(jìn)入圓錐破碎機(jī)進(jìn)行細(xì)碎后,產(chǎn)品再重新回到單層篩,構(gòu)成閉路碎礦。

圖1 自動(dòng)布料示意圖Fig.1 Sketch map of Auto- Distribution control system

2 破碎控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

原有碎礦作業(yè)電氣控制系統(tǒng)為繼電器-接觸器控制系統(tǒng),可靠性低,故障率較高,難于快速查找故障點(diǎn),經(jīng)常造成停車事故;根據(jù)細(xì)碎機(jī)進(jìn)料口料位人工調(diào)節(jié)槽式給料機(jī)負(fù)荷,不能達(dá)到擠滿給礦,生產(chǎn)效率偏低,作業(yè)成本較高;同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中存在以下矛盾:

(1)給礦不能自動(dòng)調(diào)節(jié),供料不均衡、不連續(xù),造成生產(chǎn)間斷,影響處理量和生產(chǎn)成本;

(2)供料不均衡造成皮帶漏斗經(jīng)常堵塞,需要停止供料進(jìn)行處理,影響處理量,造成能源浪費(fèi),加大了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度;

(3)因破碎處理能力略大于磨機(jī)處理能力,布料口需要經(jīng)常倒換,特別是細(xì)料倉(cāng)無(wú)料造成球磨機(jī)缺料空砸,影響磨機(jī)處理量,浪費(fèi)能源,操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度非常大;

(4)重點(diǎn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀表比較老,而且不全,對(duì)設(shè)備不能進(jìn)行有效保護(hù)。

圖2 控制框圖Fig.2 Control block diagram

圖3 破碎機(jī)功率與進(jìn)料口料位趨勢(shì)圖Fig.3 The trend maps of power and level

表1 控制規(guī)則表

以上問(wèn)題的存在已經(jīng)嚴(yán)重影響了金礦破碎流程的正常生產(chǎn),針對(duì)上述問(wèn)題,對(duì)破碎自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)和實(shí)施,較好地解決了以上生產(chǎn)中存在的問(wèn)題,有效提高了生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)成本和人工勞動(dòng)強(qiáng)度。以下對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 PLC控制系統(tǒng)

采用PLC控制系統(tǒng)取代了原來(lái)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了以下功能:

(1)與原控制系統(tǒng)相比,大大減少了故障發(fā)生率,提高了破碎控制系統(tǒng)的可靠性;

(2)根據(jù)工藝流程中物料到達(dá)時(shí)刻的順序,具有逆序開(kāi)車、順序停車、聯(lián)鎖起停、故障聯(lián)鎖停車等功能,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗、保護(hù)設(shè)備的目的;

(3)實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶、振動(dòng)篩、破碎機(jī)、給料機(jī)等重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)中碎稀油站的油溫、油壓、流量、油位等重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)碎圓錐破碎機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),確保了重要設(shè)備的運(yùn)行安全;

(4)實(shí)現(xiàn)對(duì)主要皮帶的打滑、跑偏進(jìn)行檢測(cè)和報(bào)警,拉繩開(kāi)關(guān)緊急停車,對(duì)破碎廠房、篩分廠房等進(jìn)行粉塵濃度檢測(cè)和報(bào)警,有利于設(shè)備故障的早期發(fā)現(xiàn),可以避免設(shè)備生產(chǎn)事故的發(fā)生,同時(shí)是現(xiàn)場(chǎng)人員安全生產(chǎn)的前提條件。

控制系統(tǒng)對(duì)破碎生產(chǎn)起到了顯著成效,保證了人員、設(shè)備和生產(chǎn)安全,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。

2.2 自動(dòng)布料控制

破碎系統(tǒng)與下一個(gè)工藝流程-磨礦系統(tǒng)是通過(guò)細(xì)料倉(cāng)進(jìn)行銜接的,如果布料控制不當(dāng),即使破碎系統(tǒng)達(dá)到了最大處理能力,也不能保證磨礦系統(tǒng)的正常運(yùn)行,因此實(shí)現(xiàn)礦倉(cāng)布料的自動(dòng)控制對(duì)保障整個(gè)選廠生產(chǎn)的連續(xù)性非常重要。

控制系統(tǒng)采用雷達(dá)料位計(jì)自動(dòng)檢測(cè)六個(gè)細(xì)料倉(cāng)的料位值,根據(jù)工藝要求的料倉(cāng)狀態(tài)設(shè)置優(yōu)先級(jí)別,采用專用控制算法自動(dòng)控制位于料倉(cāng)下料口的電動(dòng)布料器,從而實(shí)現(xiàn)多礦倉(cāng)的自動(dòng)布料功能。自動(dòng)布料示意圖如圖1所示。

根據(jù)各個(gè)礦倉(cāng)布料的優(yōu)先級(jí)別,自動(dòng)布料的控制策略為:

(1)當(dāng)?shù)V倉(cāng)料位有低于料位低限的情況,則按照制定的12種優(yōu)先級(jí)類別優(yōu)先順序進(jìn)行自動(dòng)布料控制;

