（机械工程专业论文）选矿厂三水自动控制平衡研究.pdf

大连理_ r = 大学专业学位硕士学位论文 摘要 文章简要介绍了现代选矿生产带来的环境污染问题，根据歪头山铁矿选矿厂的实际 情况，研究并制定了解决环境污染的具体措施，实现全国第一家无尾矿污染的选矿厂。 本课题包括五方面的研究内容：三水平衡和零排放研究；中3 0 m 中心传动浓缩 机改造研究；尾矿输送浓度自动控制研究；尾矿库静压回水远程控制研究；g f n 一8 高效复合絮凝剂研究。通过这几方面研究改造，提高了尾矿沉降效率，将选矿厂生 产中的污水全部截流，经过污水回收泵站输送到2 台中5 3 m 周边传动的浓缩机中，采用 絮凝剂加速悬浮物的沉降。浓缩机溢流清水经回水管路进入浮水泵站，并进入主厂房， 供选矿厂生产用水，实现全厂清水化。这一措施的实施，解决了尾矿污染，实现了尾矿 零排放，充分利用了水资源，为选矿厂生产提供了充足的清水，提高了选别效率和金属 回收率。 在此基础上，应用计算机控制技术，实现了三水平衡自动控制，提高了浓缩机底流 浓度，减少了5 0 的尾矿输送量。实现尾矿输送由双机双管改为单机单管输送运行。三 水自动控制平衡研究实施四年来，各种设备和运行系统运转正常，达到了预期目标。全 年实现节水7 8 8 4 万m 3 ，节电1 0 0 0 万k w h ，提高金属回收率2 7 6 ，每年增加铁精矿 4 9 5 万t ，年创效益3 5 9 6 2 万元，取得了显著经济效益和社会效益。 关键词：选矿：工艺；环境；治理 选矿厂三水平衡研究 ar e s e a r c ho ft h e t h r e ew a t e rs e l f - c o n t r o l i nt h ed r e s s i n gp l a n t a b s t r a c t t h et h e s i sb d e f l yd e s c r i b e st h ee n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sc a u s e db yt h em i l lr u n n i n g p r o c e s s i n g a c c o r d i n gt ot h es i t u a t i o nw a i t o u s h a ni r o nm i n ed r e s s i n gp l a n t ，t h ec o n c r e t e m e a s u r e st os o l v ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nh a v eb e e n & a w nu p i nt h ee n d ，t h ef i r s tn o n - d e b r i sp o l l u t i o nd r e s s i n gp l a n ti nt h ec o u n t r yi sc a m et r u e t h et h e s i si n c l u d e sf i v ep a r t so fw o r k ：t h er e s e a r c ho f “t h r e ew a t e r ”s e l f - c o n t r o la n d n od i s c h a r g i n g ，t h et r a n s f o r m a t i o no ft h e 中3 0 i i lc e n t r a lt r a n s m i s s i o nc o n c e n t r a t e r s ， t h ea u t o m a t i cc o n t r o lf o rt h ed e b r i st r a n s p o r t a t i o nd e n s i t y , h el o n g d i s t a n c ea u t o m a t i c c o n t r o lo fb a c k w a t e ri nt a i l i n gr e s e r v o i rb ym e a n so fs t a t i