徐少華 何健全

(廣州粵有研礦物資源科技有限公司)

基于PLC的立環(huán)高梯度磁選機(jī)礦漿液面自動(dòng)控制系統(tǒng)

徐少華 何健全

(廣州粵有研礦物資源科技有限公司)

立環(huán)高梯度磁選機(jī)礦漿液面對(duì)選別指標(biāo)影響大，而人工控制液面穩(wěn)定性差、可靠性低、人力成本高。提出了一種基于PLC的立環(huán)高梯度磁選機(jī)礦漿液面自動(dòng)化控制方案，從PLC控制部分、液面監(jiān)測(cè)部分與行程控制開(kāi)關(guān)和閥門(mén)三個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了闡述。最后指出，礦漿液面自動(dòng)化控制系統(tǒng)因顯著優(yōu)勢(shì)，在提升立環(huán)高梯度磁選機(jī)選別效果方面具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

PLC 立環(huán)高梯度磁選機(jī) 礦漿液面 自動(dòng)化控制

立環(huán)高梯度磁選機(jī)是利用磁力、重力、脈動(dòng)流體力等合力連續(xù)分選微細(xì)粒弱磁性礦物的高效磁選機(jī)，目前已普遍應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外礦山進(jìn)行黑色金屬礦選別和有色金屬礦除鐵。礦漿液面是分選過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。礦漿液面過(guò)低，無(wú)法全部漫過(guò)分選介質(zhì)，不但造成分選介質(zhì)浪費(fèi)，而且介質(zhì)行程變短縮短選別時(shí)間，降低分選效果；礦漿液面過(guò)高，既容易溢出包裹鐵軛，造成礦漿損失和設(shè)備、廠房污染，又導(dǎo)致介質(zhì)吸附過(guò)于飽和，多余礦漿則隨尾礦排出，大大降低回收率。另外，礦漿液面高低也會(huì)對(duì)脈動(dòng)力產(chǎn)生影響。因此，立環(huán)高梯度磁選機(jī)選別過(guò)程中合適、穩(wěn)定的礦漿液面非常重要。

目前，礦漿液面高度大都通過(guò)人工手動(dòng)控制，操作難度大，可靠性差，人工成本高，不利于選別指標(biāo)的穩(wěn)定和選礦成本的降低，實(shí)現(xiàn)立環(huán)高梯度磁選機(jī)礦漿液面的自動(dòng)控制顯得十分迫切。生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、智能化控制技術(shù)的發(fā)展，使其成為可能。利用可編程控制器(PLC)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比處理和信號(hào)輸出控制，結(jié)合超聲波液面自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備、自動(dòng)控制閥門(mén)來(lái)控制立環(huán)高梯度磁選機(jī)礦漿液面，保證液面在設(shè)定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的自動(dòng)化控制。

1 立環(huán)高梯度磁選機(jī)的工作原理和礦漿液面控制

1.1 工作原理

立環(huán)高梯度磁選機(jī)主要由激磁線圈、鐵軛、轉(zhuǎn)環(huán)機(jī)構(gòu)、脈動(dòng)機(jī)構(gòu)及給卸礦裝置等組成。圖1是SSS-I-3000型立環(huán)高梯度磁選機(jī)示意圖。工作原理為：直流電通入激磁線圈，在鐵軛包裹的分選區(qū)內(nèi)產(chǎn)生均勻感應(yīng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)環(huán)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)磁介質(zhì)連續(xù)均勻的進(jìn)出磁場(chǎng)，磁介質(zhì)表面產(chǎn)生高梯度磁場(chǎng)。礦漿從上部給入，通過(guò)鐵軛進(jìn)入到分選區(qū)。此時(shí)進(jìn)入分選區(qū)的磁介質(zhì)吸附磁性礦物，并隨轉(zhuǎn)環(huán)運(yùn)動(dòng)至無(wú)磁場(chǎng)的頂部區(qū)域，在卸礦水沖洗作用下卸礦；非磁性顆粒則在重力、脈動(dòng)流體力作用下穿過(guò)下部鐵軛，并在下部分離排出[1]。

