料位自動(dòng)檢測(cè)及自動(dòng)調(diào)頻遠(yuǎn)程控制在選礦生產(chǎn)系統(tǒng)尾礦輸送設(shè)備上的應(yīng)用

魏晉平

（甘肅廠(chǎng)壩有色金屬有限責(zé)任公司廠(chǎng)壩鉛鋅礦，甘肅 隴南 742504）

某選礦生產(chǎn)系統(tǒng)尾礦輸送泵采用的是2臺(tái)200ZBD-630型離心式渣漿泵配用250kW變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使用情況為一用一備。在實(shí)際生產(chǎn)使用過(guò)程中，由于原設(shè)計(jì)不完善，2臺(tái)輸送泵均為現(xiàn)場(chǎng)人工通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕（電位器）調(diào)整變頻器輸出頻率控制輸送泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，或者調(diào)整輸送泵進(jìn)料閥門(mén)開(kāi)度來(lái)保持泵池料位的安全區(qū)間。當(dāng)系統(tǒng)作業(yè)量發(fā)生變化時(shí)，就要求根據(jù)生產(chǎn)量的變化進(jìn)行及時(shí)的調(diào)節(jié)，而調(diào)節(jié)不及時(shí)，一方面會(huì)造成泵池料滿(mǎn)外溢，既不利于生產(chǎn)同時(shí)也增加了環(huán)保壓力和操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，另一方面部分操作人員為了避免泵池料滿(mǎn)外溢，始終將電機(jī)運(yùn)行頻率調(diào)至最高（工頻），又會(huì)造成泵池經(jīng)常被抽空，輸送泵出現(xiàn)喘氣震動(dòng)現(xiàn)象，致使輸送泵過(guò)流件及其他支撐傳動(dòng)部件產(chǎn)生不必要的磨損和損壞，且電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于高頻率空轉(zhuǎn)狀態(tài)，造成電能的巨大浪費(fèi)。

1 料位的人工檢測(cè)控制與自動(dòng)檢測(cè)控制原理對(duì)比

人工控制和自動(dòng)控制對(duì)比示意圖如圖1所示。

圖1

從示意圖中可以看出，在人工調(diào)節(jié)控制過(guò)程中，要將泵池的料位保持在合理的區(qū)間，首先操作人員要根據(jù)泵池料位的變化進(jìn)行目視測(cè)量，然后按照操作程序結(jié)合調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，最后觀察調(diào)節(jié)效果，進(jìn)行近一步糾偏調(diào)節(jié)，整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程繁瑣且耗時(shí)較長(zhǎng)，同時(shí)頻繁的調(diào)節(jié)操作極易造成調(diào)節(jié)元器件的損壞失效。若采用檢測(cè)儀表和自動(dòng)控制裝置來(lái)代替人工控制，就成為了一個(gè)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)，在自動(dòng)調(diào)節(jié)控制示意圖中可以看出，被控量（泵池內(nèi)的物料量），通過(guò)料位檢測(cè)變送儀表、自動(dòng)控制器、變頻器、輸送泵電機(jī)等設(shè)備，以電信號(hào)的測(cè)量、傳輸、接收、轉(zhuǎn)換、比較運(yùn)算、控制等過(guò)程，使礦漿輸送泵的轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)得到調(diào)整控制，以克服進(jìn)入泵池物料量變化的影響，使被控變量回到設(shè)定值，最終達(dá)到泵池料位的恒定。這些自動(dòng)控制裝置和被控的設(shè)備組成了一個(gè)沒(méi)有人直接參與的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)組成及控制過(guò)程介紹

基于以上各種弊端以及改造的必要性，結(jié)合繼電控制原理及自動(dòng)控制原理，充分利用當(dāng)前選礦生產(chǎn)流程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中空余的點(diǎn)位對(duì)流程中的2臺(tái)尾礦輸送泵以及泵池料位的控制進(jìn)行自動(dòng)化控制改造，改造控制示意圖如圖2所示。

圖2

首先，給尾礦泵池安裝1臺(tái)兩線(xiàn)制超聲波料位傳感器①（MFU30）,并將料位傳感器①測(cè)量的模擬信號(hào)引入目前生產(chǎn)流程自動(dòng)化控制系統(tǒng)（可編程控制器）PLC②；將2臺(tái)輸送泵電機(jī)④變頻器③的頻率給定、頻率反饋信號(hào)以及開(kāi)停車(chē)、運(yùn)行、故障等信號(hào)通過(guò)控制電纜與生產(chǎn)流程自動(dòng)化控制系統(tǒng)PLC相連接。