cp r e s s u r e ，t h cg f n e i g h th i 曲 e f f i c i e n c yc o m p o u n d f l o c c u l a n t r e s e a r c h t h r o u g ht h e s ea s p e c t sr e s e a r c h ，t h ed e b d s s u b s i d e n c ee f f i c i e n c yi se n h a n c e d ，t h ep o l l u t i o nw a t e rp r o d u c e db yt h ed r e s s i n gp l a n ti s c o m p l e t e l yd a m m e d t h es e w a g ew a t e rr w i t ht h ed e b r i s ) i st r a n s p o r t e dt ot h ef5 3 mp e r i p h e r a lt r a n s m i s s i o n c o n c e n t r a t e r s t h r o u 9 1 lt h ep u m p i n gs t a t i o na n dt h es e w a g e s u s i n gt h ef i o c c u l a n tt h e s u s p e n s i o ns u b s i d e n c ei sa c c e l e r a t e d t h ec l e a rw a t e ro v e r f l o w e db yt h ec o n e e n t r a t e r se n t e r st h ep u m p i n gs t a t i o nt h r o u g ht h e b a c k w a t e rp i p e l i n e s i nt h ee n d ，t h ew a t e re n t e r st h em a i nw o r k s h o p s ，a n di su s e db yt h e d r e s s i n gp l a n t t h ef a c t o r yh a sr e a l i z e dt h ee n t i r ec l e a rw a t e r t h e s em e a s u r e sh a v es o l v e dt h e d e b r i sp o l l u t i o n ，r e a l i z e dt h ed e b r i sn o tt od i s c h a r g e t h ew a t e rr e s o u r c e si sf u l l yu s e d e n o u l g hc l e a rw a t e ri sp r o v i d e df o rt h ed r e s s i n gp l a n tp r o d u c t i o n t h a te n h a n c e dt h ed r e s s i n g e f f i c i e n c ya n dt h em e t a lr e t u r n s - r a t i o i nt h i sf o u n d a t i o n ，t h ec o m p u t e rc o n t r o lt e c h n i q u ew a s a p p l i e dt oa u t o m a t i cc o n t r o l “t h e t h r e ew a t e r t h ec o n c e n t r a t e rl o w e rs o l u t i o nd e n s i t yi se n h a n c e d ，5 0 d e b r i st r a n s p o r t a t i o n q u a n t i t yi sr e d u c e d t h ed e b r i si st r a n s p o r t e