基于模糊方法的磨礦分級(jí)自動(dòng)控制

河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司 趙休龍，宋曉西

圖1 磨礦分級(jí)流程

1 引言

磨礦作業(yè)是整個(gè)選礦廠生產(chǎn)工藝流程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它起著承上啟下的作用，磨礦作業(yè)在選礦廠的基建投資和生產(chǎn)費(fèi)用中占有很大的比例。同時(shí)磨礦作業(yè)是整個(gè)選礦廠的“瓶頸”作業(yè)，直接關(guān)系到選礦生產(chǎn)的處理能力、磨礦產(chǎn)品的質(zhì)量，對(duì)后續(xù)作業(yè)的指標(biāo)乃至整個(gè)選礦廠的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)有很大的影響。

某大型選礦廠年處理礦石800多萬(wàn)噸，年產(chǎn)鐵精粉260萬(wàn)噸，本文針對(duì)該礦磨礦分級(jí)的工藝特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)因素，運(yùn)用模糊理論與方法，對(duì)磨礦、分級(jí)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)檢測(cè)與優(yōu)化控制。

2 工藝流程

該礦單系列磨礦采用球磨機(jī)+分級(jí)機(jī)+磁選機(jī)的工藝流程，流程如圖1所示。

3 控制系統(tǒng)選擇

3.1 硬件選擇

為保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性，此次設(shè)計(jì)采用了大容量、穩(wěn)定性較強(qiáng)、具有冗余功能的美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化公司的Controllogix高性能的處理器作為控制器。

3.2 軟件選擇

編程軟件采用Rslogix5000編程軟件，可以實(shí)現(xiàn)程序的在線監(jiān)視、修改；組態(tài)軟件采用了Factorytalk SE，在組態(tài)控制畫面中，不僅可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的現(xiàn)實(shí)，而且可以進(jìn)行參數(shù)的修改，工藝參數(shù)調(diào)整，顯示部分為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

3.3 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

為防止控制系統(tǒng)癱瘓，實(shí)現(xiàn)控制器的無(wú)擾切換，此控制系統(tǒng)采用了冗余型網(wǎng)絡(luò)。Logix5000系列PLC作為主控制器(主站點(diǎn))，主站點(diǎn)之間通過(guò)光纖進(jìn)行信息冗余。從站與主站點(diǎn)通過(guò)Controlnet模塊CN2R進(jìn)行通信，CPU與上位機(jī)采用傳輸速率更快更可靠的工業(yè)以太網(wǎng),從而構(gòu)成三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的控制層。

3.4 參數(shù)檢測(cè)

為使控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定、準(zhǔn)確，對(duì)磨礦分級(jí)工藝變量進(jìn)行了檢測(cè)、采集。檢測(cè)內(nèi)容包括：球磨給礦量檢測(cè)、磨機(jī)聲音檢測(cè)、磨機(jī)功率檢測(cè)、球磨返砂水流量檢測(cè)、球磨排礦水流量檢測(cè)、分級(jí)機(jī)電流檢測(cè)、溢流濃度檢測(cè)、溢流粒度檢測(cè)。

4 控制原理

控制功能劃分：給礦控制、返砂水控制、給礦水控制、漲肚判斷、判斷礦石性質(zhì)變化等。

4.1 給礦控制

本控制系統(tǒng)主要利用磨音值和磨機(jī)功率值對(duì)給礦多少進(jìn)行綜合判斷，主要根據(jù)磨音V、功率P模糊化判斷進(jìn)行加減礦調(diào)節(jié)，并判斷球磨機(jī)負(fù)荷情況。磨機(jī)的負(fù)荷狀況即充填率，即指磨機(jī)中物料容積占磨機(jī)有效容積百分?jǐn)?shù)，實(shí)踐表明磨機(jī)功率和磨音與磨機(jī)負(fù)荷存在的關(guān)系如圖2所示。

