選礦自動化在新疆紫金鋅業的應用與實踐

劉華春

（紫金集團新疆紫金鋅業有限公司）

新疆紫金鋅業自2007 年介入烏拉根鉛鋅礦的開發權以來，在當地各級黨委、政府及國土部門的大力支持下，先后完成一期、二期的采選系統建設。二期1 萬t/d 技改項目的達產達標使紫金鋅業鋅精礦產量、質量位居鉛鋅礦山前列，成為全國入選品位最低的大型鉛鋅礦山。

該項目將選礦生產系統總生產能力擴大至2.5萬t/d，對現有生產實施優化，主要建立選礦自動化系統、視頻監控視頻，依靠遠程計算機集控系統，實現選礦工程、生產設備、生產工藝流程等礦山數字化業務，以實現礦山的智能化控制。

1 選礦工藝流程

采場采出礦石經粗碎及皮帶機運輸進入中間礦堆，礦堆堆存礦石由皮帶機轉運至半自磨機，半自磨機排料經振動篩篩分后，篩上頑石經皮帶機轉運返回半自磨機；篩下經渣漿泵揚送至旋流器組，旋流器底流返回半自磨機，形成閉路磨礦工藝；旋流器溢流分別經過直線振動篩進入原礦取樣器（具備分礦功能），50%礦漿自流進入新增三期浮選系統，50%礦漿自流進入一期分礦箱，均分礦漿分別進入一、二期浮選系統。

浮選采用鉛、鋅1 次優先浮選，鉛采用1 粗1 掃3精流程，鋅采用1粗2掃3精流程，鋅粗選精礦進入再磨系統，再磨產品進入鋅精選作業。選礦產品鉛、鋅精礦經濃縮、過濾兩段脫水作業，尾礦經濃密脫水后，利用隔膜泵輸送至尾礦庫。

2 系統架構

綜合考慮自動控制系統的可靠性、可擴展性、可維護性，以及與一期、二期自動化系統的兼容性，在該項目中采用羅克韋爾ControlLogix 系統平臺進行開發。根據現場工藝情況，布置粗碎控制站、磨浮控制站、精尾控制站，各站獨立運行，通過Ether-Net/IP 總線連接。中控室布置1 臺工程師站，4 臺操作員站，整套系統采用C/S 架構，在磨浮控制站布置冗余系統，兩臺數據服務器實現自動主備切換，所有下位機數據先經數據服務器進行統一存儲、發布，大大提高了系統的容錯性［1］。其他兩個控制站則采用單機模式，減少建設成本，對應較遠的控制柜則以遠程IO 站的形式進行下掛。整個系統網絡拓撲見圖1。

3 自動化系統基本功能

3.1 破碎流程

破碎控制系統主要涵蓋原礦倉至中間礦堆，涉及棒條給料機、顎式破碎機、14-1#及14#、15#皮帶輸送機、液下泵等設備，操作平臺設置于轉運站控制室。破碎系統的檢測內容包括原礦倉料位的實時監測，15#皮帶輸送機上8 托輥皮帶秤數據顯示與記錄，通過Profibus-DP 總線方式讀取變頻器電流、頻率等參數以及對變頻器的控制，采用Profibus-PA 總線采集液下泵、流量計等儀表參數［2-3］。破碎段流程見圖2。

破碎控制系統主要實現了整個破碎工藝的順序控制、連鎖與非連鎖狀態的單設備調試、設備負載區間連鎖控制等功能。順序控制是一種按時間順序或邏輯順序進行控制的開環控制方式，按照生產料流順序，從上游設備至下游設備進行檢查、判斷、控制。為了增加安全性，在啟動設備時均有10 s 緩沖時間，足夠操作員進行現場危險地判斷。“一鍵式”啟停控制的實現，不僅提高了系統控制的自動化水平，而且規范應對了啟停過程中的故障工況，可提高設備故障處理的正確率，并且步序自動化執行，操作規范，可減少運行人員的操作失誤。系統還提供了“連鎖與非連鎖狀態”選擇，在“非連鎖”狀態下，可自由選擇對單設備進行控制，突破對順序控制的連鎖限制，增加系統的靈活性與可操作性。為解決14-1#皮帶輸送機經常因負載過大而導致的設備跳停，進而導致整個破碎系統停機的情況，該系統還實現了14-1#皮帶輸送機電流回路的區間自動調節控制。在保證設備運行在一定負載電流區間的情況下，控制棒條給料機的給料頻率，不僅解決了因礦量不穩定導致負載過大進而影響系統正常運行的問題，而且最大化地提高了設備的綜合效率，挖掘出了最大的生產潛力。