db yt h es i n g l em a c h i n ea n ds i n g l ep i p e l i n en o tb y t h ed o u b l e t h r e ew a t e rs e l f - c o n t r o lr e s e a r c hi m p l e m e n t sf o rf o u ry e a r s ，e a c hk i n do f e q u i p m e n ta n dt h eo p e r a t i o ns y s t e ma r en o r m a l i th a sa c h i e v e dt h ea n t i c i p a t e dt a r g e t i tm a y s a v ew a t e r7 8 8 4m i l l i o nm 3e v e r yy e a r , s a v ee l e c t r i c i t y1 0m i l l i o nk w h , e n h a n c et h em e t a l r e t u r n s - r a t i o2 7 6 ，i n c r e a s eo r ec o n c e n t r a t e4 9 ，5 0 0t ，c r e a t et h eb e n e f i t3 5 9 6 2m i l l i o ny u a n e v e r yy e a r i th a so b t a i n e dt h er e m a r k a b l ee c o n o m i ce f f i c i e n c ya n dt h es o c i a le f f i c i e n c y k e yw o r d s ：d r e s s i n g ；c r a f t ；e n v i r o n m e n t ；p r o c e s s i n g 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 乒们6 f i lz p 大连理1 一大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位沦 文。 作者签名 导师签名 丑碰 纹一 宪一 钳蔓趟 选矿厂三水自动控制平衡研究 1 绪论 1 1 课题的提出 众所周知，水、电能源和环境是人类赖以生存和发展的基本条件，而人口、资源、 环境是当今世界经济和社会面临致关重要的三大主题。冶金工业是我国水电能耗大户， 矿山又是冶金行业的水电能耗大户，矿山能耗占冶金行业的1 0 ，而矿山能耗中的电耗 占8 0 。矿山水耗又占冶金行业的2 5 左右。目前矿山生产中的废渣废水又会对环境产 生严重污染，治理废渣废水对环境的严重污染是选矿厂必须研究解决的问题。全国冶金 矿山都没有完全解决此问题，可借鉴的参考文献少之又少，根据歪头山铁矿选矿厂的实 际情况，研究制定了解决方案并付诸实施，实现了我国第一家选矿厂水循环系统的自动 控制，尾矿水零排放，实现选矿厂节水、节电、环保三重目的。 本溪钢铁( 集团) 有限责任公司歪头山铁矿是由露天采矿、选矿、铁路运输、汽车 运输、机修等组成的现代化大型联合矿山，年耗电量为1 7 3 4 8 7 万k w h ，各单位电耗比 例见表1 1 ，选矿厂生产用水见表1 2 。 表1 1 歪头山铁矿年耗电量构成比例( ) t a b l e1 1 ：t h er a t i oo fa n n u a lp o w e rc o n s u m p t i o ni nw a i t o u s h a ni r o nm i n e 生活 单位全矿采矿选矿运输机修水汽 ( 采暖等) 比例 l o o5 0 98 3 0 66 6 41 1 l4 1 0 表1 2歪头山铁矿选矿厂生产用水( m 3 ) t a b l e l 2 ：t h ep r o c e s sw a t e ri nw a i t o u s h a ni r o nm i n ed r e s s i n gp l a n t 注：新水2 台泵1 8 0 0m 1 h ，选矿厂实到9 0 0 m h 。 