選礦廠設(shè)計7 第七章 選礦過程檢測與自動控制

第七章

選礦過程檢測與自動控制

主要包括兩個方面：

1.選礦生產(chǎn)設(shè)備的自動控制

2.選礦工藝參數(shù)的自動檢測與控制

7.1選礦生產(chǎn)設(shè)備的自動控制

（選礦廠集中控制）1.選礦廠集中控制的概念將選礦廠生產(chǎn)系統(tǒng)中有聯(lián)系的生產(chǎn)機械，按照規(guī)定的程序在集中控制室內(nèi)進行起動、停止或事故處理的控制稱為選礦廠集中控制。實現(xiàn)途徑：集中控制室內(nèi)設(shè)有反映各生產(chǎn)機械工作狀況的模擬盤，及裝有實現(xiàn)控制功能的各種控制開關(guān)的集中控制臺。

2.選礦廠集中控制的意義

1）大大縮短起動和停止電動機的時間，提高生產(chǎn)率；如某選礦廠生產(chǎn)系統(tǒng)按單機各自起動，全廠需要30分鐘，而集中控制只需幾分鐘就夠了；

2）便于掌握各生產(chǎn)機械的狀況，以利于生產(chǎn)調(diào)度；

3）有利于及時發(fā)現(xiàn)故障和及時處理故障，大大提高了選礦廠生產(chǎn)的安全性。3.選礦廠集中控制的技術(shù)要求（5條）

1）起動（起車）順序原則上采用逆礦流逐臺延時起動，延時時間應(yīng)考慮能躲過前臺電機起動時的尖峰電流所存在的時間，一般取3～5s；如果采用順礦流起動，則可以減少機械的空轉(zhuǎn)時間，從而節(jié)約電耗和機械磨損，但必須空載才能避免壓礦現(xiàn)象。故而選礦廠多采用逆礦流延時起動。

2）停止（停車）順序正常時，應(yīng)順礦流（若逆礦流，會逐級積壓礦量，造成啟動困難）逐臺延時停車，延時的時間應(yīng)保證停止臺機械上的礦已經(jīng)全部運轉(zhuǎn)至下臺機械（如根據(jù)兩臺設(shè)備間距和皮帶速度計算設(shè)計時間，再于生產(chǎn)調(diào)試時具體確定）；遇到故障時，應(yīng)在最短的時間內(nèi)全部停止或在現(xiàn)場急停。3）建立嚴(yán)格的聯(lián)鎖（互鎖）關(guān)系，并能方便的解鎖。4）控制方式一般應(yīng)設(shè)有集控和單機就地手動控制（解鎖），各種控制方式間應(yīng)能方便的進行轉(zhuǎn)換。有的選礦廠還設(shè)有控制臺手動控制方式（采用控制臺按鈕分別控制但設(shè)有連鎖），如，設(shè)備檢修時就需要解鎖，對單臺設(shè)備進行就地控制。

5）設(shè)有預(yù)告、事故報警及運轉(zhuǎn)顯示信號4.選礦廠集中控制的類型

1）接觸器-繼電器有觸點控制系統(tǒng)；

2）無觸點邏輯原件控制系統(tǒng)；

3）矩陣式順序控制器控制系統(tǒng)；

4）采用一位微處理機的一位機集控系統(tǒng)；

5）采用可編程序控制器的PC機集中控制系統(tǒng)。常用的控制系統(tǒng)

1）接觸器-繼電器有觸點控制系統(tǒng)；就是采用中間繼電器及時間繼電器作為邏輯元件，接觸器作為執(zhí)行元件而構(gòu)成的集中控制系統(tǒng)。一套較完整的集控系統(tǒng)的電路主要有：

信號電路；控制方式繼電器電路；時間繼電器電路（起車延時與停車延時）；接觸器控制電路

3）矩陣式順序控制器集中控制系統(tǒng)順序控制器是實現(xiàn)開關(guān)量自動控制的一種自動化裝置，順序控制是指生產(chǎn)過程能夠按照工藝要求事先規(guī)定的程序，在現(xiàn)場各種輸入信號作用下，控制執(zhí)行機構(gòu)按照一定的規(guī)律實現(xiàn)開關(guān)動作。在接觸器-繼電器控制系統(tǒng)中，“與”、“或”、“非”等控制器邏輯關(guān)系是由觸點的串聯(lián)、并聯(lián)等固定連線來實現(xiàn)；在順序控制器中，這種邏輯關(guān)系則是通過無觸點的邏輯組合來實現(xiàn)的，而這種組合又是通過二極管矩陣存儲器來實現(xiàn)的，因而，順序控制器具有以下特點：