3.2 磨礦分級流程

磨礦分級工藝主要包括中間礦堆下的24臺液壓閘板閥以及24 臺振動給料機按4×6 排布，4 條16#皮帶輸送機將給料機下料匯聚于17#皮帶輸送機上運送至磨機，1 備1 用的振動篩、渣漿泵，以及篩上返料18#、19#輸送皮帶。該系統主要檢測內容有磨機給礦量的實時顯示、磨礦分級泵池液位監測、旋流器給礦以及溢流流量監測［4-5］。

磨礦分級與選礦共用1套控制站，主要實現了第三方設備數據對接通訊、設備聯鎖控制、磨機恒定給礦控制。半自磨機、渣漿泵、旋流器等設備皆為設備廠家集成系統，此次主系統采用總線與硬接線結合的方式，實現第三方系統與主系統的數據通訊以及控制。在通訊協議上，依然采用EtherNet/IP 協議，一方面體現了系統的統一性，方便數據服務器對第三方系統進行數據讀取；另一方協議的統一大大降低了系統的復雜程度，減小了技術人員對系統地維護難度。聯鎖控制是自控系統中普遍的一種控制方式，它保障了系統穩定生產、安全生產的基本條件和要求，盡可能地減少因突發因素對工藝生產造成的影響。在半自磨機運行過程中突然跳停的情況下，系統將無延時給礦跳停任何1臺正在運行的給料機，相繼聯鎖停止16#、17#輸送皮帶，進一步關閉磨機前、后補水閥門以及渣漿泵，防止因設備停機，磨機分級泵池被打空或產生溢流。該系統還實現了半自磨機恒定給礦控制，由變頻控制的17#給礦運輸機與電子皮帶秤構成閉環控制；根據給料機與磨機的距離、下料速度等調整PID參數，以獲得最佳的控制穩定性和精度，并預留了后期可接入的磨機專家系統接口。磨礦流程上位機控制畫面見圖3。

3.3 選別流程

選別工藝流程包括選礦部分以及藥劑制備部分，流程畫面見圖4。選礦部分控制對象主要是浮選機、攪拌槽以及泡沫泵，通過硬接線的方式將設備上的運行狀態、電流、頻率等信號上傳至系統。浮選機作為集成系統型設備，采用Profibus-DP 總線通訊方式完成系統與系統間的數據對接，實現對浮選工藝風量、液位地自動控制。藥劑制備部分主要完成了藥劑儲槽與化工泵的聯鎖控制，實現了設備“低啟高停”；當液位低于設置值時，設備自動啟動，將藥劑注入制備槽中；當液位達到設定值時，設備自動停止。從效益的角度出發，選別流程自動控制系統地投入，大大改善了作業環境，降低了勞動強度，而且能更好地實現高產、優質、長周期的安全運行，保證生產維持在正常或最佳的工藝操作狀態。

3.4 濃密脫水流程

濃密脫水流程沿用一期、二期脫水工藝，新增1臺濃密機進行尾礦礦漿沉淀濃縮。濃密機作為第三方設備，采用Profibus-DP 總線通訊方式下掛于精礦脫水控制站。在上位機畫面實時顯示整個濃密機的運行情況，包括泥床厚度、油量、扭矩等，并通過VBA二次開發，實現扭矩不同范圍內的顏色閃爍報警。在濃密機底流安裝了核源濃度計，對底流濃度進行實時監測，為尾礦工藝提供了進一步的生產指導。底流經過3臺喂料泵向尾礦車間輸送礦漿，在泵前后安裝壓力變送器，實時監測泵前后的壓力值，為管道堵塞及泵運行情況提供重要信息。

3.5 尾礦輸送流程

尾礦輸送流程主要包含3 臺隔膜泵以及尾礦管道壓力監測（圖5）。隔膜泵以EtherNet/IP 總線接入尾礦控制站，實現數據對接以及上位機畫面顯示。針對6800 m 尾礦管道安裝1 套泄漏檢測系統，對管道進行7×24 h的在線實時檢測，數據通過Modbus總線進行采集，當泄漏發生時可及時提示操作員，人工巡檢將可轉為輔助檢查方式，大大降低人力成本，避免發現不及時而造成大面積污染，避免給當地居民生活和當地社會環境造成嚴重影響。

4 結語

紫金鋅業三期達產以來，基礎控制系統的自動控制功能投運率≥98%，并且把全廠自動化網絡進行整合，形成了完整的DCS 網絡架構，實現了公司層面調度中心能夠對全生產流程的監控。控制系統充分發揮了現場總線系統的優勢，實現了部分成套設備自帶PLC 系統的通信、變頻的通信、儀表總線通信，實現了儀表、電氣、控制系統的一體化。該自控系統地投入，不僅實現了整個廠區的數字化管理，而且提高了選礦生產過程的自動化水平，提高了產品質量及資源的綜合利用，實現了減員增效，可為其他礦山提供經驗借鑒。