磁選柱PLC模糊控制的設計

李紅英

（河北能源職業技術學院，唐山 063000）

0 引言

磁選柱作為新型高效的低弱磁場選礦設備，廣泛應用選礦廠。但現在選礦廠對于磁選柱大多手動操作控制，不能保證穩定的精礦品級。因此提高磁選柱的自動化程度變得尤其重要。本文主要介紹了磁選柱的整體控制方案及磁選柱磁場強度自動控制方案。

1 磁選柱結構

磁選柱主要由6部分組成：給礦圓筒、輥筒、磁系、槽體、刷輥和傳動部分。圓筒是由不銹鋼板卷焊制成筒狀，端蓋是鑄鋁件，然后用不銹鋼螺釘和筒相連。電機通過減速機來帶動圓筒、刷輥、磁輥作回轉運動。磁系則是開放式磁系，用不銹鋼螺栓把磁塊裝在磁軛的底板上。槽體的工作區域用不銹鋼板制造，機架和槽體的其他部分是用普通鋼材焊接成。如圖1所示。

圖1 磁選柱結構圖

2 磁選柱工作原理

礦漿經過給礦箱流入槽體后，在給礦機械力的作用下，礦粒會呈松散狀態進入槽體的給礦區。由于磁場的作用，磁性礦粒會發生磁聚現象，從而形成“磁團”，會被吸附在圓筒上。“磁團”在隨圓筒旋轉過程中，磁極交替會產生磁攪拌的現象，再加上從下到上的水流對其具有沖洗作用，使夾雜的非磁性礦物會在翻動過程中脫落，最終被吸在圓筒表面的“磁團”就是需要的精礦，非磁性或者弱磁性礦物留在礦漿中隨礦漿排出槽外，即尾礦。

3 設計思路

控制磁選柱主要調節4個參數：磁場強度、磁場變換周期、上升水流和精礦口大小。

磁選柱要求水壓大于0.17Mpa，上升水流的速度由控制給水閥門開度大小控制。上升水流大時，夾雜在磁團聚中的單體脈石和貧連生體會不斷被上升水流沖散，隨上升水流上升成為尾礦。給水閥門開度越大，對提高精礦品位越有利，但是水的上升沖力過大，磁選柱會出現翻花跑黑現象，造成精礦流失。實踐證明，調節給水閥門開度，磁選柱溢流液面距溢流槽頂端高15mm。

磁場的變換周期從5～8s可調，周期越長，兩組線圈通電的間隔就會越長，上升水流沖洗分散的作用越強，對精礦品位提高也越有利。一般情況下，磁場變換周期設置為6.5s。

以上兩個參數在磁選柱正常運行后不需要頻繁調整，著重設計的是底閥控制器和磁場強度控制器。

3.1 底閥控制器的設計

磁選柱的底閥控制將直接影響著排出精礦的濃度，并且也影響磁選柱底部的礦層界面高低及上升水流的大小。底閥開度過小，將會造成下部精礦不能夠及時排出，從而使得精礦層界面升高，精礦會大量流失。底閥開度過大時，致使上升水流的速度變小，水流對單體脈石，貧連生體的沖洗作用會不足，造成精礦品級下降。

底閥控制器控制采用PID控制。控制系統采用通過磁性物密度傳感器檢測排礦口精礦鐵磁性物質的密度進行信號反饋，控制器將設定值與實際檢測值的差值進行比例、積分、微分運算后輸出給調節閥，從而調節閥自動調節排礦口大小。結構框圖如圖2所示。

圖2 底閥控制系統框圖

3.2 磁場強度控制器的設計

磁場強度的控制主要依據是檢測點礦漿濃度對磁場強度進行調整。磁選柱正常運行一段時間以后，分選桶內會形成重介質懸浮層，其密度從上到下逐漸增大，內部顆粒主要受到自身的重力、浮力、上升水流沖力和磁場力的共同作用。磁選柱內的礦粒或磁鏈的運動速度方程如下：

式中，V是磁鏈或顆粒體積；δ是磁鏈或顆粒密度；ρ是水的密度；g是重力加速度；λ是顆粒所在點礦漿容積濃度；Ua是上升水流速度；K是顆粒或磁鏈磁化率；Kp是與水流狀態相關的系數；H是磁場強度，U是礦粒的運動速度（向下為正）。

由此可知，在分選筒內，不同顆粒運動狀態是不同的；在不同磁場條件下，同一顆粒的運動狀態也可能是不同的。如果相同大小的貧連生體、富連生體和單體磁性顆粒在同樣磁場條件下，單體磁性顆粒下沉，貧連生體則上升，富連生體可能懸浮。隨著磁場的增大，富連生體也變為下沉狀態，貧連生體懸浮，再增大磁場，可能造成貧連生體也下沉。若大部分顆粒都下沉，就必然會出現該區域的礦漿濃度下降，大量貧連生體的下沉必然造成了精礦品級的下降，此時就應該調節磁場使貧連生體上升，相應的一些顆粒必然會懸浮，這樣礦漿濃度會回升。磁場力和上升水流的配合能造成一部分顆粒下沉一部分上升。

4 硬件框圖

采用PLC作為控制核心部件，實現模糊自動控制。它主要利用磁性物密度傳感器，檢測排礦口精礦鐵磁性物質的密度進行信號反饋，來控制電動閥門的開度；利用壓力傳感器采集礦漿濃度的大小，控制磁場強度的大小。對線圈的通電的順序以及通、斷電時間的控制，來實現調節選別筒內的磁場變化。采用觸摸顯示屏作為人機交互界面，方便操作。從而使其產出高品位精礦，甚至超純鐵精礦。硬件框圖如圖3所示。

圖3 硬件框圖

5 線圈控制方式的優化

根據弱磁類磁選機的選別原理，大多是在選別筒的外壁自上而下繞有多組的線圈。頂層的線圈和底層的線圈由一個控制電路控制。控制電路對它們持續供電。線圈產生較強的電磁場，從而使磁性礦物顆粒形成團聚并向下運動。中間部分每4個相臨的線圈組成一個選別區，并且每個選別區內的線圈分別接在不同組的控制電路上。各個線圈采取自上而下依次通電的控制方式，從而對磁性鐵礦物會形成向下拉的磁力，加快了鐵磁性礦物顆粒向下的運動速度。每個循環線圈也都有一定時間處于斷電的狀態，磁場強度降到了最低，使該線圈控制的選礦層的磁團在上升水流作用下松散開來。這樣磁團中被夾雜的貧連生體及單體脈石會借此機會隨著上升水流而向上運動。同時鐵磁性礦物顆粒受下層電磁線圈的磁力吸引，會克服水流的浮力向下運動從精礦口排出。這樣使二者分離開來，克服了磁團聚現象。

圖4 軟件主流程圖

6 軟件主流程方框圖

程序采用模塊化結構，分別檢測上部和下部的礦漿濃度，分別運算，根據計算結果，輸出控制磁場的強度和閥門的開度。其主程序流程圖如圖4所示。

7 結束語

PLC在磁選柱上的應用，使磁場強度和閥門開度實現了完全的自動控制，極大地降低了工人的勞動強度，同時對提高精礦品位起了很大的幫助。當前，該系統在唐山高新技術開發區選礦廠得到應用，效果良好。

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