从表1 。l 、1 2 可以看出，歪头山铁矿耗电大户是选矿厂，占全矿耗电8 3 0 6 ，新 水消耗量高达7 8 8 4 万m v 年，这样高比例的电耗和水耗，是歪头山铁矿节电、节水， 一1一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 降低成本，增加经济效益的主攻方向，也是节电、节水的关键。因此，采用先进技术和 工艺，实现电子计算机自动控制，在选矿厂新水、环水、尾矿库回水上全方位地进行系 统攻关，实现我国第一家选矿厂的三水自控平衡研究的课题应运而生。 何谓三水自动控制平衡，三水是指选矿厂生产用水的新水、环水( 小循环水) 、尾 矿库静压回水( 大循环水) 。三水平衡是指三水的水量、水质、水压的平衡。三水自动 控制平衡是指选矿厂用水由非线性平衡经电子计算机来完成水量、水压、水质自动控制， 实现三水在线动态平衡。 通过对三水的工艺平衡和零排放研究，咖3 0 m 中心传动浓缩机改造的研究，提高尾 矿输送浓度和浓缩机排矿恒流量及优化管理自动控制研究，尾矿库静压回水远程自动控 制研究，三水水质g f n 一8 高效复合絮凝剂的研究等五大子课题，对巾3 0 m 中心传动浓缩 机进行技术改造，在提高沉降效率的基础上，将选矿厂生产中的尾矿事故和生产波动排 放的尾矿污水、坝体渗流水、选矿厂地面清扫水及大气降水等四部分污水全部截流，通 过三水平衡污水回收泵站输送到2 台由5 3 m 周边传动浓缩机，采用高效复合絮凝剂加速 悬浮物沉降，浓缩机溢流清水经回水管路进入浮水泵站并进入主厂房清水管网和静压回 水汇合，供选矿厂生产用水并替代新水，实现了选矿厂清水化，这一措施的实现，解决 了尾矿污染，实现了尾矿零排放，停开一组( 2 台) 威宁新水泵，充分利用水资源，又 为磨矿、选别工艺提供足够清水，提高了选别效率和金属回收率。在此基础上应用系统 工程与电子计算机过程控制技术，实现了三水平衡自动控制，对8 台浓缩机的排矿量进 行优化计算、分配、调度与科学管理，有效地进行浓缩机控制环的数据采集和恒流量集 中优化控制，从而提高浓缩机排矿浓度，减少了5 0 的尾矿输送量，实现了尾矿输送由 双机双管改为单机单管输送运行。通过对选矿厂浮水泵站浮水井液位和拦截坝污水回收 泵站液位进行在线检测，通过电子计算机根据二个液位高低对尾矿库静压回水水量进行 自动控制，以此完成选矿厂用水水量、水压的自动控制平衡，真正实现了选矿厂尾矿水 的零排放。三水自动控制平衡研究实施五年多以来，各种设备和控制系统运转正常，达 到了预期目标，深受现场欢迎，实现节水7 8 8 4 万m 3 年，节电1 0 0 0 万k w h 年，提高金 属回收率2 7 6 ，增产铁精矿4 9 5 万吨年，年创总经济效益3 5 9 6 2 万元，取得了显著 的经济效益和社会效益。 1 2 选矿厂工艺流程现状 歪头山铁矿选矿厂采出的1 0 0 0 - - - o m m 矿块，经电机车牵引至粗破碎卸车位置，直接 倒入p x l 2 0 0 1 8 0 旋回破碎机，破碎后的产品粒度3 5 0 _ 0 m ，由皮带输送机送c t d g l 5 1 6 n 型大块矿石磁选机进行抛弃岩石，岩石由皮带输送机送到废石仓，矿石由皮带输送机运 送到原矿槽后经电振给矿机给入巾5 5 0 0 1 8 0 0 m m 湿式自磨机进行磨矿，磨矿产品8 - o m m 自流至巾3 0 0 0 m m 一段永磁脱水槽进行选别，溢流自流入尾矿道，底流自流至2 f l c - 2 4 0 0 m m 选矿厂三水自动控制平衡研究 沉没式双螺旋分级机与m q y 3 2 0 0 x 4 5 0 0 r m n 溢流型球磨机组成的闭路磨矿，分级溢流产品 自流至由3 0 0 0 m m 二段永磁脱水槽进行选别，溢流自流入尾矿道，底流自流c t b l 0 2 l 半逆 流筒式磁选机，磁选尾矿自流入尾矿道，磁选精矿用4 p n j 泥浆泵扬送至细筛筛分，筛 上产品用2 p n j 泥浆泵扬送至球磨机再磨，筛下产品自流至c t b 7 5 0 1 8 0 0 唧磁选机，磁 选尾矿自流入尾矿道，磁选精矿由z p g 一7 2 6 盘式过滤机过滤，滤液返回分级机，过滤 后精矿并作为最终铁精矿。