磨矿分级自动控制系统

这种方案是基于球磨机组物料
响，采用浓度计则避免了这一点。
进出平衡的原理，按溢流浓度的要求，
3、溢流浓度控制
按比例地控制总的给水量（返砂水和
保证分级溢流粒度的合格率主要 排矿水）。如图
磨矿浓度
溢流浓度
PLC
排矿水
原矿量 图9
5
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排
矿
水 量
PLC可 编 程 控 制器
电子秤
现，摆式给矿机可通过变频器调速或 调幅方式实现。磨机给矿皮带上的物 料检测可采用核子秤来完成，主控单 元是可编程控制器（PLC）。如图 5.
试过程中逐步修正达到最佳。 方案 1：计算给水（不采用浓度计） 磨矿浓度的大小取决于返砂水量
的多少，计算给水方案按磨机的给矿 量和分级机（旋流器）返砂量（在返 砂比不变时）根据如下公式计算返砂 水量：
果。
2、控制目的及经济效益分析 （1）、控制目的
可以根据用户的不同要求分别达到以 下控制目的： a、在稳定分级溢流粒度合格率满足现场工 艺要求的前提下，提高的台时处理能力。 b、在稳定磨机台时处理能力的前提下，提
图1 1、最优化给矿的实现
实现磨机的最优化给矿的关键在于正确 地分析出矿石性质、矿石性质的变化、磨机 的运行状态。传统的人工操作主要依靠其经 验，通过视听来决定给矿与给水。这种方法
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磨矿浓度
矿石性质
模糊运算
最佳磨矿 浓度值
原矿量
图6
控返制返砂水的系统原理方框如图 6 和图 7 所示。
砂
水
PLC可 编 程 控
量
制器
设
定
电动调节阀
返砂水
电磁流量计
方案 2：采用浓度计直接检测 该案采用浓度计直接检测磨机的排矿浓度，其信号输入
电磁流量计
浓
度
PLC可 编 程 控
设
制器
电动调节阀
工艺画面
台 时 : 0 .0 0 t / h
浓 度 : 0. 0 0
%
电 耳 : 0.0 0 前瓦油量 ：
MA
泵池液Байду номын сангаас :
后瓦油量 ：
0 .0 0
工艺画面
时 间 ： 2012 1 1
参数设置
给矿设调
20
18 ：00
皮带操作
历史曲线 报警系统 退出系统
通常会根据工艺要求调整。
7
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到后续选别指标的好坏。
度合格率的前提下，实现优化给水（返砂水，
靠人工来调整该作业成绩环节不公不 排矿水）。
能充分发挥磨机的处理能力，也不能准确保 （2）、经济效益分析
证分组溢流粒度的合格率。尤其是在矿石性
在稳定分级溢流粒度的前提下提高台
质（硬度、粒度、结晶粒度等）多变、生产 作业指标波动波动大的复杂工业现场。高水
定
在线浓度计
图8
到主控单元（PLC）后，通过调节返砂 调溢流浓度来实现的，因而溢流浓度
水路的电动调节阀来保证最佳排矿浓 的检测与控制是极其重要的。在自控
度，构成环控制。
系统中，主要是通过调节排矿水（泵
两者比较：
池浓度）来保证分级溢流粒度的要求。
计算给水方案中由于返砂比有时会发
方案 1：计算给水
生较大的波动而对控制精度造成影
1.1 磨矿运行状态的确定 在矿石性质未发生变化时，决定
磨机运行状态的主要因素有 A 矿石充 填率、B 球荷比、C 返砂水。因素 B 和 C 量的给入多与少取决于因素 A。而磨 机的台时处理能力也取决于因素 A，因 此如何使因素 A 处于最佳状态是至关
重要的。图 3 给出了磨机负荷与电耳 功率的变化对应曲线。可以看出，随 着矿石充填率的增加，电耳变送信号 变低，在达到“涨肚”点之前，功率 变送器变送信号增高，而达到“涨肚” 点后降低。
图 10 模糊控制的结果是输出 PID 中的比例 放大系数 Kp，积分时间 Ti 和微分时间 Td 的修正值、实现了 PID 控制参数的 自调整作用。 6、报警部分与自动/手动切换
为保证系统安全运行，最大限度 的减少外界环境对系统的影响。在以 下控制点设置报警指示：（1）给矿量 异常（2）电子称故障（3）变频器故 障（4）返砂水量异常 （5）排矿水量 异常 （6）电耳信号异常 （7）功率 信号异常 （8）球荷比异常。
图4
磨矿自控系统通过主控单元对电耳 变送器的检测值 PV1 和检测值的变化 值 ∆ PV1、功率变送器的检测值 PV2 与
检测值的变化值 ∆ PV2 的分析来判断 矿石是如何变化的。同时根据不同性 质的矿石，给出对应此类矿石性质的
3
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最优给矿值和给水值。（参见图 2 及图 4） 2、给矿量控制
矿石性质时常发生变化是磨矿 分级作业要经常遇到并颇为现场工人 头疼的问题，严重干扰了操作的稳定
性。靠人工操作不可能及时有效地适 应此类情况，不仅磨机处理能力难以 达到最佳，还会直接影响到分级溢流 粒度的合格率。
图 3 给出了矿石性质未发生变化 时磨机负荷一音强和磨机负荷和磨机 负荷--磨机功率之间的变化曲线。但 在矿石性质发生变化后，该曲线将发 生移动，形成了对应不同矿石性质下 的多条曲簇，如图 4 所示：
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磨矿分级自动控制系统