圖1 SSS-I-3000型立環(huán)高梯度磁選機(jī)示意

1.2 礦漿液面控制

人工控制液面礦漿是利用二通管引出礦漿液面至溢流箱，通過(guò)測(cè)量溢流箱內(nèi)液面高低。如果高度值不在允許范圍內(nèi)，則操作脈動(dòng)斗底部管夾閥手柄，控制閥門(mén)開(kāi)關(guān)大小，以調(diào)節(jié)液面高低。一般需2個(gè)工人分別進(jìn)行液面高度測(cè)量和底部閥門(mén)調(diào)節(jié)。雖然該方法操作簡(jiǎn)單，但現(xiàn)場(chǎng)肉眼觀察測(cè)量值精度較差，閥門(mén)調(diào)節(jié)也辛苦。生產(chǎn)要求實(shí)時(shí)監(jiān)控礦漿液面，人工成本高昂。因此，實(shí)現(xiàn)立環(huán)高梯度磁選機(jī)礦漿液面自動(dòng)化控制，不僅使現(xiàn)場(chǎng)操作人員擺脫枯燥、辛苦的測(cè)量和調(diào)節(jié)工作，合理安排人力資源，也能提高企業(yè)生產(chǎn)效率，降低成本[2]。

2 礦漿液面自動(dòng)控制方案

基于可編程控制器(PLC)，提出一種立環(huán)高梯度磁選機(jī)礦漿液面自動(dòng)控制系統(tǒng)?；痉桨笧椋豪枚ü茉?，在脈動(dòng)斗側(cè)壁引出礦漿至溢流箱內(nèi)。在箱體上部安裝超聲波物位計(jì)，設(shè)定參考基點(diǎn)R0，利用超聲波反射來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溢流箱內(nèi)液面高度，同時(shí)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋給中央控制系統(tǒng)。根據(jù)磁選機(jī)性能和現(xiàn)場(chǎng)礦漿性質(zhì)，確定合理的初始液面高度(相對(duì)于基點(diǎn))并給出允許誤差的上下限值Lmax和Lmin，并輸入PLC中。生產(chǎn)時(shí)，比對(duì)反饋高度R與設(shè)定高度R0。當(dāng)二者差值在允許范圍內(nèi)，控制閥門(mén)不動(dòng)作；當(dāng)差值ΔR低于允許下限Lmin時(shí)，表示此時(shí)液面高度低于正常高度，則發(fā)出控制信號(hào)關(guān)小閥門(mén)，提升液面，直至超聲波物位計(jì)采集到的信號(hào)顯示高度與設(shè)定高度差值符合要求時(shí)，停止閥門(mén)的動(dòng)作；當(dāng)反饋高度大于設(shè)定高度時(shí)，發(fā)出開(kāi)大閥門(mén)控制信號(hào)，降低液面，直至高度差值符合要求時(shí)，停止閥門(mén)動(dòng)作。帶行程控制開(kāi)關(guān)的自動(dòng)控制閥門(mén)控制閥門(mén)開(kāi)關(guān)大小，同時(shí)具有反饋閥門(mén)開(kāi)度大小數(shù)據(jù)到PLC控制系統(tǒng)并顯示給操作人員的功能。閥門(mén)開(kāi)度達(dá)到最大值而液面依舊高于設(shè)定許可值時(shí)，礦漿通過(guò)溢流裝置外溢，引發(fā)報(bào)警；閥門(mén)開(kāi)度最小(關(guān)死)液面仍低于設(shè)定高度時(shí)，則不再對(duì)閥門(mén)發(fā)出控制信號(hào)。

綜上所述，設(shè)計(jì)出立環(huán)高梯度磁選機(jī)的液面自動(dòng)控制方案，見(jiàn)圖2。首先在PLC控制器中預(yù)設(shè)R0，Lmin,Lmax值，計(jì)算實(shí)時(shí)液面位置R與R0差值ΔR。ΔR≤Lmin時(shí)，PLC發(fā)出關(guān)小閥門(mén)信號(hào)，升高液面；ΔR≥Lmin時(shí)，PLC發(fā)出開(kāi)大閥門(mén)信號(hào)，降低液面。反復(fù)動(dòng)作，直至Lmin≤ΔR≤Lmax，PLC不發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。

圖2 立環(huán)高梯度磁選機(jī)礦漿液面自動(dòng)控制方案示意

在該系統(tǒng)實(shí)施時(shí)中，應(yīng)該注意：①超聲波液面數(shù)據(jù)采集時(shí)間設(shè)定要合理，必須大于一次閥門(mén)動(dòng)作時(shí)間；② PLC控制器中具體的ΔR算法應(yīng)采用階梯函數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的數(shù)據(jù)和要求，利用增量開(kāi)度控制每次閥門(mén)調(diào)節(jié)的動(dòng)作幅度。如在-10+Lmin≤ΔR≤Lmin時(shí)，發(fā)信號(hào)給行程控制開(kāi)關(guān)關(guān)小10%的開(kāi)度，在-20+Lmin≤ΔR≤Lmin-10時(shí)，發(fā)信號(hào)給行程控制開(kāi)關(guān)關(guān)小20%的開(kāi)度。