a.通用性強適合于單機自動化和自動線等自動控制系統(tǒng)；

b.靈活性強可以很方便的隨生產(chǎn)工藝的改變而變更控制程序；

c.結(jié)構(gòu)簡單使用的元件數(shù)量少，內(nèi)部配線少，體積小，維修方便；

d.工作原理比較簡單只要掌握一些晶體管電路方面的知識，就能掌握順序控制器的工作原理。5）可編程序控制器(PC----programmablecontroller)

美國GE系列PC簡介：主要由電源基架、CPU組件、編程器PRG和輸入/輸出裝置（I/O）組件多塊組成。它與微型計算機的區(qū)別在于，要求PC能適應(yīng)各種惡劣的運行環(huán)境，因此在PC設(shè)計中把提高可靠性、抗干擾能力、與用戶設(shè)備聯(lián)接的適應(yīng)性以及對控制系統(tǒng)的安全性放在首位。

（一）自動檢測與控制的必要性可以及時準(zhǔn)確地指示選礦過程參數(shù)的變化，并將其穩(wěn)定在適宜的范圍內(nèi)；使設(shè)備在最佳的條件下運行，充分發(fā)揮其效能；使生產(chǎn)能夠快速適應(yīng)原料和產(chǎn)品質(zhì)量要求的變化；由于選礦流程的復(fù)雜性和滯后性，采用自動控制可以減輕工人和管理者的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率。7.2選礦工藝參數(shù)的自動檢測與控制檢測與自動控制的關(guān)聯(lián)性可以及時準(zhǔn)確地獲得選礦過程參數(shù)；可以及時根據(jù)自動檢測的結(jié)果，準(zhǔn)確的對相關(guān)變量進行調(diào)節(jié)和控制。

檢測儀表過程參數(shù)自動控制系統(tǒng)檢測儀表過程參數(shù)檢測儀表過程參數(shù)檢測儀表過程參數(shù)檢測儀表過程參數(shù)自動控制系統(tǒng)檢測儀表過程參數(shù)（二）選礦過程的控制變量及檢測儀表礦量皮帶秤、定量給料機料位料位計流量流量計液位液位計粒度粒度儀品位品位儀濃度濃度計

粘度粘度計pH值pH計（1）電子皮帶秤---用于給料和產(chǎn)品的計量

1）組成部分：秤體、測速傳感器、稱重傳感器、電機、控制柜和顯示儀。2）常用的皮帶秤---德國SCHENCK(申克)公司研發(fā)DEL系列：國內(nèi)也有類似的系列產(chǎn)品----無托輥，由滾筒直接帶動無結(jié)頭皮帶運行。

支撐式采用壓力傳感器；吊掛式采用拉力傳感器ICS系列：采用托輥作為固定裝置，最常用的是支撐式，并靠設(shè)置多托輥多傳感器來增加稱重的準(zhǔn)確性。

圖1帶式定量給料機圖2多托輥多傳感器皮帶秤（2）粒度儀

1）激光粒度儀—實驗室測定顆粒粒度的主流儀器，目前正逐步應(yīng)用于在線粒度檢測。

原理：當(dāng)一束光照射一個顆粒時即發(fā)生散射現(xiàn)象，顆粒越大，散射角越小，因而不同粒徑的粒子散射出的光就會落在接收器的不同的位置上（定性），這個位置上對應(yīng)的光的強度就是該粒徑的相對數(shù)量（定量）。

在線的激光粒度儀：英國馬爾文、國內(nèi)的丹東百特、德國新帕泰克等。

例如Insitec在線粒度分析儀由模塊化的單元組成，可以自動適應(yīng)不同的測試要求：對于固態(tài)樣品和礦漿分別采用不同的采樣機構(gòu)，測量結(jié)果反饋給自動控制系統(tǒng)。2）超聲波粒度儀—廣泛應(yīng)用于磨礦、浮選、濃縮等作業(yè)的粒度檢測。

原理：當(dāng)超聲波在顆粒懸濁液中傳播時，顆粒對超聲產(chǎn)生散射和吸收，致使入射超聲波的能量不斷衰減。根據(jù)衰減與顆粒粒度的關(guān)系，可以獲得顆粒的粒徑大小和分布情況。