通用设计说明
一、磨矿分级自动控制概述
高分级溢流粒度的合格率。
磨矿分级作业是选矿工艺中最为重要的 c、同时提高磨机台时处理能力和分级溢流
生产工艺环节之一，其处理能力决定了选厂 粒度的合格率。
的整体产量，其溢流粒度的合格率直接影响 d、在稳定磨机台时处理能力和分级溢流粒
Wf = Qg × (1/Km -1/Kg) + Qf × (1/Km -1/Kf = Qg × N1+ C × Qg × N 2 = Qg × (N1+ C × N 2)
其中： Qg --磨机给矿量
Qf --磨机返砂量 Km --磨矿浓度 Kg --给矿浓度
Kf --返矿浓度 C--返砂比
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只能反映出应给矿与给水的趋势，难以准确 地确定出应矿与给水量，更不可能实现最优 化给矿，因此人工操作不可避免地要受到多 种因素的影响。
图 2 给出了一段闭路磨矿的通用控制框 图。其中优化给矿主要是通过同时分析磨机 音频信号、有功功率信号以及旋流器压力信 号来实现。
国选厂人均年劳动生产率，在英国、澳大利
亚、瑞典
等矿业较为发达的国家更是如此。
而在国内，八十年代以前已经设计投产
的选厂中很少有注意到这一技术的应用，主
要是因为控制元件及控制理论不能准确地
应用到磨矿分级这一领域上来。北京华德创
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这一课题做了大量的卓有成效的研究与应
用工作，并在一些选厂取得了令人满意的效
影响磨机分机作业的各种作业的 各种因素属于多耦合、大滞后、参数 时变的非线性控制模型，故采用传统 的 PID 调节技术与先进的模糊的控制 技术，组合形成自适应模糊控制方案 即 FUUZY—PID。
实践证明，FUUZY—PID 比单纯 PID 计算普通过程变量（电耳 PV、功率 PV、 流量 PV、电子称 PV）外，同时计算过 程变量的偏差并进行量化（模糊化）。
PV1
PV2
PLC
SV
CV
PV3 PV
变频器
PV1 PV2 PV3
图5 对不同的给矿方式，应采用不同 的执行单元对其进行调整。如对圆盘 给矿机和皮带拖料方式，一般采用变 频调速方案。而对电振给矿机则通过 改变电振频率或电流大小的方法实 3、磨矿浓度控制 磨矿浓度的大小影响矿浆的比 重、矿粒在钢球周围的粘附程度和矿 浆的流动性，直接影响一次排矿的合 格率，对避免矿石过粉碎、提高选别 指标也至关重要。最佳磨矿浓度范围 可以由磨矿分级过程的工艺指标中分 析得到，同时在自动控制系统安装调
2
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图3
人工操作一般使磨机稳定在 1~2 之 间，随操作能力和经验而不同。自控 系统操作则稳定在 2~3 之间，磨机在 此区间工作，既达到了运行的最佳状 态又不发生“涨肚”，两者之差为自控 系统操作较人工操作所增加的台时处 理能力。 1.2 矿石性质的变化及检测
某选厂自动控制中心
控制界面示例：
磨机自动化控制主界面
浓 度 ： 0. 0 0
%
料 位 ： 0. 0 0 流 量 ： 0 .0 0 m 3/h
阀 位 ： 0. 0 0
浓 度 ： 0 .0 0
压 力 ： 0.0 0 浓 度 ： 0 .0 0 %
流 量 ： 0.0 0
阀位 ： %
0. 0 0
m 3 /h
功 率 : 0 .0 0 K W
电动调节阀
设
定
电磁流量计
方案 2：采用浓度计 该方案采用浓度计直接检测
分级机溢流浓度。将检测到的浓度信 号输入到主控单元（PLC）中，主控单 元将浓度检测值与最佳值进行比较， 进而调节排矿水路上的电动调节阀的 开度，构成闭环控制。如图 2。11 示。 两者比较：
分级溢流粒度的合格率是磨矿分 级作业中一项极为重要的指标，也是 自动控制的关键环节，采用方案 2 控 制效果明显高于方案 1，故建议采用方 案 2 实施控制。 5、控制规则
一旦控制元器件需要更换时，通 过自动/手动转换功能可实现无扰动 切换，不会对生产造成任何影响。其 中手动操作有如下方式：（1）软手动 （2）仪表室手动 （3）现场操作。
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7、操作系统控制界面及数据存储 磨矿控制系界面可根据工艺的要求设计，从界上可以直观的监控运行数据。同时 数据会自动存储，以便日后查询。
时处理量 7~10%。以一台 Ø2736 球磨机为
平的管理带来效益与自动化产生的效益是 例，年直接效益近百万。同时，自动化控制
不可比拟的，因此对其实施自动控制具有极 减轻了工人的劳动强度，减少了设备故障
其重要的意义。
率，大幅提高了工人劳动生产率和设备作业
1、国内外现状
率，对提高选厂产品的产量和质量具有特别
在国外每一个选矿厂的设计过程中 重要的意义，因而自动控制化控制生产已成
都充分地考虑到自动化控制这一重要环节， 为选矿行业发展的趋势。
尤其是在磨矿分级作业。例如在加拿大某铜 二、一段磨矿自动控制方案
选厂，其处理能力达 3000Mt/a，在职员工仅
常见一段闭路磨矿工艺流程如图 1 所
有 200 人左右，人均年劳动生产率远超过我 示：