潘華南

（大冶有色金屬有限責(zé)任公司豐山銅礦，湖北黃石 435232）

0 概述

合理的加藥機(jī)制是提高選礦生產(chǎn)能力的重要途徑之一。實(shí)際生產(chǎn)中，傳統(tǒng)加藥作業(yè)主要是依靠工人手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)受現(xiàn)場(chǎng)客觀條件的限制，標(biāo)準(zhǔn)性差，不能實(shí)時(shí)監(jiān)控，很難按已確定的最佳配比來(lái)添加藥劑，導(dǎo)致各種藥劑的配比不夠精準(zhǔn)。針對(duì)選礦加藥設(shè)備設(shè)計(jì)PLC（可編程控制器）自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)，根據(jù)給礦量確定加藥量，并通過(guò)電磁閥的每分鐘開(kāi)啟次數(shù)和開(kāi)啟時(shí)間來(lái)控制藥劑添加量。系統(tǒng)采用三菱PLC作為主控單元，可有效提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與精確性。采用特制的電磁閥為加藥執(zhí)行元件，以確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 自動(dòng)加藥系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及工作原理

自動(dòng)加藥系統(tǒng)以PLC為加藥控制核心，以計(jì)算機(jī)為主控制器，通過(guò)KVM（鍵盤、顯示器、鼠標(biāo)）延長(zhǎng)器將鍵盤鼠標(biāo)視頻同步延長(zhǎng)，一套人機(jī)交互系統(tǒng)在配藥室，另一套人機(jī)交互系統(tǒng)安裝于遠(yuǎn)端的控制室，并以電磁閥為系統(tǒng)的加藥執(zhí)行機(jī)構(gòu)，利用計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)加藥系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理和操作的一種遠(yuǎn)程定量加藥設(shè)備（圖1）。

圖1 計(jì)算機(jī)自動(dòng)加藥機(jī)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

該裝置主要是依據(jù)孔口流的基本原理以及間斷性的加藥方式（PWM 即 Pulse－Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制方式），在一定周期內(nèi)首先將一定量的藥劑間斷地加入到緩沖器，然后再通過(guò)管道連續(xù)地輸送到相應(yīng)的加藥點(diǎn)。為保證藥箱內(nèi)藥劑的恒定，在藥劑箱內(nèi)設(shè)置了浮球閥，當(dāng)藥劑通過(guò)電動(dòng)執(zhí)行閥給藥時(shí)，可以確保相同時(shí)間內(nèi)流出相同的藥劑。最后通過(guò)PLC來(lái)控制執(zhí)行閥，確保在加藥周期內(nèi)只要保持相同的給藥時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)每次的給藥量相同。因此，只需要改變周期內(nèi)給藥時(shí)間即可調(diào)節(jié)給藥量的多少。

2 系統(tǒng)擴(kuò)展

如果需要進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)性能，可進(jìn)行相應(yīng)的功能擴(kuò)展。根據(jù)經(jīng)費(fèi)、系統(tǒng)控制可靠性和精度要求，控制系統(tǒng)增加了3個(gè)擴(kuò)展區(qū)。

（1）擴(kuò)展區(qū)1——視頻監(jiān)控系統(tǒng)。本區(qū)增加了1臺(tái)錄像設(shè)備、1臺(tái)交換機(jī)、若干個(gè)攝像頭、電纜和攝像頭用電源適配器（最多15個(gè)攝像頭）對(duì)藥箱的液位進(jìn)行監(jiān)視，也可以對(duì)浮選槽的狀況進(jìn)行監(jiān)視。交換機(jī)通過(guò)RJ45網(wǎng)絡(luò)電纜把計(jì)算機(jī)與監(jiān)控錄像機(jī)連在一起，工作人員通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示器就可以觀測(cè)到各監(jiān)視點(diǎn)的狀況。本項(xiàng)改進(jìn)增加的費(fèi)用約10 000元人民幣。

（2）擴(kuò)展區(qū)2——液流檢測(cè)系統(tǒng)。本區(qū)增加了最多48個(gè)紅外液流檢測(cè)開(kāi)關(guān)對(duì)液流是否存在進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的開(kāi)關(guān)信號(hào)送入PLC。PLC在基本的控制程序的基礎(chǔ)上增加液流狀態(tài)邏輯判斷處理程序來(lái)對(duì)加藥狀態(tài)進(jìn)行判斷，同時(shí)將加藥狀態(tài)送給計(jì)算機(jī)，進(jìn)行進(jìn)一步的判斷和處理。本項(xiàng)改進(jìn)增加的費(fèi)用約5000元人民幣。

（3）擴(kuò)展區(qū)3——藥液流量檢測(cè)與控制系統(tǒng)。為了提高加藥的控制與計(jì)量精度，減小藥箱液位對(duì)加藥流量的影響，本區(qū)最多增加31對(duì)流量控制器與超聲波流量計(jì)。計(jì)算機(jī)通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò)總線對(duì)流量控制器與超聲波流量計(jì)進(jìn)行監(jiān)控，使計(jì)量與控制更準(zhǔn)確。在計(jì)算機(jī)程序基本的監(jiān)控程序基礎(chǔ)上，對(duì)流量控制器與超聲波流量計(jì)進(jìn)行監(jiān)控和處理。每一對(duì)系統(tǒng)的增加費(fèi)用約5000元人民幣。