主要的產(chǎn)品系列：美國的PSM系列、APS系列、芬蘭的PSI系列等。例如，PSM系列由取樣和空氣分離器、分離器控制箱、樣品分析模塊、控制和顯示模塊、水零點標(biāo)定模塊組成。

（3）濃度計

1）懸浮物濃度計—用于礦漿濃度檢測

多采用物理方法，即依據(jù)顆粒對電磁波的衰減（被不同程度的吸收）和散射作用。

北京天健創(chuàng)新儀表有限公司生產(chǎn)的MLSS型以對紅外光的衰減為原理，再由傳感器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。

2）液體濃度計—主要用于藥劑濃度檢測

超聲波濃度計：依據(jù)超聲波在不同密度的介質(zhì)中傳播速度的差異，即先獲得傳播速度，再反算溶液密度，最后再換算成濃度。

電磁濃度計：以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)。在化學(xué)溶液中溶液濃度的變化會引起電導(dǎo)率的變化，通過能斯特方程可以計算出濃度和電導(dǎo)率的關(guān)系。

濃度電導(dǎo)率的獲得感應(yīng)電壓能斯特方程電磁感應(yīng)原理（4）流量計

檢測的物理量流量計體積流量容積腰輪流量計、皮膜式流量計、刮板流量計速度渦輪流量計、電磁流量計、超聲波流量計壓差均速管流量計、彎管流量計、靶式流量計浮子流量計、楔形流量計、節(jié)流流量計質(zhì)量流量體積由檢測的體積流量和密度值計算求得質(zhì)量熱式流量計、科里奧利流量計、沖量式流量計選礦用流量計的選型,需要考慮的問題：1）被測介質(zhì)的類型

a）被測介質(zhì)的組成氣體？液體？氣液兩相流？氣液固三相流？

b)被測介質(zhì)的理化性質(zhì)：粘度、腐蝕性、導(dǎo)電性2）選礦過程單元的工藝條件：溫度和壓力等3）流量計的安裝條件是否存在強烈振動，是否有強磁場（如磁選工藝不能用電磁流量計、磨礦工藝要求流量計具有抗震功能。）4）流量計的技術(shù)參數(shù)：量程、精度、響應(yīng)時間、使用壽命等5）流量計的價格（5）工業(yè)pH計（酸度計）

pH值是浮選過程的重要參數(shù)，有必要進行自動、連續(xù)的檢測。工作依據(jù)是電極電位和原電池，包括參比電極、工作電極、檢測變送電路和顯示儀表。參比電極和工作電極之間形成一個和被測溶液的氫離子濃度（pH值）有關(guān)的電動勢，通過檢測變送電路轉(zhuǎn)換為pH值。

電極是其關(guān)鍵部件，工業(yè)上常用的電極有甘汞電極、銀-氯化銀電極、玻璃電極、銻電極。（6）品位儀

在選礦過程的自動化中，品位的自動在線檢測是較為薄弱的環(huán)節(jié)，目前大多數(shù)選礦廠還是采用人工采樣化驗（經(jīng)典的化學(xué)分析方法，如滴定、重量分析等）的方法。商業(yè)化的品位自動分析儀器也很少。1）在線X射線熒光分析儀原理：利用源X射線照射樣品，使樣品中的元素受激發(fā)射新的X射線（熒光），不同的元素發(fā)射的X射線波長和能量不同，即具有不同的特征X射線。檢測X射線的波長----可檢出是何元素（定性）檢測X射線的能量----可得到元素的含量（定量）在線X射線熒光分析儀是在其基礎(chǔ)上，附加了配套的自動取樣送樣裝置、樣品預(yù)處理裝置和數(shù)據(jù)處理顯示系統(tǒng)。2）在線測灰儀傳統(tǒng)測灰----人工稱重后將樣品放入馬弗爐中燃燒（幾個小時），冷卻后稱重。在線測灰儀----約翰芬雷公司生產(chǎn)原理：用某種射線照射煤樣，利用其衰減程度進行礦物質(zhì)的定量。（7）物位計

