料位自動檢測及自動調頻遠程控制在選礦生產系統尾礦輸送設備上的應用

魏晉平

（甘肅廠壩有色金屬有限責任公司廠壩鉛鋅礦，甘肅 隴南 742504）

某選礦生產系統尾礦輸送泵采用的是2臺200ZBD-630型離心式渣漿泵配用250kW變頻電機驅動，使用情況為一用一備。在實際生產使用過程中，由于原設計不完善，2臺輸送泵均為現場人工通過手動調節旋鈕（電位器）調整變頻器輸出頻率控制輸送泵電機的轉速，或者調整輸送泵進料閥門開度來保持泵池料位的安全區間。當系統作業量發生變化時，就要求根據生產量的變化進行及時的調節，而調節不及時，一方面會造成泵池料滿外溢，既不利于生產同時也增加了環保壓力和操作人員勞動強度，另一方面部分操作人員為了避免泵池料滿外溢，始終將電機運行頻率調至最高（工頻），又會造成泵池經常被抽空，輸送泵出現喘氣震動現象，致使輸送泵過流件及其他支撐傳動部件產生不必要的磨損和損壞，且電動機長時間處于高頻率空轉狀態，造成電能的巨大浪費。

1 料位的人工檢測控制與自動檢測控制原理對比

人工控制和自動控制對比示意圖如圖1所示。

圖1

從示意圖中可以看出，在人工調節控制過程中，要將泵池的料位保持在合理的區間，首先操作人員要根據泵池料位的變化進行目視測量，然后按照操作程序結合調節經驗進行人工手動調節，最后觀察調節效果，進行近一步糾偏調節，整個調節過程繁瑣且耗時較長，同時頻繁的調節操作極易造成調節元器件的損壞失效。若采用檢測儀表和自動控制裝置來代替人工控制，就成為了一個過程自動控制系統，在自動調節控制示意圖中可以看出，被控量（泵池內的物料量），通過料位檢測變送儀表、自動控制器、變頻器、輸送泵電機等設備，以電信號的測量、傳輸、接收、轉換、比較運算、控制等過程，使礦漿輸送泵的轉速實時得到調整控制，以克服進入泵池物料量變化的影響，使被控變量回到設定值，最終達到泵池料位的恒定。這些自動控制裝置和被控的設備組成了一個沒有人直接參與的自動調節控制系統。

2 自動控制系統組成及控制過程介紹

基于以上各種弊端以及改造的必要性，結合繼電控制原理及自動控制原理，充分利用當前選礦生產流程自動化控制系統中空余的點位對流程中的2臺尾礦輸送泵以及泵池料位的控制進行自動化控制改造，改造控制示意圖如圖2所示。

圖2

首先，給尾礦泵池安裝1臺兩線制超聲波料位傳感器①（MFU30）,并將料位傳感器①測量的模擬信號引入目前生產流程自動化控制系統（可編程控制器）PLC②；將2臺輸送泵電機④變頻器③的頻率給定、頻率反饋信號以及開停車、運行、故障等信號通過控制電纜與生產流程自動化控制系統PLC相連接。

然后，在生產流程自動化控制系統（可編程控制器）PLC②中，編寫料位監控程序、變頻控制程序以及料位對轉速的相應的控制程序，實現輸送泵的運行頻率與泵池料位的閉環控制。

最后，在中控室工控機⑤上編寫相應的控制組態畫面，實現對泵池料位及輸送泵電機④當前運行頻率變化的實時監控，同時可以對輸送泵電機頻率進行遠程手動控制及對泵池料位自動控制參數的修改，使泵池料位保持在穩定狀態。編寫泵池料位報警監控程序以及報警聲光提示畫面和報警裝置，當出現緊急情況以及泵池料位波動較大或控制系統出現異常，泵池料位達到報警值時，系統會發出聲光報警，中控室人員可根據畫面監控情況做出判斷，及時通知現場操作人員進行處置或轉為遠程手動控制，通過調速旋鈕（電位器）調整控制輸送泵轉速，使泵池料位維持在安全范圍。

控制過程：當泵池料位出現上升或下降變化時，料位傳感器①將檢測到的電信號傳送入可編程控制器PLC②,可編程控制器PLC②通過A/D信號轉換，將模擬信號轉換為數字信號，送入PID調節器中按設定的運算規律進行運算并經過D/A信號轉換輸出相對應的模擬信號，與工控機⑤給出的設定值（即泵池料位的下限值和上限值）比較后得出反饋值。當料位傳感器檢測到的信號值小于或大于設定值時，設定值與反饋值的差就是PID調節器的輸入信號，經過運算后即輸出控制信號給變頻器③，變頻器③得到控制信號后自動調整輸出頻率下降或上升，改變輸送泵電機④的轉速，從而使泵池料位保持在設定范圍內。當料位傳感器檢測到的信號值保持在設定值（下限值和上限值）范圍內時，設定值與控制變量平衡，PID調節器的輸入偏差信號為零，變頻器③的輸出頻率保持不變，輸送泵電機轉速恒定，同時尾礦泵池料位也維持不變。

3 應用成效分析

（1）經過長時間的運行、觀察、統計，在輸送泵正常工作時，變頻器只需輸出40～43Hz左右的頻率就能滿足生產的需要，該項改造的投入使用在節電方面體現了較好的效果，效果對比如表1。

表1

從表1可以看出,輸送泵電機實現自動調速控制后,在系統正常生產的情況下,其電流、電壓都顯著降低,若以每年330個工作日計，年可實現節約電能 506880kW·h，每kW·h電單價為0.52元，減少電費支出約26.36萬元，節能效果顯著。

（2）完全杜絕了泵池被抽空后，輸送泵出現喘氣震動而造成輸送泵過流件、其他支撐傳動部件及輸送管路產生不必要的磨損和損壞。經統計計算，改造后比改造前輸送使用周期平均延長了15%左右，每年節約備件費用約5.56萬元。

（3）完全替代了繁瑣的人工調節控制，優化了生產結構，基本杜絕了泵池料滿外溢的現象，大大降低了環保壓力以及操作人員勞動強度，同時對穩定生產、改善作業條件也起到積極的作用。

4 結語

節能降耗、自動化已成為行業主流，也是行業發展的主體方向。尾礦輸送泵料位自動檢測及自動調頻遠程控制改造在某礦的成功使用，所帶來的效益表明，在類似負荷變化的生產系統中所使用的離心式礦漿輸送泵、風機、水泵等設備均可通過料位、流量、壓力等的自動檢測及自動調頻控制改造，來實現優化設備性能、降低生產投入、提升效益效率的目的。