3 設(shè)備安裝

PLC、固態(tài)繼電器、電源均安裝在控制柜內(nèi)，KVM延長(zhǎng)器的發(fā)送器與計(jì)算機(jī)一起安放在加藥室，與計(jì)算機(jī)的鍵盤、鼠標(biāo)和VGA（視頻圖像適配器）接口相連（圖2）。加藥閥安裝在加藥箱下部側(cè)面的球閥上，通過(guò)電纜與控制柜的輸出接線端子連接。

圖2 加藥閥安裝位置

擴(kuò)展區(qū)1的錄像設(shè)備、交換機(jī)、攝像頭用電源適配器安放在加藥室，攝像頭安裝在監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)電纜與錄像設(shè)備相連，操作人員通過(guò)計(jì)算機(jī)的顯示器觀察現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況。擴(kuò)展區(qū)2的紅外液流檢測(cè)開(kāi)關(guān)安裝在電磁閥附近，對(duì)液流是否存在進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的開(kāi)關(guān)信號(hào)通過(guò)信號(hào)電纜送入PLC的輸入端。擴(kuò)展區(qū)3的流量控制器安裝在控制柜內(nèi)，通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò)總線與計(jì)算機(jī)相連，流量控制器的控制輸出與固態(tài)繼電器的輸入相連；超聲波流量計(jì)安裝在電磁閥附近，其通過(guò)RS422總線與流量控制器相連。

加藥箱液位控制閥如圖3所示。其中，閥體為DN25 mm，采用水平安裝方式閥體應(yīng)不超過(guò)過(guò)濾網(wǎng)板。進(jìn)藥管端頭應(yīng)有錐管外螺紋（對(duì)DN40 mm 管為ZG1英寸），以便安裝液位控制閥。

4 自動(dòng)加藥系統(tǒng)的功能特點(diǎn)

利用PLC中的高速定時(shí)器以及比較判斷節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)電磁閥的通斷電控制功能，人機(jī)對(duì)話在加藥室和遠(yuǎn)端均可操作。在選礦廠的實(shí)際生產(chǎn)中，自動(dòng)加藥機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)4個(gè)功能。

（1）每點(diǎn)流量數(shù)控。在安裝過(guò)程中應(yīng)選取一定的執(zhí)行閥通電時(shí)間，然后在加藥箱液面穩(wěn)定的狀態(tài)下，用量筒測(cè)量出執(zhí)行閥放出的藥劑量并將數(shù)據(jù)送入PLC。當(dāng)個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳送完畢后，PLC開(kāi)始投入使用。此外，遇到系統(tǒng)突然斷電或者停車時(shí)，PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)可以儲(chǔ)存下來(lái)。

（2）工藝指令限量。當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)超出規(guī)定上下限流量時(shí)，所輸入的數(shù)據(jù)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)視為無(wú)效數(shù)據(jù)，并發(fā)出提示，仍會(huì)依據(jù)原給定值運(yùn)行。

（3）給藥箱液位報(bào)警功能。如果由于各種原因，如管路堵塞抑或其他原因?qū)е逻M(jìn)入量與給出量不符，液面發(fā)生上升或下降變化時(shí)，藥箱內(nèi)的液位檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并顯示出相關(guān)的給藥箱。

（4）自動(dòng)放藥功能。當(dāng)給藥箱中的藥劑液面低于設(shè)定液位值或者藥液離開(kāi)高位一定時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)打開(kāi)放藥閥；否則系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉放藥閥。

5 自動(dòng)加藥系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用分析

在選礦廠投入運(yùn)行后，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行分析可知，自動(dòng)加藥系統(tǒng)對(duì)選礦過(guò)程中的技術(shù)管理、運(yùn)行穩(wěn)定性、節(jié)能降耗及減低工人勞動(dòng)強(qiáng)度等都起到積極作用，具體表現(xiàn)有3個(gè)方面。

（1）降低藥點(diǎn)流量的數(shù)控誤差。經(jīng)實(shí)際測(cè)量分析，平均誤差<3%，遠(yuǎn)高于人工控制的精度。

（2）浮球閥的自動(dòng)化控制藥劑功能有效解決了人工操作導(dǎo)致的給藥箱斷藥或滿藥的問(wèn)題。

（3）自動(dòng)加藥系統(tǒng)還能提供給加藥點(diǎn)的趨勢(shì)曲線，便于技術(shù)人員制定相應(yīng)的措施，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)藥劑科學(xué)化、制度化的管理。

6 結(jié)束語(yǔ)

目前PLC自動(dòng)加藥系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各礦產(chǎn)企業(yè)，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用可知，該加藥系統(tǒng)便于操作，故障率低，能夠節(jié)能降耗、提高選礦回收率。

圖3 液位控制閥結(jié)構(gòu)

［1］羅瑞，張自紅.PLC和組態(tài)王在選礦加藥控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)科技信息，2009（4）：123－124.

［2］李克鵬，王彬，李金梁.基于PLC自動(dòng)加藥系統(tǒng)在選礦廠的應(yīng)用［J］.價(jià)值工程，2017，36（23）：215－216.