浮選機(jī)電氣自動(dòng)化技術(shù)

劉 凡

（山西焦煤西山煤電官地選煤廠， 山西 太原 030024）

引言

浮選機(jī)作為選煤廠的基礎(chǔ)設(shè)備，也是最為重要的生產(chǎn)設(shè)備之一，最能體現(xiàn)出選煤環(huán)節(jié)的機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化、電氣化進(jìn)程。因此，對(duì)浮選機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)是提高選煤廠生產(chǎn)效率的重要環(huán)節(jié)[1-2]。

1 浮選機(jī)的工作原理（見(jiàn)圖1）

圖1 浮選機(jī)工作原理

浮選機(jī)由電動(dòng)機(jī)三角帶傳動(dòng)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心作用形成負(fù)壓，一方面吸入充足的空氣與礦漿混合，一方面攪拌礦漿與藥物混合，同時(shí)細(xì)化泡沫，使礦物黏合在泡沫之上，浮到礦漿表面再形成礦化泡沫。調(diào)節(jié)閘板高度，控制液面，使有用泡沫被刮板刮出。加入了定量浮選藥劑的煤炭浮選入料通過(guò)泵的加壓后，達(dá)到一定的壓力值，將帶有壓力的煤泥送入浮選機(jī)，在空氣反應(yīng)器中，突然加入的煤泥會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，使得空氣反應(yīng)器吸入空氣，與煤泥充分混合均勻后，通過(guò)浮選分配盤(pán)把煤泥均勻刮入浮選機(jī)的槽體腔內(nèi)，進(jìn)入槽體腔后，煤泥中的空氣出現(xiàn)重新膨脹、析出、上浮，形成許多微小氣泡，使得煤泥中的雜質(zhì)析出，這樣在浮選藥劑的幫助下完成煤泥內(nèi)雜質(zhì)的浮選過(guò)程，在浮選機(jī)槽體內(nèi)形成了一定厚度的泡沫層，由于繼續(xù)給料，隨著液面的上升，泡沫層從溢流堰流出進(jìn)入浮精桶。浮選機(jī)的基本參數(shù)如表1所示[3-4]。

表1 浮選機(jī)的基本參數(shù)

2 浮選機(jī)存在的問(wèn)題

1）除了操作員調(diào)節(jié)最后一個(gè)腔室尾箱中的閘板組之外，浮子室的浮選池液位不是由副室自動(dòng)控制。在生產(chǎn)實(shí)踐中，不同浮力的煤浮選機(jī)浮選性能差異較大。因此，在不考慮房間而自動(dòng)調(diào)節(jié)液位的情況下，不能根據(jù)每個(gè)房間中泡沫層的厚度來(lái)改變液位。因此，存在每個(gè)房間的清潔煤鏟不能及時(shí)刮出泡沫產(chǎn)品的情況。

2）浮選機(jī)各室凈化刮煤機(jī)數(shù)量相同，運(yùn)行速度相同，不能根據(jù)各室泡沫層厚度的實(shí)際情況實(shí)時(shí)調(diào)整。目前，機(jī)械攪拌浮選機(jī)各室的泡沫刮刀為2～4個(gè)，均勻安裝在長(zhǎng)軸上操作。速度一致，浮選機(jī)刮板的速度不能根據(jù)每個(gè)腔室內(nèi)泡沫層的狀況進(jìn)行調(diào)整，從而影響精煤產(chǎn)品的質(zhì)量[5-6]。

3）自動(dòng)化程度低。在選礦生產(chǎn)過(guò)程中，準(zhǔn)確控制浮選槽液位使浮選槽中礦漿液面保持穩(wěn)定，這樣對(duì)于提高浮選指標(biāo)具有重要的作用，不但能穩(wěn)定浮選作業(yè)，而且有利于提高有用礦物的回收率和品位。

大多數(shù)浮選槽都是通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)控制液位的，手動(dòng)控制閥門(mén)的非線性給系統(tǒng)的分析和控制帶來(lái)了一定困難。此外很多浮選作業(yè)是多槽串聯(lián)的，系統(tǒng)內(nèi)耦合性強(qiáng)，造成的相互影響大。

3 浮選機(jī)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)分析

3.1 浮選機(jī)電機(jī)控制設(shè)計(jì)

