破碎控制系統在選礦生產過程的應用

方文 尚海洋 戰立崗 殷輝寧 原磊 孫寶慶

(1.北京礦冶研究總院礦冶過程自動控制技術北京市重點實驗室,北京 100160;2.山東黃金礦業股份有限公司新城金礦,山東萊州 261438)

破碎控制系統在選礦生產過程的應用

方文1尚海洋1戰立崗2殷輝寧2原磊2孫寶慶2

(1.北京礦冶研究總院礦冶過程自動控制技術北京市重點實驗室,北京 100160;2.山東黃金礦業股份有限公司新城金礦,山東萊州 261438)

針對金礦選礦生產過程中破碎工段的生產工藝和控制要求,設計、開發并應用了破碎自動化控制系統,實現了破碎設備連鎖控制、圓錐破碎機擠滿給礦控制和自動布料控制等功能。控制系統投入使用后,提高了生產設備的安全性,降低了碎礦的生產成本,大幅降低了操作人員的勞動強度,經濟效益顯著。

破碎 自動化 控制系統

1 前 言

選礦工藝的發展對設備的可靠性和高效性、過程參數的穩定性、流程中各段產品的質量提出了更高的要求,破碎自動化是保證破碎過程正常生產的必要手段,是提高綜合效益的有效途徑[1][2]。針對該金礦選礦生產過程中破碎生產工藝和控制要求,以提高選礦生產過程自動化水平、提高生產能力為目標,對控制系統進行設計、開發和應用,提高了破碎系統的可靠性,保證了設備的安全性,降低了碎礦的生產成本,減少了人員的勞動強度,顯著地提高了經濟效益[3][4]。

該金礦碎礦作業工藝流程是:原礦經地下粗碎后提升至地面粗料倉,進入地表碎礦生產流程;礦石經給料機用皮帶送至雙層篩進行洗礦;雙層篩的篩下產品經皮帶送至細料倉,礦泥經螺旋分級機分級后,返砂送至細料倉,溢流送至脫水工序;雙層篩的篩上產品經皮帶到達中碎圓磨進行中碎;中碎后的產品由皮帶送至單層篩進行篩分,篩下產品經皮帶送往細料倉,篩上產品進入圓錐破碎機進行細碎后,產品再重新回到單層篩,構成閉路碎礦。

圖1 自動布料示意圖Fig.1 Sketch map of Auto- Distribution control system

2 破碎控制系統開發

原有碎礦作業電氣控制系統為繼電器-接觸器控制系統,可靠性低,故障率較高,難于快速查找故障點,經常造成停車事故;根據細碎機進料口料位人工調節槽式給料機負荷,不能達到擠滿給礦,生產效率偏低,作業成本較高;同時生產過程中存在以下矛盾:

(1)給礦不能自動調節,供料不均衡、不連續,造成生產間斷,影響處理量和生產成本;

(2)供料不均衡造成皮帶漏斗經常堵塞,需要停止供料進行處理,影響處理量,造成能源浪費,加大了操作工的勞動強度;

(3)因破碎處理能力略大于磨機處理能力,布料口需要經常倒換,特別是細料倉無料造成球磨機缺料空砸,影響磨機處理量,浪費能源,操作工的勞動強度非常大;

(4)重點設備的狀態監測儀表比較老,而且不全,對設備不能進行有效保護。

圖2 控制框圖Fig.2 Control block diagram

圖3 破碎機功率與進料口料位趨勢圖Fig.3 The trend maps of power and level

表1 控制規則表

以上問題的存在已經嚴重影響了金礦破碎流程的正常生產,針對上述問題,對破碎自動化控制系統進行了詳細設計和實施,較好地解決了以上生產中存在的問題,有效提高了生產效率,降低了生產成本和人工勞動強度。以下對控制系統進行詳細分析。

2.1 PLC控制系統

采用PLC控制系統取代了原來的繼電器-接觸器控制系統,實現了以下功能:

(1)與原控制系統相比,大大減少了故障發生率,提高了破碎控制系統的可靠性;

(2)根據工藝流程中物料到達時刻的順序,具有逆序開車、順序停車、聯鎖起停、故障聯鎖停車等功能,實現了節能降耗、保護設備的目的;

(3)實現對皮帶、振動篩、破碎機、給料機等重要設備的運行狀態進行監測,實現對中碎稀油站的油溫、油壓、流量、油位等重要參數進行監測,實現對細碎圓錐破碎機的運行狀態進行監測,確保了重要設備的運行安全;

(4)實現對主要皮帶的打滑、跑偏進行檢測和報警,拉繩開關緊急停車,對破碎廠房、篩分廠房等進行粉塵濃度檢測和報警,有利于設備故障的早期發現,可以避免設備生產事故的發生,同時是現場人員安全生產的前提條件。

