唐建文（長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，湖南　長沙　410000）

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自動控制在長距離礦漿管道輸送中的應(yīng)用

唐建文（長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，湖南長沙410000）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，長距離礦漿管道輸送在礦山行業(yè)中應(yīng)用越來越多。為實現(xiàn)對長距離礦漿輸送管道的自動控制，本文闡述了該系統(tǒng)的總體組成結(jié)構(gòu)、各部分功能及自動控制原理。

自動控制；長距離；管道輸送

前言

在我國的西部偏遠(yuǎn)山區(qū)，存在著大量尚未開發(fā)的礦山資源，這些礦山資源處在崇山峻嶺中，交通條件極其惡劣。出于對自然環(huán)境的保護，這些礦山資源一般不允許就地加工冶煉，而是需要運輸?shù)揭呀ǔ傻囊睙拸S來加工處理。冶煉廠一般距離礦山遙遠(yuǎn)。如何經(jīng)濟、高效地將礦山資源進(jìn)行運輸至冶煉廠處理，最大程度上減少對自熱環(huán)境的污染，是開發(fā)礦山資源都會遇到的世界性難題。

采用管道加壓長距離輸送礦漿的方式應(yīng)運而生。采用管道長距離輸送礦漿有明顯的優(yōu)勢，輸送能力大，管道埋在地下不會過多的涉及征地的問題，輸送過程不受天氣條件的影響，比汽車運輸投資低等。由于礦漿輸送管道埋在地下，且敷設(shè)在野外，因此不可能采用人工監(jiān)測維護。如何保證整個長距離礦漿管道輸送系統(tǒng)安全、高效的運行，自動控制有著不可替代的作用，自動控制實現(xiàn)隔膜泵的自動啟停及變頻調(diào)速，以及工藝過程的一系列操作。

1　工藝概述

礦漿經(jīng)外部管線送至礦漿攪拌器，礦漿攪拌器攪拌配置一定濃度的礦漿，配置好后礦漿送至喂料泵，在喂料泵出口監(jiān)測礦漿濃度，濃度不合格回流至礦漿攪拌器重新配置礦漿，濃度合格后送至三臺隔膜泵加壓輸送，三臺隔膜泵并列運行，輸送至礦漿總管，最后經(jīng)礦漿總管通過外部越野管線輸送到終端消能閥門站，礦漿經(jīng)過消能處理后流至礦漿儲存池。

2　自動控制系統(tǒng)的組成及原理

自動控制是一門古老的學(xué)科，極大的促進(jìn)了人類發(fā)展，隨著計算機技術(shù)的出現(xiàn)，使得自動控制技術(shù)進(jìn)入到一個新的發(fā)展階段。長距離礦漿管道輸送技術(shù)一出現(xiàn)就和自動控制技術(shù)緊密的聯(lián)系在一起。長距離礦漿管道輸送要求采用全自動智能控制的運行模式，對管道系統(tǒng)運行的各種工作狀態(tài)（正常工況，礦漿沉降，管道堵塞，水錘等）進(jìn)行實時監(jiān)測，分析，預(yù)報和風(fēng)險控制。各類操作與控制完全在中央控制室進(jìn)行，實現(xiàn)全自動控制和智能化管理。如圖1為長距離礦漿管道輸送自動控制系統(tǒng)的組成，主要包括首站即隔膜泵房站、壓力監(jiān)測站、尾站即終端消能閥門站。

圖1　自動控制系統(tǒng)的組成

3　控制功能及其實現(xiàn)

在長距離礦漿管道輸送系統(tǒng)中，采用PLC計算機控制系統(tǒng)的目的，除了采集現(xiàn)場信號外，還要實現(xiàn)一些特定的控制功能，這些控制功能的完成可以滿足整個管道輸送工藝過程自動化生產(chǎn)的需要，有效降低操作人員的工作強度，減少生產(chǎn)的運行成本，提高整個管道輸送系統(tǒng)的生產(chǎn)管理水平。主要的控制功能如下：

3.1隔膜泵的優(yōu)化控制

在長距離礦漿管道輸送系統(tǒng)中，通常采用隔膜泵輸送礦漿。隔膜泵的優(yōu)化控制是整個管道輸送系統(tǒng)中的重點和難點。隔膜泵的控制功能設(shè)計一般由隔膜泵廠家和變頻器供貨商實現(xiàn)，主要包括變頻器的控制和隔膜泵的本體控制。

通過PLC控制柜控制變頻器，從而來控制的隔膜泵的啟動及變頻調(diào)速。當(dāng)有多臺隔膜泵并列運行時，變頻器還需實現(xiàn)對隔膜泵運行的相位控制。由于隔膜泵輸出的礦漿是脈沖式的，當(dāng)多臺隔膜泵同時運行時，必須控制好各臺隔膜泵的啟動間隔，使得各臺隔膜泵輸出的礦漿流波峰與波谷疊加，從而讓礦漿總管輸出的礦漿流是一條平滑的直線。如果沒有做好隔膜泵的相位控制，當(dāng)各臺隔膜泵輸出的礦漿流波峰與波峰疊加時，礦漿總管便會輸出更不均勻的脈沖流，壓力極不穩(wěn)定，甚至?xí)驗樗查g壓力過高使得礦漿管道破裂。隔膜泵本體上需要監(jiān)測軸承振動，油壓油溫等一些儀表參量，只有當(dāng)PLC控制系統(tǒng)監(jiān)測到這些參量在正常范圍之類，隔膜泵才允許啟動，當(dāng)運行過程中，只要發(fā)生振動過大，油壓油溫過高或過低，PLC控制系統(tǒng)將自動讓隔膜泵停機或禁止啟動。

