招远河西金矿综合利用情况

1、招远市河西金矿综合利用情况招远市河西金矿，国家大一型企业，位于“中国金都”一一招远 市西北部，南依金华山，北临渤海湾，紧靠烟潍、文三、威乌国家公 路主干线。环境优越，气候宜人，交通便利，发展前景广阔。拥有职 工740人，黄金资源丰富，开采历史悠久。现该矿经过四十余年发展， 主营金原矿采掘、选矿产品及黄金冶炼，取得了辉煌的成绩。目前我 矿拥有173名各专业技术人员，其中具有高中级职称的技术人员 76人， 企业生产稳定，发展后劲十足。2014年，河西金矿选矿厂生产规模为 920t/d,黄金尾矿产生量30 万吨，黄金尾矿综合利用量18万吨，利用率为60%,尾矿主要用于井 下充填。河西金矿于2014年

2、对充填站进行了改造，具体方案如下：充填站改造自动化控制系统设计方案6.1 项目总述6.1.1 工艺流程河西金矿充填站充填能力为 80m3/h,设置3座砂仓，有效容积为1800m3;灰仓2座，有效容积为30m3 o选厂生产过程产生的尾砂经泵输送至尾砂仓，砂仓尾砂自然沉淀形成高浓度 尾砂。在充填前，将砂仓内的饱和沉淀砂通过砂仓底部喷嘴用造浆水进行松动造 浆，并冲洗充填管路，再进行充填作业。砂浆通过管道放砂至搅拌桶，灰仓内胶 结料经灰仓底部的叶轮给料机，按充填强度的配比要求给至搅拌桶，经充分搅拌混合后，形成高浓度充填料浆，经过充填管道回填到地下充填区。O砂仓砂仓理工航需末本T7一a.：. ril-l

3、生I!女g#UKMA 廿同I比2加卜i18.511M fit冲骤 3. Si*口工电型日耳1丁口手可附二用节水F*yll*yl圭图6.1河西金矿充填站工艺流程图6.1.2 设计范围该项目设计范围主要包括：砂浆制备、浓度、流量控制系统、物位测控系统、 灰砂比及胶结料下料控制系统、充填浓度和流量控制系统、启停车顺序控制及联 锁保护控制系统。具体包括各电气设备的自动化控制、过程参数的检测及分析、 工艺流程的优化控制以及 PLC控制器的设计和网络通讯、设备集成等内容。6.1.3 控制目标通过自动化控制系统的改造，实现生产过程的自动化、控制智能化。具体控制标有：1）在控制室完成全部生产过程集中控制，由计

4、算机代替人工对生产设备和工 艺过程的在线操作和监控。2）实施稳定化和智能化控制，重点稳定充填浓度，提高充填效率，稳定充填效 果，节能降耗。3）通过对设备状态监测与设备安全管理，达到保障设备安全、减少故障停机时 问和提高设备作业率的目的。4）设备管理功能：形成流量、灰量、浓度等统计报表，便于生产管理。5）通过使用自动化，减轻劳动强度，减少环境污染，改善作业环境。6.1.4 系统操作方式1）控制系统具有两种相对独立、互为备用的控制方法：远程上位机控制和本地 手动控制。远程上位机控制又包括顺序自动控制和设备单台控制。远程上位机设 置两台，互为备用。2）远程控制是采用上位机自动控制操作方式即可实现所有

5、操作和工艺参数调节。3）本地手动操作是由岗位工在现场控制箱上将转换开关打至“手动”位置来操作完成的。4）上位机组态画面与现场设备相对应，显示过程变量和设备状态的生产流程 图，操作人员通过计算机可方便地对生产过程进行操作和监控。5）报警功能：现场设备、PLC出现故障或变量超出预警值时，屏幕会弹出报 警画面或故障设备参数，并伴有报警提示操作人员予以处理。6）显示变量趋势图（实时趋势和历史曲线），并具有历史数据回顾和储存功能， 方便查询和数据分析。6.2 详细控制方案6.2.1 检测与控制项目针对河西金矿充填站的工艺流程，自动化控制系统所设计的检测与控制点有：1）砂仓料位检测；2）上、下圈造浆水电动