3 自動(dòng)控制硬件

從圖2可以看出，立環(huán)高梯度磁選機(jī)礦漿液面自動(dòng)控制方案主要包括PLC控制部分、液面監(jiān)測(cè)部分、行程控制開(kāi)關(guān)及閥門(mén)。

3.1 PLC控制部分

PLC控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心，是分析處理的關(guān)鍵硬件。整個(gè)PLC控制系統(tǒng)采集的是R數(shù)據(jù)，根據(jù)ΔR大小輸出三類(lèi)控制信號(hào)：正向(關(guān)小閥門(mén))、負(fù)向(開(kāi)大閥門(mén))、0(不動(dòng)作)。

3.2 礦漿液面監(jiān)測(cè)部分

使用一部超聲波物位計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)礦漿液面監(jiān)測(cè)。超聲物位計(jì)傳感器采用PVDF聚合材料，適用于各種礦山選廠的礦漿液面監(jiān)測(cè)；測(cè)量范圍為0.25～5.0 m，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)精確測(cè)量，測(cè)量誤差控制在0.25%以內(nèi)；工作溫度為-40～60 ℃，輸出電流信號(hào)4～20 mA。超聲物位計(jì)自身配有液晶顯示屏，方便現(xiàn)場(chǎng)讀取液面高度數(shù)據(jù)，而采集數(shù)據(jù)的時(shí)間可以自由設(shè)定。

3.3 行程控制開(kāi)關(guān)及閥門(mén)

行程控制開(kāi)關(guān)及閥門(mén)是系統(tǒng)的動(dòng)作部分，根據(jù)PLC信號(hào)進(jìn)行可靠穩(wěn)定的動(dòng)作響應(yīng)。行程控制開(kāi)關(guān)及閥門(mén)見(jiàn)圖3。從圖3可以看出，行程控制開(kāi)關(guān)及閥門(mén)包括閘閥、雙向氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、行程控制開(kāi)關(guān)以及氣體過(guò)濾器。行程控制開(kāi)關(guān)及閥門(mén)采用進(jìn)口產(chǎn)品，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。行程控制開(kāi)關(guān)根據(jù)檢測(cè)到的PLC控制器發(fā)出的動(dòng)作控制信號(hào)，使用五步開(kāi)關(guān)程序來(lái)控制壓電閥，進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)入雙向夾管的氣流量，調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度大小。行程控制開(kāi)關(guān)可以利用微處理器來(lái)確定雙向氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的零點(diǎn)、最大行程、作用方向及定位速度，同時(shí)開(kāi)關(guān)自身還配有位置反饋模塊，反饋其雙向氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程位置參數(shù)至中控系統(tǒng)，方便操作人員了解閥門(mén)的真實(shí)動(dòng)作情況。

圖3 行程控制開(kāi)關(guān)及閥門(mén)

4 結(jié) 論

(1)立環(huán)高梯度磁選機(jī)礦漿液面對(duì)選別指標(biāo)影響較大，目前國(guó)內(nèi)外礦漿液面多采用人工控制，存在著操作難度大、可靠性差、人工成本高的缺點(diǎn)。

(2)提出了立環(huán)高梯度磁選機(jī)礦漿液面自動(dòng)控制的系統(tǒng)方案，包括PLC控制部分、液面監(jiān)測(cè)部分和行程控制開(kāi)關(guān)及閥門(mén)3個(gè)模塊。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)礦漿液面控制實(shí)時(shí)精確控制，穩(wěn)定性好，操作簡(jiǎn)便，人力成本低，切實(shí)可行。立環(huán)高梯度磁選機(jī)礦漿液面自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)明顯，將成為今后立環(huán)高梯度磁選設(shè)備的重要組成部分和發(fā)展方向。

(3)在實(shí)際生產(chǎn)中，影響立環(huán)高梯度磁選機(jī)礦漿液面的因素很多，不確定性大，還有很多因素需在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)。

[1] 趙 明，許麗敏，鐘森林.SSS-I-2500型高梯度磁選機(jī)的研制及工業(yè)應(yīng)用[J].礦山機(jī)械，2011,39(1):92-95.

[2] 譚 妍，孔祥宏.結(jié)晶器液面控制系統(tǒng)在寶鋼4號(hào)連鑄機(jī)的應(yīng)用[J].連鑄，2009(6):44-46.

2015-09-11)

徐少華(1986—)，男，工程師，碩士,510650 廣東省廣州市天河區(qū)長(zhǎng)興路363號(hào)。