3.2礦漿輸送控制系統(tǒng)

礦漿輸送控制系統(tǒng)主要包括礦漿攪拌器、喂料泵，終端消能閥門站的聯(lián)鎖控制。通過監(jiān)測喂料泵出口的礦漿濃度值，判定礦漿濃度是否適合管道輸送，如果濃度過高或過低，輸送管道的閥門自動快速關(guān)閉，回流管的上閥門快速打開，礦漿將會經(jīng)過回流管進(jìn)入到礦漿攪拌器再次攪拌配制礦漿。喂料泵是用來給隔膜泵供應(yīng)礦漿，喂料泵的運行隨著隔膜泵的調(diào)速控制而變化。

由于礦漿是高壓輸送，當(dāng)?shù)V漿到達(dá)終端時，礦漿存在較大的壓力，礦漿進(jìn)入礦漿池之前必須經(jīng)過消能處理。PLC控制系統(tǒng)根據(jù)終端消能閥門站前礦漿管道的壓力大小，自動開啟相應(yīng)的閥門，合理選擇消能孔板來消除礦漿殘存的壓力。

3.3SCADA系統(tǒng)

SCADA系統(tǒng)主要由壓力監(jiān)測系統(tǒng)組成，包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。PLC控制系統(tǒng)廠家自帶來系統(tǒng)軟件，即開發(fā)平臺，能對生產(chǎn)工藝進(jìn)行連續(xù)過程控制、順序控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信等功能。應(yīng)用軟件由設(shè)計人員在開發(fā)平臺上自主開發(fā)完成，按照管道輸送系統(tǒng)的工藝要求，開發(fā)出具有特定功能的控制軟件。根據(jù)尾礦輸送的要求，完成的主要功能如下：管道壓力監(jiān)，礦漿攪拌槽液位監(jiān)測與聯(lián)鎖控制，管道礦漿濃度檢測與聯(lián)鎖控制，外部越野管道壓力監(jiān)測，過壓報警，管道礦漿濃度監(jiān)測與控制。

4　自控儀表選型及系統(tǒng)設(shè)置

4.1自控儀表選型

自控儀表是工業(yè)控制系統(tǒng)的眼睛，生產(chǎn)過程中的任何工藝控制功能都離不開自控儀表。在長距離礦漿管道輸送系統(tǒng)中需要設(shè)置一定數(shù)量的自控儀表來監(jiān)測工藝過程參量，由于礦漿是堅硬的固體顆粒與水的混合物，要求各類自控儀表需具有很強的耐磨性能；而隔膜泵的出口壓力高達(dá)10MPa，要求自控儀表需具有很強的耐高壓力性能。在礦漿攪拌器設(shè)置一臺雷達(dá)液位計，用來監(jiān)測礦漿攪拌器的液位，選用德國科隆測量儀器公司的雷達(dá)液位計，型號為OPTIWAVE 6300 C，要求：兩線制，喇叭型天線，法蘭連接，儀表外殼：不銹鋼。在喂料泵的出口、隔膜泵的進(jìn)出口、壓力監(jiān)測站及終端消能閥門站進(jìn)口設(shè)置多臺壓力變送器，選用ABB公司生產(chǎn)的264系列壓力變速器，要求：兩線制，填充液：硅油，安裝法蘭口徑為DN50，外殼材質(zhì)為不銹鋼，在氣溫-25.4℃時能正常工作，且具有良好的防震性能。在喂料泵出口總管與終端消能閥門站進(jìn)口各設(shè)置一臺礦漿濃度計，用以監(jiān)測礦漿濃度是否滿足輸送要求，由于礦漿濃度高，需采用核輻射濃度計才能達(dá)到較高的精度，選用美國熱電公司生產(chǎn)的型號為Density PRO的礦漿濃度計，要求：電源為220VAC，放射源為Cs137，且具有良好的密閉性。

4.2系統(tǒng)設(shè)置

控制系統(tǒng)是整個長距離礦漿管道輸送系統(tǒng)的大腦，自控儀表的監(jiān)測數(shù)據(jù)都傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)這些監(jiān)測數(shù)據(jù)分析管道系統(tǒng)的運行狀況，在合適的時刻發(fā)出控制指令，使得喂料泵、隔膜泵及各個閥門按照生產(chǎn)工藝的要求運行。

控制系統(tǒng)選用AB（羅克韋爾）自動化控制系統(tǒng)，羅克韋爾自動化有限公司是全球最大的致力于工業(yè)自動化與信息化的公司，致力于幫助客戶提高生產(chǎn)力，以及世界可持續(xù)發(fā)展。整個控制系統(tǒng)設(shè)置一個中央控制中心，即隔膜泵泵房主控制室，作為操作監(jiān)控中心。管道上各個自控儀表的監(jiān)測控制信號將通過光纖傳輸?shù)礁裟け梅恐骺刂剖?，在主控制室實現(xiàn)對整個長距離礦漿管道輸送系統(tǒng)的進(jìn)行控制。

5　結(jié)語

總之，隨著自動技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)越來越朝著無人值守的方向發(fā)展。自動控制在長距離礦漿管道輸送中的應(yīng)用，不僅大量節(jié)省了人力、物力及財力，而且極大的提高輸送系統(tǒng)的智能性、可靠性。

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唐建文（1984-），男，工程師，研究生，主要從事工程設(shè)計工作。

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2095-2066（2016）13-0087-02

2016-4-2