物位包括兩種：液位（液體在容器中的高度）

料位（固體在料倉中的高度）

物位計的分類檢測原理儀表名稱直讀玻璃管（玻璃板）液位計浮力浮球液位計（恒浮力）、浮筒液位計（變浮力）等靜壓力壓力式物位計、壓差式物位計等電容、電阻電極物位計、電容物位計、電磁物位計等電磁波測距雷達物位計（微波）、超聲波物位計、核輻射物位計（三）選礦過程及控制設(shè)計注意事項1）礦石性質(zhì)非常復(fù)雜多變，因此需要多次反復(fù)試驗，摸清礦石性質(zhì)變化的規(guī)律，找出適合本廠條件的控制方案；2）選礦過程參數(shù)多，多個參數(shù)又相互影響，因此，正確地選擇被調(diào)參數(shù)和恰當(dāng)?shù)目刂品桨鸽y度就較大；3）選礦過程閉路工作比較多，閉路過程中的循環(huán)負(fù)荷由于其數(shù)量及性質(zhì)經(jīng)常變化不定，給整個過程的穩(wěn)定調(diào)節(jié)帶來很多問題，大大影響了控制環(huán)節(jié)的交聯(lián)關(guān)系；4）各個作業(yè)之間存在滯后性，為了使調(diào)節(jié)系統(tǒng)有較高的準(zhǔn)確度，必須采用比較復(fù)雜的調(diào)節(jié)系統(tǒng)；5）由于檢測儀表所處的條件惡劣，如粗顆粒的磨損作用、浮選礦漿的腐蝕、三相泡沫等，使得傳感器的精度及靈敏度下降。由于選礦過程是一個及其復(fù)雜的物理化學(xué)工藝過程，其過程控制及自動化涉及許多領(lǐng)域，因此，需要儀表、自動控制人員與選礦工藝、維護人員之間的緊密配合、共同協(xié)作。2017年舉幾個工藝參數(shù)控制的例子。（四）工藝過程自動化的基礎(chǔ)知識（1）工藝過程自動控制系統(tǒng)的組成調(diào)節(jié)器、執(zhí)行元件、控制對象、測量元件（2）工藝過程自動控制系統(tǒng)的分類

按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點分類：

1）反饋控制系統(tǒng)：根據(jù)被控量的反饋值與給定值的偏差進行工作的，最后達到消除或減少誤差的目的。

2）前饋控制系統(tǒng)：直接根據(jù)擾動進行控制工作（沒有與給定值的比較），由于不構(gòu)成閉合回路，故常稱作開環(huán)控制系統(tǒng)。它無法檢查控制的效果，故一般不單獨使用，但它具有能針對主要擾動迅速及時控制被控量的優(yōu)點。

3）復(fù)合控制系統(tǒng)：在反饋閉環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了前饋控制支路，這樣對主要擾動的影響可以得到快速響應(yīng)，又可以確?？刂频男Ч０唇o定信號的特點分類

1）定值控制系統(tǒng)運行時系統(tǒng)被控量的給定值不變，不排除有時候根據(jù)工藝要求將定值從某一值改變到另一值，但這種改變不是隨機或定時進行的，比如濃度、液位、流量、成分。

2）隨動控制系統(tǒng)給定值隨時間任意變化，它的主要作用是克服一切擾動，是被測量隨時跟蹤定值。例如浮選系統(tǒng)的加藥系統(tǒng)可以是一種隨機系統(tǒng)，其被控量（加藥量）將隨時跟蹤給定值（入料礦漿中的干礦量），而入料煤量的流量與濃度是隨時變化的，因此給定值也是隨機的。