(2)當(dāng)所有料倉(cāng)都高于低限,分料器不再進(jìn)行調(diào)整,處于下料狀態(tài)的分料器繼續(xù)運(yùn)行,直到該料倉(cāng)達(dá)到高限后,按照高限優(yōu)先級(jí)重新選擇調(diào)整;

(3)當(dāng)?shù)V倉(cāng)料位有低于料位高限但高于低限的情況,則根據(jù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行自動(dòng)布料控制;

(4)所有料倉(cāng)的低限值、高限值都可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行更改設(shè)置;

(5)任意一個(gè)分料器都可以隨意退出或進(jìn)入優(yōu)先級(jí)隊(duì)列進(jìn)行參與自動(dòng)布料控制。

經(jīng)過(guò)自動(dòng)布料控制,實(shí)現(xiàn)了六個(gè)料倉(cāng)的供料均勻,保證了磨礦作業(yè)正常生產(chǎn)供料。自動(dòng)布料減少了人為因素的影響,降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝的無(wú)縫銜接,保證了磨礦流程的正常生產(chǎn),大幅提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 擠滿給礦控制

圓錐破碎機(jī)是破碎生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要設(shè)備,為了發(fā)揮其最大生產(chǎn)效率,需要對(duì)其進(jìn)行擠滿給礦控制,即破碎機(jī)腔體料位穩(wěn)定在一定范圍內(nèi),在此時(shí)破碎機(jī)處理量最大,處于最佳工作狀態(tài),提高了碎礦系統(tǒng)處理能力和細(xì)碎整體運(yùn)行效率[5]。

在破碎生產(chǎn)中的細(xì)碎圓錐破碎機(jī),其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)要求給料達(dá)到擠滿式給礦,才能發(fā)揮出設(shè)備的最大臺(tái)時(shí)效率。破碎系統(tǒng)中給料機(jī)作為提供流程原礦的設(shè)備,在整個(gè)給礦控制中起主要的調(diào)整作用,調(diào)節(jié)整個(gè)破碎工藝流程的給礦量和生產(chǎn)負(fù)荷;破碎機(jī)的給礦皮帶作為破碎機(jī)的給礦設(shè)備,在給礦控制中起微調(diào)作用和保護(hù)作用,穩(wěn)定破碎機(jī)腔體料位,并在料位過(guò)高時(shí)停止供料,實(shí)現(xiàn)對(duì)破碎機(jī)的保護(hù)。

由于破碎過(guò)程具有大滯后的特性,常規(guī)PID控制策略無(wú)法取得較好的控制效果,這為實(shí)現(xiàn)給礦自動(dòng)控制帶來(lái)較大難度。根據(jù)被控對(duì)象特性,設(shè)計(jì)專家控制規(guī)則,采用雷達(dá)料位計(jì)檢測(cè)圓錐破碎機(jī)進(jìn)料口料位,變頻控制破碎機(jī)給礦皮帶、給料機(jī)的給礦速度,分別與破碎機(jī)料位構(gòu)成閉環(huán)控制回路,最終實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)擠滿給礦控制,控制框圖如圖2所示。

專家控制規(guī)則是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的操作經(jīng)驗(yàn)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)摸索,在生產(chǎn)運(yùn)行中不斷完善的控制規(guī)則。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況,破碎機(jī)料位劃分為低低限、低限、高限、高高限、高報(bào)警限等,在每個(gè)料位段根據(jù)專家控制規(guī)則進(jìn)行頻率控制,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的控制效果,如表1所示的部分控制規(guī)則。

如圖3所示,破碎機(jī)進(jìn)料口的料位波動(dòng)范圍基本穩(wěn)定在5%-10%之間,保證了破碎機(jī)腔體內(nèi)擠滿式給料;同時(shí)破碎機(jī)工作功率基本穩(wěn)定在200KW左右,運(yùn)行穩(wěn)定。細(xì)碎破碎機(jī)的擠滿給料控制,提高了細(xì)碎破碎機(jī)的處理能力和工作效率,同時(shí)提高了整個(gè)破碎系統(tǒng)的生產(chǎn)能力,一定程度上提升了破碎產(chǎn)能。

3 結(jié)語(yǔ)

破碎自動(dòng)化控制系統(tǒng)投入生產(chǎn)后,不但滿足了建設(shè)數(shù)字礦山的需要,滿足“生產(chǎn)過(guò)程可視化、自動(dòng)化”的要求,而且解決了生產(chǎn)過(guò)程中存在的矛盾和制約生產(chǎn)的瓶頸,在系統(tǒng)可靠性、設(shè)備安全性方面有大幅提高,降低了碎礦的生產(chǎn)成本,大幅降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,節(jié)能降耗;同時(shí),提高了破碎系統(tǒng)產(chǎn)能,取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

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According to the crushing process characteristics and control requirement of gold mine, automation control system is designed and developed, and finally completed. The control system includes interlocking control of device, ore feeding control of cone crusher, and automatic ore distribution control. Since the control system has been put into application, the safety of production equipment is enhanced, the production cost of crushing and labor intensity are significantly reduced with significant economic benefits.

Crushing Automation Control system

方文(1982—),男,河北滄州人,工程師,從事選冶自動(dòng)化工作。