浮选机液位和充气量自动控制系统

黄 鹤，才 超

(1.北京矿冶研究总院，北京 100160;2.中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

1 引言

在浮选过程控制中，传统人工手动调节方式的准确性和及时性均难以得到保证。而现代浮选自动化控制系统，不但克服了人工调节的缺点，而且通过对浮选过程的稳定控制与优化控制，降低了浮选生产的能耗，提高了精矿产量、质量，增加了金属回收率，为选矿厂带来直接的经济效益，同时减轻了现场操作工人的劳动强度。

2 浮选机液位检测系统

在实际生产过程中，常用的矿浆槽液位检测仪表有电容式液位计、吹气式液位计、超声波液位计和激光液位计等［1－2］，经过长期的现场实践总结激光液位计具有误差小，测量精确，同时由于是非接触式测量，使用寿命长、稳定可靠、维护工作量很小，长期工作也不会产生位置漂移的现象，无需再进行仪表的校对的优势。因此，本项目最终选定激光液位计作为液位检测元件。液位检测系统由液位计、液位计支架、隔泡筒、浮球、浮杆、反射盘组成。隔泡桶可以有效阻隔由于搅拌和浮选机充气而产生的浮选泡沫的进入，从而消除泡沫对矿浆液位测量的干扰，保证了测量的准确性。此外该结构中还考虑了冲洗装置，用以减少矿浆在浮球表面的粘结，避免了由于矿浆粘结导致的浮球下沉而导致系统无法正常工作。

图1 液位检测系统结构图

系统工作原理如下:激光液位计发出的光照射到反射盘上被反射，当浮选槽内的液位发生变化时，浮球就会随液位变化而上下浮动，此时浮杆带动反射盘随浮球上下浮动，从而引起激光液位计的测量值发生变化。液位测量系统结构如图1所示。

本项目中，根据实际工况液位计的量程设定为0～500mm，液位计测量值与液位设定值同时送至现场控制箱内的PID调节器进行计算，PID调节器输出控制信号用于控制液位气动执行机构动作，以达到使浮选机液位维持在设定值的目的，控制过程如图2所示。根据现场实际测试，液位检测、控制系统工作稳定，控制精度可以达到±10mm。

图2 浮选液位控制原理图

3 浮选充气量检测系统

浮选充气量控制系统由热式流量计、气动调节蝶阀、PID调节器组成。热式流量计采用热扩散技术，将带有2个铂电阻的热式流量计插入到介质中，其中一个铂电阻被加热到环境温度，另一个用于感应介质温度。介质流速增加，介质带走的热量增多，两个温度传感器的温度差将随介质的流速变化而变化，根据温度差与介质流速的比例关系，可得出流体的流量。与常用的孔板、涡街和差压式均速管、文丘里流量计相比较，热式流量计有如下优势［3－4］:

(1)测量气体的质量流量或标准状态下的体积流量，无需进行温度压力补偿;

(2)量程比大，可测流速范围为:0.1～100Nm/s，可以覆盖一般工业生产的流速测量范围;

(3)仪表精确度高(精度:±0.5%满量程)，性能稳定(重复性:±0.5%读数)，几乎无压力损失，对管道振动不敏感;

(4)结构简单，采用316不锈钢探杆和哈氏合金C热套管传感器，不怕脏污或腐蚀，不存在堵塞问题。可选配不断流装拆装置，可实现不停气维修，简便易行;

(5)插入式热式流量计体积小，安装、运输方便。

流量计输出4～20mA的标准信号。本系统选用的热式流量计为插入式，流量检测范围为0～80Nm3/min。安装维护方便简单且测量精度可以达到±1%。

充气量控制原理如图3所示:安装在风管上的热式流量计的测量值与风量的设定值同时送至现场的就地控制箱内的PID调节器中，调节器经过运算处理输出控制信号到智能电/气阀门定位器上，控制气动调节蝶阀的开度以达到控制浮选机充气量的目的。

图3 充气量控制原理图

4 液位和充气量控制系统

本套浮选控制系统分为就地控制和远程控制两部分。

图4 浮选过程控制器的现场安装

就地控制箱安装在相应的浮选机旁，便于现场操作。如图4所示。就地控制系统是基于MCGS组态软件建立的触摸屏监视画面［5］。在生产过程中，触摸屏实时采集、显示液位、充气量的测量值和调节阀的开度等参数。并且，就地控制箱还具有历史曲线观测的功能，通过现场触摸屏观察历史曲线、调出各参数的变化趋势，可以为现场PID参数设定提供准确的依据。就地控制箱内部设有PID调节器，通过箱体表面的触摸屏可进行PID参数、控制周期的调整以及液位、充气量值的设定。

图5 基于MCGS组态软件的就地操作监视画面

位于控制室内的远程控制系统包括工控机、显示器和PLC等，用于整个浮选过程的集中远程监控。就地控制箱内的数据通过Modbus－RTU协议传到远程控制箱中，并与上位机通过TCP/IP协议通讯。此外，远程控制箱内还预留了Profibus－DP通讯接口，可以将PLC采集的数据通过Profibus－DP通讯传送至全厂的中央控制系统中，便于集中监控管理。浮选过程控制系统结构如图6所示:

图6 浮选过程控制系统的组成

整个控制系统基于力控软件开发了的上位机的 监控画面，画面如图7所示:

图7 上位机画面

在控制室的上位机可以清楚的显示每个浮选过程的液位、充气量的具体数值，以及阀门的开度，实现工艺过程远程监视。在就地控制箱上可以选择“远程/就地”切换。当就地控制箱中选择“就地”时，参数设置全部由现场操作人员完成，当就地控制箱选择“远程”的时候，参数设置由中央控制室的操作人员控制，实现了浮选液位、充气量的远程控制。

5 结语

本套浮选过程液位和充气量的控制系统在金川集团某选矿厂已经得到应用，实现了浮选过程液位和充气量的自动控制。该系统自投产3个月以来，运行稳定。根据现场实际生产状况，该系统在保证精矿品位的前提下，使精矿的产量得到很大程度的提高。此外，由于使用本套自动控制系统，现场浮选工人数量减少1/3，并且很大程度的减少了浮选工人的劳动强度。

浮选机浮选过程中的液位和充气量的单参数闭环控制是实现浮选过程自动控制的第一步［6］。目前，国内外已有公司开发出浮选过程控制的多参数专家系统，并开始在浮选过程中应用。在实际中的应用效果有待考察、总结后推广应用。

［1］ 荣国强，刘炯天等.大型浮选设备矿浆液位检测控制系统的研究［J］.中国矿业，2007(5):51－54.

［2］ 骆冬玲.50 m3浮选机矿浆液位自动控制系统［J］.有色金属，2005(4):81－83.

［3］ 林晓毅.插入式热式气体质量流量计在环保领域中的应用［J］.自控技术应用，2012(2):61－63.

［4］ 刘燕，丁钢.热式气体质量流量计在焙烧炉系统中的应用［J］.甘肃冶金，2012(2):120－122.

［5］ 水娟，刘淮霞.MCGS工控组态软件在煤矿主通风监控系统中的应用［J］.煤炭工程，2006(11):107－109.

［6］ 喻玲玲.浮选机液位和充气量自动控制系统的应用［J］.有色冶金设计与研究，2008(5):33－35.