控制系統對破碎生產起到了顯著成效,保證了人員、設備和生產安全,實現了節能降耗。

2.2 自動布料控制

破碎系統與下一個工藝流程-磨礦系統是通過細料倉進行銜接的,如果布料控制不當,即使破碎系統達到了最大處理能力,也不能保證磨礦系統的正常運行,因此實現礦倉布料的自動控制對保障整個選廠生產的連續性非常重要。

控制系統采用雷達料位計自動檢測六個細料倉的料位值,根據工藝要求的料倉狀態設置優先級別,采用專用控制算法自動控制位于料倉下料口的電動布料器,從而實現多礦倉的自動布料功能。自動布料示意圖如圖1所示。

根據各個礦倉布料的優先級別,自動布料的控制策略為:

(1)當礦倉料位有低于料位低限的情況,則按照制定的12種優先級類別優先順序進行自動布料控制;

(2)當所有料倉都高于低限,分料器不再進行調整,處于下料狀態的分料器繼續運行,直到該料倉達到高限后,按照高限優先級重新選擇調整;

(3)當礦倉料位有低于料位高限但高于低限的情況,則根據優先級進行自動布料控制;

(4)所有料倉的低限值、高限值都可以根據現場情況進行更改設置;

(5)任意一個分料器都可以隨意退出或進入優先級隊列進行參與自動布料控制。

經過自動布料控制,實現了六個料倉的供料均勻,保證了磨礦作業正常生產供料。自動布料減少了人為因素的影響,降低了工人勞動強度,實現了生產工藝的無縫銜接,保證了磨礦流程的正常生產,大幅提高了經濟效益。

2.3 擠滿給礦控制

圓錐破碎機是破碎生產系統中的重要設備,為了發揮其最大生產效率,需要對其進行擠滿給礦控制,即破碎機腔體料位穩定在一定范圍內,在此時破碎機處理量最大,處于最佳工作狀態,提高了碎礦系統處理能力和細碎整體運行效率[5]。

在破碎生產中的細碎圓錐破碎機,其結構特點要求給料達到擠滿式給礦,才能發揮出設備的最大臺時效率。破碎系統中給料機作為提供流程原礦的設備,在整個給礦控制中起主要的調整作用,調節整個破碎工藝流程的給礦量和生產負荷;破碎機的給礦皮帶作為破碎機的給礦設備,在給礦控制中起微調作用和保護作用,穩定破碎機腔體料位,并在料位過高時停止供料,實現對破碎機的保護。

由于破碎過程具有大滯后的特性,常規PID控制策略無法取得較好的控制效果,這為實現給礦自動控制帶來較大難度。根據被控對象特性,設計專家控制規則,采用雷達料位計檢測圓錐破碎機進料口料位,變頻控制破碎機給礦皮帶、給料機的給礦速度,分別與破碎機料位構成閉環控制回路,最終實現破碎機擠滿給礦控制,控制框圖如圖2所示。

專家控制規則是根據現場操作人員的操作經驗和工業現場的實驗摸索,在生產運行中不斷完善的控制規則。根據現場運行情況,破碎機料位劃分為低低限、低限、高限、高高限、高報警限等,在每個料位段根據專家控制規則進行頻率控制,實現最優的控制效果,如表1所示的部分控制規則。

如圖3所示,破碎機進料口的料位波動范圍基本穩定在5%-10%之間,保證了破碎機腔體內擠滿式給料;同時破碎機工作功率基本穩定在200KW左右,運行穩定。細碎破碎機的擠滿給料控制,提高了細碎破碎機的處理能力和工作效率,同時提高了整個破碎系統的生產能力,一定程度上提升了破碎產能。

3 結語

破碎自動化控制系統投入生產后,不但滿足了建設數字礦山的需要,滿足“生產過程可視化、自動化”的要求,而且解決了生產過程中存在的矛盾和制約生產的瓶頸,在系統可靠性、設備安全性方面有大幅提高,降低了碎礦的生產成本,大幅降低了操作人員的勞動強度,節能降耗;同時,提高了破碎系統產能,取得了較大的經濟效益。

[1]陳夕松,王木蘭.過程控制系統[M].北京:科學出版社,2005.

[2]王豐雨,張覃,黃宋魏.我國選礦自動化評述[J].國外金屬礦選礦,2006,8:18-21.

[3]孫云東,楊金艷.國內選礦自動化技術應用及進展[J].黃金,2010,31(4):35-38.

[4]刑江,關治洪.網絡化控制系統的研究現狀與展望[J].控制工程,2006,13(4): 294-296.

[5]馮斌,柴垣民.料位控制技術在PYD2200圓錐破碎機的應用實踐[J].有色金屬,2008,4:36-38.

According to the crushing process characteristics and control requirement of gold mine, automation control system is designed and developed, and finally completed. The control system includes interlocking control of device, ore feeding control of cone crusher, and automatic ore distribution control. Since the control system has been put into application, the safety of production equipment is enhanced, the production cost of crushing and labor intensity are significantly reduced with significant economic benefits.

Crushing Automation Control system

方文(1982—),男,河北滄州人,工程師,從事選冶自動化工作。