浮選機(jī)的電機(jī)啟動(dòng)設(shè)計(jì)目前有兩種啟動(dòng)模式，遠(yuǎn)程啟動(dòng)和短暫?jiǎn)?dòng)。由于大多數(shù)浮選槽的浮選槽使用的功率范圍為160～200 kW，電機(jī)功率較大，可能會(huì)損壞電機(jī)，為了防止電機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生較大的機(jī)械沖擊和電流沖擊，因此在電機(jī)啟動(dòng)階段增加了軟啟動(dòng)器。

3.2 浮選機(jī)的模糊PID控制設(shè)計(jì)

由于浮選過(guò)程的復(fù)雜性和時(shí)變參數(shù)等諸多因素，難以持續(xù)在線監(jiān)測(cè)。對(duì)于浮選來(lái)說(shuō)，浮選的藥劑量、浮選液位、給礦濃度、給礦粒度及給礦的流量等，都會(huì)引起浮選過(guò)程金屬回收率和精礦品位的變化。不過(guò)對(duì)于浮選藥劑量和充氣量等都不是浮選機(jī)所能控制的，因此浮選過(guò)程總是存在著不確定性[7-9]。

因此，為了實(shí)現(xiàn)浮選過(guò)程的準(zhǔn)確控制，確定控制策略以PID為核心，同時(shí)必須將影響浮選工藝過(guò)程的各種變化情況，建立模糊控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理，獲得各控制對(duì)象的模糊推理結(jié)果，反模糊化和PID。形成Fuzzy+PID的模糊閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)浮選過(guò)程的精確控制。

3.3 智能優(yōu)化設(shè)計(jì)

在一般的浮選過(guò)程中，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，輸出不是保持不變，而是在設(shè)定值附近波動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁動(dòng)作，縮短其使用壽命。在此基礎(chǔ)上，作者采用智能優(yōu)化方法在受控對(duì)象達(dá)到穩(wěn)態(tài)后收集數(shù)據(jù)和內(nèi)置優(yōu)化算法。計(jì)算當(dāng)前狀態(tài)下的最佳輸出，然后切換PID以手動(dòng)方式將輸出固定為計(jì)算出的最佳值。為了盡可能延長(zhǎng)電氣系統(tǒng)的使用壽命，避免制動(dòng)器的頻繁操作，以保護(hù)浮選機(jī)的氣動(dòng)制動(dòng)器。

浮選機(jī)液位自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由浮選機(jī)專(zhuān)用液位測(cè)量裝置、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和錐形閥、液位控制器、上位機(jī)以及監(jiān)控系統(tǒng)組成。該自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠控制整個(gè)浮選過(guò)程，并且還能實(shí)現(xiàn)對(duì)多槽浮選作業(yè)的液位、充氣量自動(dòng)調(diào)節(jié)，使浮選流程更穩(wěn)定。

3.4 浮選機(jī)液位檢測(cè)設(shè)計(jì)

在這種設(shè)計(jì)中，可以使用浮子液位和超聲波液位計(jì)進(jìn)行液位檢測(cè)。反光鏡和連桿適用于鈦制設(shè)備。為了提高大型浮選機(jī)的控制精度，調(diào)節(jié)閥閥芯采用梭閥設(shè)計(jì)，流量特性符合線性要求。由于氣動(dòng)執(zhí)行器的調(diào)節(jié)速度較快，因此可實(shí)現(xiàn)正常的液位調(diào)節(jié)。在停電或其他特殊情況下，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都配備手輪用于手動(dòng)控制。

4 結(jié)語(yǔ)

伴著選礦設(shè)備的不斷成長(zhǎng)，浮選機(jī)的自動(dòng)化進(jìn)展擔(dān)負(fù)著選煤行業(yè)成長(zhǎng)的主要職責(zé)，也是選煤行業(yè)朝著現(xiàn)代化、系統(tǒng)化前進(jìn)的主要保證。浮選流程自動(dòng)化的意義在于經(jīng)過(guò)對(duì)浮選參數(shù)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化浮選結(jié)果，節(jié)約浮選藥劑，提高浮選精煤產(chǎn)率。在浮選機(jī)的電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，使用更為成熟的控制技術(shù)可確保浮選機(jī)工作過(guò)程和機(jī)械設(shè)備處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。