6、调节阀门控制；3）充填料浆调浓水电动调节阀门控制；4）砂浆浓度检测、流量检测；5）搅拌桶液位检测与控制；6）充填流量、浓度控制；7）灰仓料位检测；8）胶结料下料量控制；6.2.2 控制回路及主要实现功能为了实现充填自动化的实施效果，将整个控制系统划分为若干个子控制回路, 分别针对每个子控制回路进行有效的开环或闭环控制，确保达到各子回路的控制 效果，然后再在此基础上进行整体的协调和优化，以提高充填效率，保证充填效 果。控制子回路主要包括：1）启停车顺序联锁控制；2）砂浆造浆控制；3）充填料浆浓度控制；4）充填料浆流量控制；5）搅拌桶液位控制；6）胶结料加料控制；7）参数检测及报警功能；6.2.2

7、.1 启停车顺序联锁控制巡检员在现场巡检，确认各设备没有问题后，即可通知上位机操作员选择当前要运行的设备，选择自动启动时，控制系统会自动完成：启动搅拌电机一启动造砂浆水阀门一启动放砂浆阀门一启动螺旋计量称一启动叶轮给料机 一启动 搅拌桶阀门进行充填作业；当砂仓料位下降到一定位置或者井下操作工通知停止 充填后，要停止充填作业，控制系统会按照工艺设定顺序完成各设备的开关和启 停。6.2.2.2 砂浆造浆控制选择好要造浆的砂仓打开对应的上、下圈造浆水电动调节阀，延时一定时间 后，造浆完成，控制系统自动关闭相应电动调节阀。延时时间在进行程序调试时， 根据工艺要求可进行手动更改和设定。造浆完成后打开放砂

8、浆阀门放砂浆。6.2.2.3 充填料浆浓度控制在充填搅拌过程中对搅拌生成的料浆浓度进行控制是为了确保充填体的质量 并能使充填作业顺利进行。从充填机理来看，料浆浓度高，充填体质量也高，料 浆浓度低，充填体质量就难以保证。在河西金矿充填站，采用的是无动力管道自 流输送，而过高的料浆浓度又极易造成堵管。按工艺设计，充填料浆浓度的给定 在65% 70%。充填料浆浓度控制回路原理图如图 6.2所示。浓度水量浓度设定值喉T *程序:一控制器图6.2砂浆浓度控制原理图料浆浓度控制回路采用审级双闭环控制，外闭环回路由浓度给定值和检测值 组成，根据偏差和控制算法给出内闭环回路即调浓水量的给定值。内闭环回路由 水

9、量设定值和检测值组成，利用 PID控制算法，实现电动阀门开度大小的自动调 节。审级双闭环控制方式相比单闭环控制能够有效的抑制干扰信号，内环能够及 时地对干扰信号进行消除，比如，在稳定运行状态下，当水压发生变化引起水流 量变化时，内环闭环回路能够及时的调整电动阀门开度，抑制水流量的变化，从 而保证浓度的稳定，大大提高调节的及时性。6.2.2.4 充填料浆流量控制在充填料浆输送过程中如果流量变化大，输送管道可能会剧烈摆动，极容易发生管道爆管，因此为保证充填作业的正常进行，有必要将充填料浆流量稳定在一定范围内。充填料浆流量控制原理图如图6.3所示。料浆流量料浆流量图6.3砂浆流量控制原理图6.2.2

10、.5 搅拌桶液位控制在充填搅拌系统中，控制搅拌桶液位的目的一是保证各种充填物料在搅拌桶内有足够的搅拌时间进而使搅拌均匀，二是保证料浆输送管道有一个固定压头，使搅拌成的料浆在管道输送中平稳，防止堵管。在河西金矿充填生产过程中，料浆采用无动力管道自流输送，如果在充填搅拌过程中压头太低即搅拌桶液位低，就会发生堵管使生产无法正常进行。如果在充填搅拌过程中搅拌桶的液位变化很大，就会导致在料浆输送过程中流量变化大，输送管道就会剧烈摆动，极容易发生管道爆管。因此为保证充填作业的正常进行，有必要将搅拌桶液位稳定在一定范围内。影响搅拌桶液位的量有砂浆流量（进料）、充填料浆流量（出料）、胶结料进料量以及调浓水流量

