自動控制在長距離礦漿管道輸送中的應用

唐建文（長沙有色冶金設計研究院有限公司，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用

唐建文（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南長沙410000）

隨著經濟的發展，長距離礦漿管道輸送在礦山行業中應用越來越多。為實現對長距離礦漿輸送管道的自動控制，本文闡述了該系統的總體組成結構、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

在我國的西部偏遠山區，存在著大量尚未開發的礦山資源，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，而是需要運輸到已建成的冶煉廠來加工處理。冶煉廠一般距離礦山遙遠。如何經濟、高效地將礦山資源進行運輸至冶煉廠處理，最大程度上減少對自熱環境的污染，是開發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運而生。采用管道長距離輸送礦漿有明顯的優勢，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，且敷設在野外，因此不可能采用人工監測維護。如何保證整個長距離礦漿管道輸送系統安全、高效的運行，自動控制有著不可替代的作用，自動控制實現隔膜泵的自動啟停及變頻調速，以及工藝過程的一系列操作。

1　工藝概述

礦漿經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，礦漿經過消能處理后流至礦漿儲存池。

2　自動控制系統的組成及原理

自動控制是一門古老的學科，極大的促進了人類發展，隨著計算機技術的出現，使得自動控制技術進入到一個新的發展階段。長距離礦漿管道輸送技術一出現就和自動控制技術緊密的聯系在一起。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，對管道系統運行的各種工作狀態（正常工況，礦漿沉降，管道堵塞，水錘等）進行實時監測，分析，預報和風險控制。各類操作與控制完全在中央控制室進行，實現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的組成，主要包括首站即隔膜泵房站、壓力監測站、尾站即終端消能閥門站。

圖1　自動控制系統的組成

3　控制功能及其實現

在長距離礦漿管道輸送系統中，采用PLC計算機控制系統的目的，除了采集現場信號外，還要實現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的需要，有效降低操作人員的工作強度，減少生產的運行成本，提高整個管道輸送系統的生產管理水平。主要的控制功能如下：

3.1隔膜泵的優化控制

在長距離礦漿管道輸送系統中，通常采用隔膜泵輸送礦漿。隔膜泵的優化控制是整個管道輸送系統中的重點和難點。隔膜泵的控制功能設計一般由隔膜泵廠家和變頻器供貨商實現，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速。當有多臺隔膜泵并列運行時，變頻器還需實現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，壓力極不穩定，甚至會因為瞬間壓力過高使得礦漿管道破裂。隔膜泵本體上需要監測軸承振動，油壓油溫等一些儀表參量，只有當PLC控制系統監測到這些參量在正常范圍之類，隔膜泵才允許啟動，當運行過程中，只要發生振動過大，油壓油溫過高或過低，PLC控制系統將自動讓隔膜泵停機或禁止啟動。

3.2礦漿輸送控制系統

礦漿輸送控制系統主要包括礦漿攪拌器、喂料泵，終端消能閥門站的聯鎖控制。通過監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閉，回流管的上閥門快速打開，礦漿將會經過回流管進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礦漿，喂料泵的運行隨著隔膜泵的調速控制而變化。

由于礦漿是高壓輸送，當礦漿到達終端時，礦漿存在較大的壓力，礦漿進入礦漿池之前必須經過消能處理。PLC控制系統根據終端消能閥門站前礦漿管道的壓力大小，自動開啟相應的閥門，合理選擇消能孔板來消除礦漿殘存的壓力。

3.3SCADA系統

SCADA系統主要由壓力監測系統組成，包括系統軟件和應用軟件。PLC控制系統廠家自帶來系統軟件，即開發平臺，能對生產工藝進行連續過程控制、順序控制、數據采集、數據通信等功能。應用軟件由設計人員在開發平臺上自主開發完成，按照管道輸送系統的工藝要求，開發出具有特定功能的控制軟件。根據尾礦輸送的要求，完成的主要功能如下：管道壓力監，礦漿攪拌槽液位監測與聯鎖控制，管道礦漿濃度檢測與聯鎖控制，外部越野管道壓力監測，過壓報警，管道礦漿濃度監測與控制。

4　自控儀表選型及系統設置

4.1自控儀表選型

自控儀表是工業控制系統的眼睛，生產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中需要設置一定數量的自控儀表來監測工藝過程參量，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。在礦漿攪拌器設置一臺雷達液位計，用來監測礦漿攪拌器的液位，選用德國科隆測量儀器公司的雷達液位計，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、隔膜泵的進出口、壓力監測站及終端消能閥門站進口設置多臺壓力變送器，選用ABB公司生產的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口各設置一臺礦漿濃度計，用以監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到較高的精度，選用美國熱電公司生產的型號為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系統設置

控制系統是整個長距離礦漿管道輸送系統的大腦，自控儀表的監測數據都傳輸到控制系統，控制系統根據這些監測數據分析管道系統的運行狀況，在合適的時刻發出控制指令，使得喂料泵、隔膜泵及各個閥門按照生產工藝的要求運行。

控制系統選用AB（羅克韋爾）自動化控制系統，羅克韋爾自動化有限公司是全球最大的致力于工業自動化與信息化的公司，致力于幫助客戶提高生產力，以及世界可持續發展。整個控制系統設置一個中央控制中心，即隔膜泵泵房主控制室，作為操作監控中心。管道上各個自控儀表的監測控制信號將通過光纖傳輸到隔膜泵房主控制室，在主控制室實現對整個長距離礦漿管道輸送系統的進行控制。

5　結語

總之，隨著自動技術的發展，工業生產越來越朝著無人值守的方向發展。自動控制在長距離礦漿管道輸送中的應用，不僅大量節省了人力、物力及財力，而且極大的提高輸送系統的智能性、可靠性。

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唐建文（1984-），男，工程師，研究生，主要從事工程設計工作。

TD67

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2095-2066（2016）13-0087-02

2016-4-2