选矿工艺流程见图1 1 原矿 尾矿精矿 图1 1选矿工艺流程 f i g u r e1 1 ：m i l ln m i n gp r o c e s sf l o w 1 3 选矿厂用水概况 选矿厂生产用水通常由三大部分构成，即薪水、环水和尾矿库回水。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 新水一占选矿厂生产用水1 2 ，也是选矿厂生产用水的补给水，选矿厂生产过程中 流失的水和铁精矿带走的水全靠新水补充。由本钢动力厂供水，每月按流量计算结费， 其水源采自太子河，取水口设在威宁营，由水源泵站至新岭加压泵站，经二次加压到v = 3 6 0 0m 3 高位水池，然后靠自流到厂区，供生产和生活用水。全线为由9 0 0 m m 铸铁管输送， 全长2 7 k m ，供水量1 8 0 0m 3 h ，4 3 2 万m 3 日，1 5 7 6 万m 3 年。这部分水主要用于选别和 过滤，选矿只用9 0 0 一h 左右，其余供厂区、锅炉、生活用水( 见图3 1 ) 。 环水一称为小循环水，占选矿厂用水5 4 6 7 ，是选矿厂生产主要用水，是两段永 磁脱水槽和两段磨矿主要用水。即选矿厂尾矿浆经6 台由3 0 m 中心传动浓缩机，2 台由 5 3 m 周边传动浓缩机处理后的溢流水，经环水泵站送回主厂房，这部分环水的水质很差， 一般悬浮物为5 0 0 0 m g l ，高者达1 0 0 0 0 m g l ，远远达不到原冶金部选矿用环水的部颁标 准 2 5 ，排矿体积量 2 2 0m h ，以上三个条件，在长达1 3 1 4 选矿厂三水自动控制平衡研究 天的工业试验中，给矿负荷6 3 1 l t h ，排矿浓度2 7 4 ，排矿体积量1 9 9m v h ，充分验 证了改造后由3 0 m 中心传动浓缩机可靠的机械、电气性能，为选矿厂提高浓缩机排矿浓 度和恒流量集散优化自动控制提供了设备保障，同时也证明随着浓缩机排矿浓度的提 高，溢流水的固体物含量已达7 0 0 0 m g l 以上，净化尾矿水，改善水质也是不可忽视的 技术措旌。 表4 4巾3 0 m 浓缩机排矿浓度工业试验测定结果 t a b l e4 4 ：t h er e s u l to ft e s t i n gd i s c h a r g ec o n c e n t r a t i o nf o rt h e 中3 0 mc o n c e n t r a t i n gm a c h i n e 日期给篮荷给鐾度排鬻度排盟量溢篓簦备注 3 9 6 4 4 44 13 2 41 7 67 2 0 0 4 9 5 9 6 9 7 9 1 0 9 1 1 9 1 2 9 1 3 9 1 4 9 1 5 9 1 6 9 1 7 9 平均 8 0 0 0 5 8 0 6 7 2 5 3 6 2 9 5 5 3 3 6 7 3 0 8 6 4 2 7 5 5 6 2 6 3 3 8 5 2 8 7 6 0 3 0 5 9 6 2 6 3 1 l 5 1 4 3 4 8 3 9 3 7 4 8 8 4 1 4 0 4 6 2 4 1 4 1 4 0 4 2 8 2 6 2 2 9 8 2 6 1 2 5 1 2 6 0 4 0 1 3 2 5 2 7 4 2 3 3 2 6 o 2 4 1 2 2 2 2 7 4 2 7 1 1 6 5 2 7 1 1 8 4 2 0 0 1 6 4 1 7 4 1 6 5 2 3 2 1 6 4 2 1 6 2 0 l 1 9 9 8 6 0 0 9 4 0 0 9 7 0 0 6 9 0 0 5 2 0 0 8 2 0 0 8 1 8 0 6 6 1 0 7 1 1 0 5 3 8 0 7 1 7 0 6 8 0 0 7 4 1 9 耒 加 絮 凝 药 剂 大连理工大学专业学位硕士学位论文 5 提高尾矿输送浓度及浓缩机恒流量集散优化自动控制的研究 该研究的主要目的是实现尾矿浓缩排矿自动控制，既提高尾矿输送浓度，减少尾矿 排矿体积量及恒定总尾矿输送量，达到三级泵站由双机双管改为单机单管输送，进行了 浓缩机全自动控制研究。 