圖2 磨機(jī)功率、音強(qiáng)與負(fù)荷關(guān)系

通過(guò)對(duì)磨音V、功率P變量進(jìn)行PL（過(guò)低）、L（低）、正常（NM）、高（H）、過(guò)高（PH）五個(gè)區(qū)間模糊化。在磨機(jī)未漲肚、分級(jí)機(jī)電流正常、礦石性質(zhì)未發(fā)生變化時(shí)，實(shí)現(xiàn)礦量的自動(dòng)給定。如圖3所示。

圖3 給礦模糊化

4.2 漲肚判斷

球磨漲肚在球磨工藝系統(tǒng)中是一大重癥，本系統(tǒng)嚴(yán)禁球磨漲肚。程序根據(jù)磨音和功率來(lái)自動(dòng)判斷是否漲肚，若球磨漲肚，礦量給定為200t/h、加大給礦水、減小排礦水，達(dá)到恢復(fù)值后切入正?？刂啤?/p>

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物標(biāo)定,漲肚判斷條件為（磨音V>11）&（功率P>1500），漲肚恢復(fù)條件為（7.0<磨音V<9.0）&（功率P<1400）。

4.3 礦石性質(zhì)判斷

礦石的性質(zhì)發(fā)生改變，對(duì)磨礦分級(jí)影響很大。礦石趨易磨，則循環(huán)負(fù)荷趨于下降；礦石趨難磨，則循環(huán)負(fù)荷趨于上升。本系統(tǒng)礦主要依靠分級(jí)機(jī)電流、分級(jí)機(jī)溢流粒度、瞬時(shí)礦量三個(gè)數(shù)值變化判斷循環(huán)負(fù)荷：

C1：礦量10s內(nèi)波動(dòng)超出±10；

C2：分級(jí)機(jī)溢流粒度與設(shè)定值偏差超出±2；

C3：分級(jí)機(jī)電流設(shè)定值偏差超出±3；

C4：磨音V∈（7.0,7.5）。

條件C1～C4同時(shí)滿足則認(rèn)為礦石性質(zhì)改變。當(dāng)?shù)V石性質(zhì)變差時(shí)，程序自動(dòng)降低礦量、減少排礦水，防止因操作不及時(shí)造成產(chǎn)品不合格及漲肚現(xiàn)象。

4.4 給水控制

在給礦量一定的情況下，返砂水（球磨給水）、排礦水大小直接影響磨礦粒度：球磨給水增大，磨礦濃度變稀，磨礦粒度變粗；球磨機(jī)排礦口處沖水變大，溢流變稀，磨礦粒度變細(xì)。

本系統(tǒng)給水控制步驟是：

Step1 礦量保持一定，同時(shí)減小球磨機(jī)給水、增大排礦口處沖水，實(shí)現(xiàn)提高磨礦粒度，并盡可能減小因總礦漿量的變化引起的后續(xù)浮選工藝波動(dòng)。

Step2 磨礦粒度穩(wěn)定后，增大球磨機(jī)的給礦量。給礦量的大小，以在達(dá)到磨礦粒度要求的同時(shí)、球磨機(jī)不漲肚為宜。

期間設(shè)定安全極限條件：判斷礦石性質(zhì)變差時(shí)，排礦水給定最小值；判斷球磨漲肚時(shí)，給礦水、排礦水均給定最小值。

5 實(shí)施效果

目前，該系統(tǒng)已在該大型選礦廠單系列實(shí)驗(yàn)應(yīng)用成功。投入使用后，由計(jì)算機(jī)代替人工對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和工藝過(guò)程進(jìn)行在線操作和監(jiān)控，提高了球磨機(jī)磨礦效率和產(chǎn)品質(zhì)量，在穩(wěn)定磨礦細(xì)度的前提下盡可能的提高了磨機(jī)的處理能力，平均臺(tái)時(shí)由230t/h提升至238t/h，年可創(chuàng)效600余萬(wàn)元。

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