劉 凡

（山西焦煤西山煤電官地選煤廠， 山西 太原 030024）

引言

浮選機作為選煤廠的基礎(chǔ)設(shè)備，也是最為重要的生產(chǎn)設(shè)備之一，最能體現(xiàn)出選煤環(huán)節(jié)的機械設(shè)備自動化、電氣化進程。因此，對浮選機進行自動化設(shè)計是提高選煤廠生產(chǎn)效率的重要環(huán)節(jié)[1-2]。

1 浮選機的工作原理（見圖1）

圖1 浮選機工作原理

浮選機由電動機三角帶傳動帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心作用形成負壓，一方面吸入充足的空氣與礦漿混合，一方面攪拌礦漿與藥物混合，同時細化泡沫，使礦物黏合在泡沫之上，浮到礦漿表面再形成礦化泡沫。調(diào)節(jié)閘板高度，控制液面，使有用泡沫被刮板刮出。加入了定量浮選藥劑的煤炭浮選入料通過泵的加壓后，達到一定的壓力值，將帶有壓力的煤泥送入浮選機，在空氣反應(yīng)器中，突然加入的煤泥會產(chǎn)生負壓，使得空氣反應(yīng)器吸入空氣，與煤泥充分混合均勻后，通過浮選分配盤把煤泥均勻刮入浮選機的槽體腔內(nèi)，進入槽體腔后，煤泥中的空氣出現(xiàn)重新膨脹、析出、上浮，形成許多微小氣泡，使得煤泥中的雜質(zhì)析出，這樣在浮選藥劑的幫助下完成煤泥內(nèi)雜質(zhì)的浮選過程，在浮選機槽體內(nèi)形成了一定厚度的泡沫層，由于繼續(xù)給料，隨著液面的上升，泡沫層從溢流堰流出進入浮精桶。浮選機的基本參數(shù)如表1所示[3-4]。

表1 浮選機的基本參數(shù)

2 浮選機存在的問題

1）除了操作員調(diào)節(jié)最后一個腔室尾箱中的閘板組之外，浮子室的浮選池液位不是由副室自動控制。在生產(chǎn)實踐中，不同浮力的煤浮選機浮選性能差異較大。因此，在不考慮房間而自動調(diào)節(jié)液位的情況下，不能根據(jù)每個房間中泡沫層的厚度來改變液位。因此，存在每個房間的清潔煤鏟不能及時刮出泡沫產(chǎn)品的情況。

2）浮選機各室凈化刮煤機數(shù)量相同，運行速度相同，不能根據(jù)各室泡沫層厚度的實際情況實時調(diào)整。目前，機械攪拌浮選機各室的泡沫刮刀為2～4個，均勻安裝在長軸上操作。速度一致，浮選機刮板的速度不能根據(jù)每個腔室內(nèi)泡沫層的狀況進行調(diào)整，從而影響精煤產(chǎn)品的質(zhì)量[5-6]。

3）自動化程度低。在選礦生產(chǎn)過程中，準確控制浮選槽液位使浮選槽中礦漿液面保持穩(wěn)定，這樣對于提高浮選指標具有重要的作用，不但能穩(wěn)定浮選作業(yè)，而且有利于提高有用礦物的回收率和品位。

大多數(shù)浮選槽都是通過手動調(diào)節(jié)閥門來控制液位的，手動控制閥門的非線性給系統(tǒng)的分析和控制帶來了一定困難。此外很多浮選作業(yè)是多槽串聯(lián)的，系統(tǒng)內(nèi)耦合性強，造成的相互影響大。

3 浮選機的自動化設(shè)計分析

3.1 浮選機電機控制設(shè)計

浮選機的電機啟動設(shè)計目前有兩種啟動模式，遠程啟動和短暫啟動。由于大多數(shù)浮選槽的浮選槽使用的功率范圍為160～200 kW，電機功率較大，可能會損壞電機，為了防止電機在啟動過程中產(chǎn)生較大的機械沖擊和電流沖擊，因此在電機啟動階段增加了軟啟動器。

3.2 浮選機的模糊PID控制設(shè)計

由于浮選過程的復雜性和時變參數(shù)等諸多因素，難以持續(xù)在線監(jiān)測。對于浮選來說，浮選的藥劑量、浮選液位、給礦濃度、給礦粒度及給礦的流量等，都會引起浮選過程金屬回收率和精礦品位的變化。不過對于浮選藥劑量和充氣量等都不是浮選機所能控制的，因此浮選過程總是存在著不確定性[7-9]。

因此，為了實現(xiàn)浮選過程的準確控制，確定控制策略以PID為核心，同時必須將影響浮選工藝過程的各種變化情況，建立模糊控制規(guī)則進行模糊推理，獲得各控制對象的模糊推理結(jié)果，反模糊化和PID。形成Fuzzy+PID的模糊閉環(huán)控制，實現(xiàn)對浮選過程的精確控制。

3.3 智能優(yōu)化設(shè)計

在一般的浮選過程中，達到穩(wěn)態(tài)后，輸出不是保持不變，而是在設(shè)定值附近波動，這會導致執(zhí)行機構(gòu)頻繁動作，縮短其使用壽命。在此基礎(chǔ)上，作者采用智能優(yōu)化方法在受控對象達到穩(wěn)態(tài)后收集數(shù)據(jù)和內(nèi)置優(yōu)化算法。計算當前狀態(tài)下的最佳輸出，然后切換PID以手動方式將輸出固定為計算出的最佳值。為了盡可能延長電氣系統(tǒng)的使用壽命，避免制動器的頻繁操作，以保護浮選機的氣動制動器。

浮選機液位自動控制系統(tǒng)主要由浮選機專用液位測量裝置、氣動執(zhí)行機構(gòu)和錐形閥、液位控制器、上位機以及監(jiān)控系統(tǒng)組成。該自動控制系統(tǒng)能夠控制整個浮選過程，并且還能實現(xiàn)對多槽浮選作業(yè)的液位、充氣量自動調(diào)節(jié)，使浮選流程更穩(wěn)定。

3.4 浮選機液位檢測設(shè)計

在這種設(shè)計中，可以使用浮子液位和超聲波液位計進行液位檢測。反光鏡和連桿適用于鈦制設(shè)備。為了提高大型浮選機的控制精度，調(diào)節(jié)閥閥芯采用梭閥設(shè)計，流量特性符合線性要求。由于氣動執(zhí)行器的調(diào)節(jié)速度較快，因此可實現(xiàn)正常的液位調(diào)節(jié)。在停電或其他特殊情況下，氣動執(zhí)行機構(gòu)和電動執(zhí)行機構(gòu)都配備手輪用于手動控制。

4 結(jié)語

伴著選礦設(shè)備的不斷成長，浮選機的自動化進展擔負著選煤行業(yè)成長的主要職責，也是選煤行業(yè)朝著現(xiàn)代化、系統(tǒng)化前進的主要保證。浮選流程自動化的意義在于經(jīng)過對浮選參數(shù)的自動控制，實現(xiàn)優(yōu)化浮選結(jié)果，節(jié)約浮選藥劑，提高浮選精煤產(chǎn)率。在浮選機的電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用過程中，使用更為成熟的控制技術(shù)可確保浮選機工作過程和機械設(shè)備處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。