5 1 集散自动控制总体技术要求 歪头山铁矿选矿厂8 台浓缩机的总排矿量控制在1 2 5 0 5 0 m 3 h ，但因各台浓缩 机排矿管道长度、坡度及阻力、机械承受力和电动机功率等因素的不同差异，要求合理 分配各台浓缩机的流量及浓度，确保浓缩机正常安全运行和实现三级泵站单机单管运行 的总体目标。 在任何工作情况条件下( 包括个别浓缩机停机检修) ，尾矿浆在浓缩机排矿管内 不淤积不堵塞，电动调节阎阀门将根据排矿流量和电动机输出功率的变化进行自动控制 调节，当电动机超负荷时应及时报警。 生产现场与选矿厂自动控制室双重显示与控制。 5 2 自动控制系统总体方案设计 歪头山铁矿选矿厂尾矿输送系统为三级泵站接力输送，每级泵站配有4 台1 2 p n 或 2 5 0 p n 渣浆泵( 2 工2 备) ，配用电动机功率为5 5 0 k w 与6 2 5 k w ，每台泵的输送能力为 1 2 0 0 1 4 0 0 一h 。为实现尾矿浆单机单管输送，必须保证尾矿总体积量稳定控制在1 2 5 0 5 0m 3 h 范围内。由于歪头山铁矿选矿厂在正常生产时尾矿量( 干矿) 在4 0 0 t h 左右， 因而，要达到单机单管输送的目的，尾矿的排矿浓度必须控制在2 5 3 左右。 自动控制系统的最终目标实现单机单管输送尾矿，因此，本系统不盲目提高尾矿输 送浓度，只要保证尾矿浆总体积量稳定在1 2 5 0 5 0 种h 即可。在满足单机单管输送目 标的前提下，还要尽力的降低尾矿输送浓度，以保证浓缩机安全可靠运行。 歪头山铁矿选矿厂8 台浓缩机的排矿采用自流排矿工艺。其中6 台巾3 0 m 中心传动 浓缩机通过各自的排矿管道，集中后自流到l # 泵站。另2 台由5 3 m 周边传动浓缩机借助 于浓缩池的静压力自流到1 # 泵站。由于采用自流排矿工艺，而各台浓缩机的排矿管道的 长度、坡度、管道阻力各不相同，无异造成各台浓缩机排矿能力差异，每台浓缩机耙体 机械承受能力及拖动电动机功率等也不尽相同，因此，对每台浓缩机的排矿浓度和体积 量也不能要求一致，应根据各台浓缩机工况作业的具体情况，不仅要合理分配各台浓缩 机的流量、浓度控制值，还要适应生产和设备不同情况的变化，及时而准确调节流量， 从而达到调节浓度值。 选矿厂三水自动控制平衡研究 5 3 自动控制系统设计功能 保证浓缩机排矿总量稳定在控制值范围内，即各泵站单机输送能力在1 2 5 0 _ _ _ 5 0 一h 区域间。在选矿厂生产发生变化造成浓缩机给矿条件变化或浓缩机运行台数增减造 成排矿总体积发生波动时，自动控制系统均能进行自动调节，重新对各台浓缩机之间的 技术参数进行合理调度分配，随时调节各浓缩机排矿流量值，确保浓缩机排矿总量在 1 2 5 0 5 0 一h 范围内。 自动控制系统必须根据浓缩机排矿量给定值大小，自动实现各单机系统的自动 控制，将流量稳定控制在分配值范围内。 自动控制系统必须保证设备安全运行。在浓缩机耙予机械负荷加重、排矿管道 有淤积、异物堵塞、停电等非正常停机情况发生时，自动控制系统能自动报警，并进行 相应处理。防止压耙、顶耙和耙架、耙齿扭曲变形等设备事故发生。 在正常运行状态下，自动控制系统白行根据设备运行状态进行评估，并采取及 时有效的方法对尾矿在高浓度输送状态下发生的恶性淤积等进行预防和处理，尽最大可 能的预防堵管、压耙等事故发生。 为满足上述功能的要求，在对现场进行认真考察、研究后，将系统设计成为d c s 系 统一计算机集散控制系统，使之具备分散控制、集中管理及自动进行优化调度分配等功 能，保证在浓缩机安全稳定运行的前提下，提高浓缩排矿浓度，减少并稳定浓缩机排矿 的总体积，最终实现单机单管输送尾矿的目的。 5 4 自动控制系统的组成 尾矿浓缩机的单系统控制部分。每两台浓缩机配备一套可编程序控制器( p l c ) ， 实现对浓缩机排矿量的自动检测和自动控制，将其稳定地控制在系统分配给定的流量范 围内；同时对设备运行的各种环境条件、工作状态进行自动监测和判断，实现对各种事 故的预防，在发生事故时能及时报警。 主可编控制器( p l c ) 对各个设备进行集中管理与优化调度分配。由主可编控制 器( p l c ) 通过m p i 工业通讯总线，将各单机系统和上级计算机联系在一起，对各单机 系统工作状态进行全面性综合判断，根据专家系统计算出的规则条件，确定当前各子系 统的流量控制值，并将全部数据传递给上位机，供上级计算机进行数据记录，形成各种 报表文件。