然后，在生產(chǎn)流程自動(dòng)化控制系統(tǒng)（可編程控制器）PLC②中，編寫(xiě)料位監(jiān)控程序、變頻控制程序以及料位對(duì)轉(zhuǎn)速的相應(yīng)的控制程序，實(shí)現(xiàn)輸送泵的運(yùn)行頻率與泵池料位的閉環(huán)控制。

最后，在中控室工控機(jī)⑤上編寫(xiě)相應(yīng)的控制組態(tài)畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵池料位及輸送泵電機(jī)④當(dāng)前運(yùn)行頻率變化的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)可以對(duì)輸送泵電機(jī)頻率進(jìn)行遠(yuǎn)程手動(dòng)控制及對(duì)泵池料位自動(dòng)控制參數(shù)的修改，使泵池料位保持在穩(wěn)定狀態(tài)。編寫(xiě)泵池料位報(bào)警監(jiān)控程序以及報(bào)警聲光提示畫(huà)面和報(bào)警裝置，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況以及泵池料位波動(dòng)較大或控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常，泵池料位達(dá)到報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，中控室人員可根據(jù)畫(huà)面監(jiān)控情況做出判斷，及時(shí)通知現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行處置或轉(zhuǎn)為遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，通過(guò)調(diào)速旋鈕（電位器）調(diào)整控制輸送泵轉(zhuǎn)速，使泵池料位維持在安全范圍。

控制過(guò)程：當(dāng)泵池料位出現(xiàn)上升或下降變化時(shí)，料位傳感器①將檢測(cè)到的電信號(hào)傳送入可編程控制器PLC②,可編程控制器PLC②通過(guò)A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入PID調(diào)節(jié)器中按設(shè)定的運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算并經(jīng)過(guò)D/A信號(hào)轉(zhuǎn)換輸出相對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，與工控機(jī)⑤給出的設(shè)定值（即泵池料位的下限值和上限值）比較后得出反饋值。當(dāng)料位傳感器檢測(cè)到的信號(hào)值小于或大于設(shè)定值時(shí)，設(shè)定值與反饋值的差就是PID調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算后即輸出控制信號(hào)給變頻器③，變頻器③得到控制信號(hào)后自動(dòng)調(diào)整輸出頻率下降或上升，改變輸送泵電機(jī)④的轉(zhuǎn)速，從而使泵池料位保持在設(shè)定范圍內(nèi)。當(dāng)料位傳感器檢測(cè)到的信號(hào)值保持在設(shè)定值（下限值和上限值）范圍內(nèi)時(shí)，設(shè)定值與控制變量平衡，PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)為零，變頻器③的輸出頻率保持不變，輸送泵電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，同時(shí)尾礦泵池料位也維持不變。

3 應(yīng)用成效分析

（1）經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行、觀察、統(tǒng)計(jì)，在輸送泵正常工作時(shí)，變頻器只需輸出40～43Hz左右的頻率就能滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要，該項(xiàng)改造的投入使用在節(jié)電方面體現(xiàn)了較好的效果，效果對(duì)比如表1。

表1

從表1可以看出,輸送泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速控制后,在系統(tǒng)正常生產(chǎn)的情況下,其電流、電壓都顯著降低,若以每年330個(gè)工作日計(jì)，年可實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能 506880kW·h，每kW·h電單價(jià)為0.52元，減少電費(fèi)支出約26.36萬(wàn)元，節(jié)能效果顯著。

（2）完全杜絕了泵池被抽空后，輸送泵出現(xiàn)喘氣震動(dòng)而造成輸送泵過(guò)流件、其他支撐傳動(dòng)部件及輸送管路產(chǎn)生不必要的磨損和損壞。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，改造后比改造前輸送使用周期平均延長(zhǎng)了15%左右，每年節(jié)約備件費(fèi)用約5.56萬(wàn)元。

（3）完全替代了繁瑣的人工調(diào)節(jié)控制，優(yōu)化了生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，基本杜絕了泵池料滿(mǎn)外溢的現(xiàn)象，大大降低了環(huán)保壓力以及操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)、改善作業(yè)條件也起到積極的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

節(jié)能降耗、自動(dòng)化已成為行業(yè)主流，也是行業(yè)發(fā)展的主體方向。尾礦輸送泵料位自動(dòng)檢測(cè)及自動(dòng)調(diào)頻遠(yuǎn)程控制改造在某礦的成功使用，所帶來(lái)的效益表明，在類(lèi)似負(fù)荷變化的生產(chǎn)系統(tǒng)中所使用的離心式礦漿輸送泵、風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備均可通過(guò)料位、流量、壓力等的自動(dòng)檢測(cè)及自動(dòng)調(diào)頻控制改造，來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)備性能、降低生產(chǎn)投入、提升效益效率的目的。