磁选柱PLC模糊控制的设计

李红英

（河北能源职业技术学院，唐山 063000）

0 引言

磁选柱作为新型高效的低弱磁场选矿设备，广泛应用选矿厂。但现在选矿厂对于磁选柱大多手动操作控制，不能保证稳定的精矿品级。因此提高磁选柱的自动化程度变得尤其重要。本文主要介绍了磁选柱的整体控制方案及磁选柱磁场强度自动控制方案。

1 磁选柱结构

磁选柱主要由6部分组成：给矿圆筒、辊筒、磁系、槽体、刷辊和传动部分。圆筒是由不锈钢板卷焊制成筒状，端盖是铸铝件，然后用不锈钢螺钉和筒相连。电机通过减速机来带动圆筒、刷辊、磁辊作回转运动。磁系则是开放式磁系，用不锈钢螺栓把磁块装在磁轭的底板上。槽体的工作区域用不锈钢板制造，机架和槽体的其他部分是用普通钢材焊接成。如图1所示。

图1 磁选柱结构图

2 磁选柱工作原理

矿浆经过给矿箱流入槽体后，在给矿机械力的作用下，矿粒会呈松散状态进入槽体的给矿区。由于磁场的作用，磁性矿粒会发生磁聚现象，从而形成“磁团”，会被吸附在圆筒上。“磁团”在随圆筒旋转过程中，磁极交替会产生磁搅拌的现象，再加上从下到上的水流对其具有冲洗作用，使夹杂的非磁性矿物会在翻动过程中脱落，最终被吸在圆筒表面的“磁团”就是需要的精矿，非磁性或者弱磁性矿物留在矿浆中随矿浆排出槽外，即尾矿。

3 设计思路

控制磁选柱主要调节4个参数：磁场强度、磁场变换周期、上升水流和精矿口大小。

磁选柱要求水压大于0.17Mpa，上升水流的速度由控制给水阀门开度大小控制。上升水流大时，夹杂在磁团聚中的单体脉石和贫连生体会不断被上升水流冲散，随上升水流上升成为尾矿。给水阀门开度越大，对提高精矿品位越有利，但是水的上升冲力过大，磁选柱会出现翻花跑黑现象，造成精矿流失。实践证明，调节给水阀门开度，磁选柱溢流液面距溢流槽顶端高15mm。

磁场的变换周期从5～8s可调，周期越长，两组线圈通电的间隔就会越长，上升水流冲洗分散的作用越强，对精矿品位提高也越有利。一般情况下，磁场变换周期设置为6.5s。

以上两个参数在磁选柱正常运行后不需要频繁调整，着重设计的是底阀控制器和磁场强度控制器。

3.1 底阀控制器的设计

磁选柱的底阀控制将直接影响着排出精矿的浓度，并且也影响磁选柱底部的矿层界面高低及上升水流的大小。底阀开度过小，将会造成下部精矿不能够及时排出，从而使得精矿层界面升高，精矿会大量流失。底阀开度过大时，致使上升水流的速度变小，水流对单体脉石，贫连生体的冲洗作用会不足，造成精矿品级下降。

底阀控制器控制采用PID控制。控制系统采用通过磁性物密度传感器检测排矿口精矿铁磁性物质的密度进行信号反馈，控制器将设定值与实际检测值的差值进行比例、积分、微分运算后输出给调节阀，从而调节阀自动调节排矿口大小。结构框图如图2所示。

图2 底阀控制系统框图

3.2 磁场强度控制器的设计

磁场强度的控制主要依据是检测点矿浆浓度对磁场强度进行调整。磁选柱正常运行一段时间以后，分选桶内会形成重介质悬浮层，其密度从上到下逐渐增大，内部颗粒主要受到自身的重力、浮力、上升水流冲力和磁场力的共同作用。磁选柱内的矿粒或磁链的运动速度方程如下：

式中，V是磁链或颗粒体积；δ是磁链或颗粒密度；ρ是水的密度；g是重力加速度；λ是颗粒所在点矿浆容积浓度；Ua是上升水流速度；K是颗粒或磁链磁化率；Kp是与水流状态相关的系数；H是磁场强度，U是矿粒的运动速度（向下为正）。

由此可知，在分选筒内，不同颗粒运动状态是不同的；在不同磁场条件下，同一颗粒的运动状态也可能是不同的。如果相同大小的贫连生体、富连生体和单体磁性颗粒在同样磁场条件下，单体磁性颗粒下沉，贫连生体则上升，富连生体可能悬浮。随着磁场的增大，富连生体也变为下沉状态，贫连生体悬浮，再增大磁场，可能造成贫连生体也下沉。若大部分颗粒都下沉，就必然会出现该区域的矿浆浓度下降，大量贫连生体的下沉必然造成了精矿品级的下降，此时就应该调节磁场使贫连生体上升，相应的一些颗粒必然会悬浮，这样矿浆浓度会回升。磁场力和上升水流的配合能造成一部分颗粒下沉一部分上升。

4 硬件框图

采用PLC作为控制核心部件，实现模糊自动控制。它主要利用磁性物密度传感器，检测排矿口精矿铁磁性物质的密度进行信号反馈，来控制电动阀门的开度；利用压力传感器采集矿浆浓度的大小，控制磁场强度的大小。对线圈的通电的顺序以及通、断电时间的控制，来实现调节选别筒内的磁场变化。采用触摸显示屏作为人机交互界面，方便操作。从而使其产出高品位精矿，甚至超纯铁精矿。硬件框图如图3所示。

图3 硬件框图

5 线圈控制方式的优化

根据弱磁类磁选机的选别原理，大多是在选别筒的外壁自上而下绕有多组的线圈。顶层的线圈和底层的线圈由一个控制电路控制。控制电路对它们持续供电。线圈产生较强的电磁场，从而使磁性矿物颗粒形成团聚并向下运动。中间部分每4个相临的线圈组成一个选别区，并且每个选别区内的线圈分别接在不同组的控制电路上。各个线圈采取自上而下依次通电的控制方式，从而对磁性铁矿物会形成向下拉的磁力，加快了铁磁性矿物颗粒向下的运动速度。每个循环线圈也都有一定时间处于断电的状态，磁场强度降到了最低，使该线圈控制的选矿层的磁团在上升水流作用下松散开来。这样磁团中被夹杂的贫连生体及单体脉石会借此机会随着上升水流而向上运动。同时铁磁性矿物颗粒受下层电磁线圈的磁力吸引，会克服水流的浮力向下运动从精矿口排出。这样使二者分离开来，克服了磁团聚现象。

图4 软件主流程图

6 软件主流程方框图

程序采用模块化结构，分别检测上部和下部的矿浆浓度，分别运算，根据计算结果，输出控制磁场的强度和阀门的开度。其主程序流程图如图4所示。

7 结束语

PLC在磁选柱上的应用，使磁场强度和阀门开度实现了完全的自动控制，极大地降低了工人的劳动强度，同时对提高精矿品位起了很大的帮助。当前，该系统在唐山高新技术开发区选矿厂得到应用，效果良好。

[1] 李严令. 磁选柱在舞阳矿的应用实践[J]. 矿业快报,2008(6): 84-86.

[2] 袁志涛, 徐新阳, 郑龙熙. 磁团聚与弱磁选设备[J]. 有色矿冶, 2001, 17(1): 17-19.

[3] 冯博, 徐淑华. 基于S7-200PLC的电加热器模糊PID控制[J]. 青岛大学学报(山东), 2011(1): 14-18.