有关磨矿自动化控制系统的研究

王晓艳

引言：随着科学技术的不断发展，磨矿已经告别了传统的控制方法，广泛应用自动化控制系统，并且在实际应用中效果良好，使得产品合格率提高、能源消耗降低、生产效率增大。本文结合自己的工作经验分析磨矿自动化控制系统的实际应用情况，进一步介绍控制系统如何实现自动控制。

一、磨矿过程自动控制

磨矿过程是整个选矿工业的核心部分，它起着承上启下的关键作用。由于磨矿过程具有大惯性滞后、多变量耦合、边界条件波动等特性，无法直接有效而准确地测量磨机负荷。以前国内的磨矿自动化程度较低，导致生产效率低、能源消耗大、磨矿过程的各项指标合格率较差，对于磨矿过程的上述特点，传统的过程控制自动化很难奏效，故而引入综合自动化系统才是解决问题的关键。

本文根据车间球磨机的具体情况，针对磨矿过程的原理、技术要求和工艺特点，解析由过程管理、智能优化和过程控制三层结构组成的磨矿过程综合自动化系统，到最终实现综合生产指标优化的过程。

二、工艺简介

原矿由给料机和调速皮带送入球磨机内，经过研磨后，再经过旋流器的溢流分级作用，符合选别要求的的矿浆将进入后续作业，不符合要求的矿浆以沉砂的形式再回到球磨机中进行研磨。

整个磨矿过程中，最关键的工艺指标是旋流器溢流粒度。影响整个磨矿过程的主要因素有给矿量、球磨机筒体内的矿浆浓度、旋流器的矿浆浓度等。保持球磨机给矿量的相对稳定，使其不波动或者在允许范围内小幅波动，对磨矿过程至关重要，同时在保证球磨机安全稳定运行的前提下，应保证球磨机始终运行在最佳负荷区间。为了保证旋流器产品质量的稳定，必须对旋流器的给矿压力加以控制，防止大幅波动。旋流器的溢流粒度与给矿浓度有一定的关系，此参数配合将是控制旋流器分级效率的重要参数。

三、控制策略介绍

（一）磨机恒定给矿

磨机给矿的控制方案主要分三类：不考虑矿石性质和磨矿条件变化的恒定给矿自动控制系统、考虑矿石性质和磨矿条件变化的自动控制系统、自寻最佳的自动控制系统。根据车间的现场情况和国内磨矿给矿应用现状，本车间选择自寻最佳的自动控制方案。调速皮带的控制采用现场操作箱控制和远程PLC控制两种方式，当调速皮带由现场切换到远程PLC控制时，采用无扰动切换的方式。

（二）球磨机给水控制

磨矿过程中给入磨机的水量多少直接影响磨矿效率和磨机质量。如果磨机内矿浆浓度太大，它将限制矿石和钢球下落，并且起缓冲垫的作用。最后由磨机离心力的作用，使全部矿浆变浓厚而附着在磨机筒身内壁上，使磨矿作用减少到零。为此，必须保证磨机内磨矿浓度适宜，以便发挥磨机的最大磨矿效率。在磨机内直接测量矿浆浓度，目前仍无法解决，一般多采用定值控制或者按矿石比率控制给水量的方法实现控制磨矿机内矿浆浓度。

在矿石的湿度、沉砂量及沉砂湿度变化不大的情况下，磨机内矿浆浓度主要取决于向磨机内所加入的矿量及水量。该处磨机的给水量采用与给入磨机实际矿量成比率的方案控制，该系统中检测元件采用电磁流量计，执行机构采用气动调节蝶阀。气动调节阀的控制采用现场操作箱控制和远程PLC控制相结合的方式，当由现场控制箱切换到远程PLC控制时，实现无扰动切换的功能。

（三）旋流器矿浆浓度控制

旋流器溢流矿浆是磨矿作业最终产品，其粒度受旋流器进浆浓度的影响极大。根据工艺流程的特点，通过调整加入磨机泵池中水的流量的方式来调整旋流器给矿管的浓度。该回路浓度控制采用了串级开环控制，辅助回路调节给水流量，主回路调节浓度。检测元件为电磁流量计和粒度仪，执行机构为气动调节蝶阀，控制单元为PLC。气动调节蝶阀的控制采用现场操作箱控制和远程PLC控制两种方式，当气动调节蝶阀由现场控制切换到远程PLC控制时，采用无扰动切换的方式。

（四）旋流器分级稳定控制

稳定的旋流器进料压力是保证分级效果的关键。由于旋流器压力受旋流器进料流量的影响，而矿浆池液位受控于矿浆流量。要使旋流器进料压力稳定在一定范围内，必须放宽对泵池液位的约束，因此，用超声波液位计测量液位并传送至PLC系统，设置液位的上限、上上限、下限、下下限等报警状态（可根据生产实际情况决定）。采用分段控制策略，确保旋流器分级稳定。

（五）旋流器溢流粒度、浓度检测

粒度合格的入选矿浆，对于提高浮选指标，保证回收率和精矿品位有重要意义，会为企业带来更大经济效益。通过粒度分析仪测量的旋流器溢流粒度情况去指导球磨机的给矿量、给水量、旋流器的工作压力等，可以实现磨矿产品粒度稳定的目的，例如，如果检测到旋流器溢流的粒度过细，则在保证一定的粒度情况下，可以加大给矿量，提高磨机的处理量，反之粒度过粗时则减小，以保证溢流矿浆的粒度，在此过程中，设置给矿量设定值的高低限，防止出现“胀肚”或“空砸”，从而减少磨机过磨或欠磨，提高磨机处理量和磨机效率。

（六）附加功能

为了使磨矿车间的操作人员能够方便地了解磨机的运行情况，在磨矿车间配备了LED大屏幕，用来实时显示球磨机的电耳、功率、给矿量、补加水量、旋流器的溢流粒度、旋流器的溢流浓度等参数，从而为现场操作人员掌握磨机的运行情况提供依据。

四、控制系统

该系统软件采用Windows2003和WinCC，该项目中主要实现的功能有提供友好的人机操作界面，可以实时显示磨矿过程参数数据（矿量、水量、压力、液位等），用户可以对过程参数进行实时调整和操作；实时显示现场设备的运行状态（远程控制/就地控制，运行/停止等）；实现关键参数报警功能（矿量过小，泵池液位高低限报警）；提供各个控制回路的实时控制曲线，通过曲线可以观察控制效果；提供历史曲线，供用户查看一定时间段内设备的运行情况。

由于整个磨矿自动控制系统的现场设备不是很多且较集中，本系统现场设备层与控制层的PLC控制器通过硬接线的方式连接；控制层PLC控制器与管理层的工程师站之间通过PROFIBUS—DP连接。

结语

磨矿自动化控制系统，实现了磨矿生产过程的集中监控，使选厂仅通过一台电脑就能够非常清楚地掌握整个磨矿自动化的运行状态，可以根据现场情况自由选择远程自动或就地操作两种方式对现场设备的控制，可以方便地查看当前及过去一段时间内设备的运行状态。

参考文献

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（作者单位：陕西省华县金堆城钼业集团有限公司矿业分公司）