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图5 1 系统自动控制总体示意图 f i g u r e5 1 ：s y s t e ma u t o m a t i cc o n t r o ld i a g r a m m a t i cs k e t c h 1 8 一 选矿厂二水自动控制平衡研究 上级计算机进行人机界面的组织、数据存储、各种报表的生成和自动打印功能。 在整个系统中需要有比较友好的人机界面，将各种设备运行状态直观的显示给操作者与 管理者，以方便操作，实现对整个系统的自动控制。在整个系统的运行中，需要记录大 量的数据，如各浓缩机的排矿量、工作电流等，在对这些数据进行整理后存储，以备发 生事故时进行分析、使用，并可以将各个过程参数自动进行统计和生产报表的自动生成 与打印。自动控制系统总体示意图5 1 。 5 5 自动控制系统工作原理 5 5 1 单机自动控制系统工作原理 单机控制系统是一个单参数工作系统，一个典型的微机控制闭环自动控制系统， 控制目的是实现浓缩机排矿量的稳定控制。每个系统是由流量检测装置、流量调节装置、 电流检测装置、可编程序控制器( p l c ) 和显示仪表五部分组成。其中流量检测装置由 电磁流量信号变送器和与之配套的信号转换器组成，安装在浓缩机排矿管上，完成对浓 缩机排矿量的检测，将排矿量的大小转换为4 - 2 0 i i l a 的标准信号，经显示仪表在现场和 自动控制室显示后，传递给可编程序控制器作为流量大小的判断依据。电流检测装置由 电流互感器和电流信号变送器组成，用以检测浓缩机工作电流大小，确定耙子工作状态， 同样将电流信号转换为4 - 2 0 m a 标准信号，经显示仪表在现场和自动控制室显示后，传 递给可编程序控制器作为电流大小的判断依据。流量调节装置由电动调节阀来完成，电 动调节阀按照系统给定的阀位动作，并将实时的阀位反馈上传，供显示仪表显示，以便 操作人员及自动控制室及时了解现场阀门的工作状态。在p l c 接受到流量信号，并结合 当前的电动调节阀阀门开启度、设备工作状况和主p l c 传来的流量控制值，计算出电动 调节阀阀门开度控制值。 在单机系统的自动控制中，由于电动调节阀阀门控制的矿浆流量与电动调节阀阀门 的开度呈非线性对应关系，我们采用模糊控制的方法进行流量调节。当实际流量值与设 定值的实际差值较大时，电动调节阀调节增值采用较大值调节，使电动阀门大幅度开启 或关闭，使实际流量迅速接近设定值，在实际流量值与设定值较为接近时，电动调节阀 阀门调节幅度减少，使实际流量值接近设定值。在实际流量值进入设定流量值的正常波 动范围后，系统自动停止调节进入稳定状态，同时自动记录当前电动调节阀阀位和流量 值，作为经验值存入p l c 的内部存储器。当系统发生波动或设定值发生变化时，系统首 先调用内部存储器中的经验值，将电动调节阀阀位的开度控制值给定在实际流量值与控 制值最为接近的范围，在此基础上做进一步微调。实践证明，采用这种控制方式调节效 果非常理想，既可保证调节质量，又可以减少超调，防止调节震荡。 一1 9 大连理工大学专业学位硕士学位论文 为保证浓缩机的安全运行，本自动控制系统还设计一套耙子电动机负载功率变化自 动检测装置，间接反映耙子的承受负荷变化。一旦发生排矿浓度过高或浓缩机池底尾矿 沉淀层过厚，造成耙子负荷加重，系统自动启动报警程序，发出声光报警信号，及时提 醒现场与自动控制室操作人员，同时实施开大阀门、加大排矿流量的特殊处理。 在系统正常运行时，由于浓缩机排矿量在一定时间内相对稳定，即电动调节阀阀门 在这些时间段内是不做调节的。当排矿量减少时，浓度增大，尾矿浆在排矿管中的流速 减慢，增加了尾矿在管道中淤积机会，从而增加了尾矿浆沉积堵管的几率。为了有效避 免堵管事故的发生，在设备正常运行期间，各台浓缩机的控制排矿的电动调节阀阀门会 依次定时开启，在短时间内加大尾矿排矿量，而后自动恢复到稳定状态。由于各台浓缩 机定时瞬间开阀动作依次进行，且开阀时间短，所以对整个系统总排矿量的影响甚微， 但可以有效的减少堵管事故发生。 