3）程序控制系統(tǒng)：被控量的給定值是按照預(yù)訂時間程序變化的，如對定時延時起車與停車的控制系統(tǒng)。（五）選礦廠自動化設(shè)計工作的內(nèi)容及步驟第一項：選礦自動化水平的確定對選礦廠的工藝過程進行分析，結(jié)合我國的實際情況和設(shè)計選礦廠的具體條件和要求，確定所設(shè)計選礦廠的自動化水平。（可參考選礦規(guī)范及機電規(guī)范）水平0－基本傳感和末端控制元件；水平1－定值和順序控制、計算機硬件、分散式控制系統(tǒng)、高級傳感器、控制網(wǎng)絡(luò)；水平2－過程優(yōu)化、監(jiān)督和管理控制；水平3－全廠優(yōu)化；水平4－公司級信息管理。選擇自動化水平的依據(jù)：1、礦石性質(zhì)---越復(fù)雜、越難選，越需高控制水平；2、考慮設(shè)計時自動化儀表的性能和特點第二項：選擇被調(diào)參數(shù)和調(diào)節(jié)參數(shù)被調(diào)參數(shù)：指在生產(chǎn)過程中應(yīng)維持在預(yù)定的變化幅度以內(nèi)，否則應(yīng)通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)對其進行調(diào)節(jié)的參數(shù)。被調(diào)參數(shù)的正確選擇，對穩(wěn)定生產(chǎn)操作、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加產(chǎn)品數(shù)量以及改善勞動條件，均具有決定意義。如果被調(diào)參數(shù)選擇不當(dāng)，不管組成什么樣的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，不管裝配多少儀表，都不能達到預(yù)期的調(diào)節(jié)效果。被調(diào)參數(shù)選擇原則1、盡量選擇質(zhì)量指標(biāo)作為被調(diào)參數(shù)；2、當(dāng)被表征的質(zhì)量指標(biāo)變化時，被調(diào)參數(shù)必須具有足夠的靈敏度；3、必須考慮工藝過程的合理性和國內(nèi)儀表生產(chǎn)的現(xiàn)狀。調(diào)節(jié)參數(shù)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析各種干擾，研究調(diào)節(jié)對象特性，正確選擇調(diào)節(jié)參數(shù)。選擇調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使被調(diào)參數(shù)保持在給定值。影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)選擇的因素：工藝過程及調(diào)節(jié)對象的特點；擾動的來源及大??；參數(shù)的允許偏差范圍。第三項：

繪制控制系統(tǒng)圖選擇被調(diào)參數(shù)和調(diào)節(jié)參數(shù)組成調(diào)節(jié)系統(tǒng)；確定所有測量點及安裝位置；建立聲、光信號系統(tǒng)；建立聯(lián)鎖保護系統(tǒng)。第四項：

儀表的選擇儀表形式：指示式、記錄式、累積式；安裝形式：就地安裝、集中安裝；儀表選擇原則：儀表的性能、原理、使用特點；工藝過程特點；安裝地點及安裝方式；對儀表精度的要求；儀表的供應(yīng)情況和使用情況。第五項：

控制室設(shè)計

類型：中央集中控制室；各分區(qū)集中控制室。應(yīng)考慮的問題：位置：工藝設(shè)備的中心地帶；遠(yuǎn)離振動機械；室內(nèi)避免可燃、腐蝕、有毒介質(zhì)；良好的通風(fēng)、照明和采暖；儀表的要求；儀表盤的形狀；操作臺。第六項:儀表盤設(shè)計就地儀表盤、集中控制儀表盤；結(jié)構(gòu)：柜式儀表盤、屏式儀表盤、框架式儀表盤；儀表盤上應(yīng)有表示工藝過程和控制點的模擬流程圖。第七項：

信號聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)生產(chǎn)規(guī)律，設(shè)計信號報警系統(tǒng)和聯(lián)鎖保護裝置，以及根據(jù)生產(chǎn)的要求，選擇合適的電氣設(shè)備，組成一個切實可行的自動保護裝置。設(shè)計目的：生產(chǎn)過程中一旦工藝參數(shù)達到危險值或不允許值時（或出現(xiàn)特殊事故時）進行報警，并自動使生產(chǎn)處于某種安全狀態(tài)。報警系統(tǒng)類型：不閃光報警系統(tǒng)閃光報警系統(tǒng)聯(lián)鎖保護系統(tǒng)：防止事故發(fā)生故障出現(xiàn)時對設(shè)備的保護第八項：能源系統(tǒng)設(shè)計自動控制儀表最常用的能源：氣源、電源氣源設(shè)計：獲得氣源的裝置；管路傳輸系統(tǒng)電源設(shè)計：為儀表供電；為聯(lián)鎖信號系統(tǒng)供電雙電源供電系統(tǒng)安裝方式：集中、分散、聯(lián)合

第九項：

各種儀表的防護在選礦廠自動化設(shè)計中，為了維護儀表的正常使用、壽命及一定的靈敏度，應(yīng)考慮儀表的防護，特別是防震、防腐蝕、防磨損、防粉塵、防熱、防爆等。（六）設(shè)計過程自動控制系統(tǒng)的注意事項（1）過程自動控制設(shè)計與工藝的關(guān)系控制設(shè)計人員必須熟悉工藝，和工藝設(shè)計人員及有經(jīng)驗的工人共同研究，哪些參數(shù)是操作中的關(guān)鍵參數(shù)必須進行自動控制才能保證質(zhì)量？哪些參數(shù)需要集中測量和記錄？哪些參數(shù)需要就地測量？哪些參數(shù)需要設(shè)報警