5 5 2 集中管理与优化调度工作原理 整个自动控制系统l # 可编程序控制器不仅担负l # 、2 # 浓缩机排矿控制任务，而且 承担着全系统的集中管理和优化调度工作。 集中管理工作内容为： 1 # 可编程序控制器( p l c ) 通过将各台浓缩机的排矿量瞬时数据收集，计算出瞬 时总流量，同时将数据存储，以一小时为周期计算出一小时的流量总和，使操作和管理 人员非常方便了解掌握排矿总量大小。 1 # 可编程序控制器( p l c ) 将收集和计算的所有有关数据，再通过m p i 工业通讯 网络传递给上位计算机，由上位计算机完成生产统计，自动生成日报表、月报表、年报 表，供管理人员随时查询和打印存档。 在整个自控系统中，能否实现单机单管运行的关键，除单机系统正常运行外，就是 总系统的自动优化调度，为实现稳定可靠的排矿总体积量，本系统采用工业控制中较为 先进的模糊控制理论和人工智能相结合，将系统设计成为专家系统，其具体内容为： 尾矿总流量目标函数的确定 q j + q 2 + q ，+ q 4 + q 5 + q 6 + q 7 + q b = q x 式中q 、q 。、q 。、瓯、q 。、q 6 、融、q 。分别为l # 一8 # 浓缩机排矿分配值，q 【为排矿总体 积量的恒定控制值。 其约束条件为：q 。q ， 式中q ，为1 # 泵站的正常输送量( 1 2 5 0 5 0m 3 h ) 。 单台浓缩机约束条件有两个： 其一，流量约束条件 q q 。 选矿厂三水白动控制平衡研究 浓缩机的排矿量必须大于允许的最低流量值，这个最低值根据各台浓缩机的具体工 况条件不同而各不相同，主要取决于管路长度、坡度。 其二，浓度约束条件 p p 啊。 浓缩机排矿浓度必须小于某个允许最大浓度值。这个最高浓度值p _ ，是根据各台浓 缩机耙子机械强度、拖动电动机功率大小和传动扭矩等因素来决定。 对上述约束条件建立数学模型，推算出按现有生产能力，可安全运行的排矿量最低 值，确定各台浓缩机的排矿量，为生产实际控制提供了科学依据。 流量分配控制规划确定 在系统初始工作状态，人为给定单机系统尾矿流量控制值和电动机正常运行电流 值，在系统开始运行后，根据给定值开始自动调节，生成控制经验数据库，按照给定的 控制规划进行自动调节。 控制规划是按照人工经验确定的，当发生耙子负荷加重情况时，加大排矿量，减轻 耙子负荷，同时将增加的流量，依据其它浓缩机负荷情况，按照由轻至重的顺序，科学 分配给其它浓缩机，且按负荷轻重，各台浓缩机均能分配到增加的流量，浓缩机负荷越 轻响应分配量越大，反之则越小。但每台单机系统的排矿量必须小于流量约束值。在整 个系统负荷加重时，各浓缩机将均匀承担，以便确保总流量控制在目标值范围内，防止 和避免单台浓缩机负荷过重造成事故。 5 6 自动控制系统主要功能 5 6 i 自动控制系统检测功能 系统可自动对8 台浓缩机排矿量进行连续在线检测。每台单机系统以秒为单位进行 采样，分别对排矿量、浓缩机电动机功率进行采样检测。并且以每分钟为单位进行判断， 对每个判断周期内的状态变化进行综合判断，从而判断外部环境和设备运行状态变化， 为实现自动控制提供科学依据。 5 6 2 自动控制系统的自动控制功能 各台浓缩机的单机控制系统，可将排矿流量稳定地控制在系统给定的流量值范围 内，同时在自动控制过程中，确保浓缩机安全运行，达到提高浓缩机排矿浓度，减少排 矿体积量的双重目的。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 5 6 3 自动控制系统优化分配功能 自动控制系统可对参与运行的所有浓缩机排矿安排合理的流量控制值，并自动进行 优化计算，以确保浓缩机排出的尾矿总体积恒定控制在1 2 5 0 5 0 m 3 h ，满足单机单管输 送的要求。无论生产条件如何变化，本自动控制系统均可经过自动优化计算及时调整控 制参数。 5 6 4 集中管理功能 自动控制系统中的各台单机控制系统均可通过m p i 网络与主可编程序控制器( p l c ) 、 上位计算机进行数据通讯，实现对各台浓缩机的集中控制和管理。 5 6 5 报警功能 为保证自动控制系统及设备安全可靠运行，系统设计多种报警和防预措施。如系统 可对浓缩机配用电动机的负载功率进行自动检测，以检测浓缩机的机械