11、，考虑到胶结料的进料量与干砂量成比例关系，调浓水流量由充填料浆浓度控制，所以搅拌桶液位控制可按砂浆流量与充填料浆流量两个因素考虑，采用液位与进、出料审级控制。搅拌桶液位控制原理如图6.4所示。图6.4搅拌桶液位控制原理图6.2.2.6 胶结料加料控制在砂仓底部放砂管道上安装矿浆流量计和超声波浓度计，将砂浆流量和浓度 检测出来，然后将信号送到 PLC系统中，利用运算公式，将尾砂干量实时计算 出来，砂浆中的尾砂干量由下列方程式计算。由砂浆浓度：D=Rt*(Rm-1)/ (Rm*(Rt-1)得出浆中的干砂量：Qt=Rt*(Rm-1)*Qv /(Rt-1)式中：Rt一尾砂密度，(t/m3)Rm一尾砂浆

12、密度，(t/m3)Qv尾砂浆的体积流量，(m3h)。控制系统计算出尾砂干量后，将这一运算值作为添加胶结料的比值控制回路 做给定值，尾砂与胶结料的比值控制的系统见图6.5所示。6.2.2.7 参数检测与报警功能1)叶轮给料机下胶结料量自动判断与报警，把胶结料计量信号与叶轮给料机 的频率信号进行比较分析，判断是否发生异常，及时报警提示。比如：若叶轮给 料机频率很高，但胶结料计量检测值很少，则出现异常。2)对流程中的砂仓料位、灰仓料位、搅拌桶液位等料位进行检测与报警，并 与相关设备进行联锁，杜绝冒料现象发生。3)设置报警指示器，当发生故障时，启动声光报警指示，提示操作人员。图6.5胶结料添加量控制原

13、理图6.2.2.8 其它设计1）根据生产需要，控制系统软件开发出各种生产报表，包括：计量日月年报表、 各设备运转率报表、设备故障报表等，提供查询和打印功能，为企业生产管理提 供有利基础数据。2）上位机监控操作电脑画面制作精美形象，各设备运行状态以及各种数据参数 一目了然，使相关人员能够快速掌握当前生产状态，并有利于集中调度和指挥， 为生产提供有利辅助作用。6.3 PLC控制系统配置设计6.3.1 PLC控制器配置整个充填站自动控制系统采用一套主站 PLC控制系统。方案：CPU不冗余，选用西门子CPU313C-2 DP模块来完成所有程序的执行操作员站上位机与 PLC过程控制层之间采用以太网方式通

14、信，配备工业型 以太网交换机。I/O信号采集模块选用： 开关量输入模块选用8DI , DC24 V ; 开关量输出模块选用16DO , DC24V,继电器隔离； 模拟量输入模块选用8AI, 13位精度；隔离器进行信号隔离； 模拟量输出模块选用8AO ;6.3.2 集中控制室设计(1)操作台：放置操作员电脑和工程师电脑，供操作员操作和工程师维护使用。(2) 1台操作员站，1台工程师站，工程师站也兼做操作员站使用，互为冗 余备用，提高系统的可靠性。(3)工程师站与操作员站通过网络交换机与主站CPU进行通讯，网络交换机放置在 CPU主站柜中。6.3.3 现场仪表箱设计为了提高系统的可靠性和操作备用性

15、，除了设置上位机电脑操作外，还在现 场设备集中区域设置仪表柜或仪表箱，在柜或箱上安装数显表和手操器，可以查 看工艺参数，同时当出现意外情况时，可以现场手动干预调节。设置在充填站搅拌区域和高压水阀门处设置仪表柜或仪表箱，以实现上述功能。6.3.4 供电设计为保证整套系统用电的可靠性，设计供电电源取自变电所后，经隔离变压器和UPS电源隔离净化后， 再给PLC柜、现场仪表进行供电。设计1台配电柜（内含隔离变压器、断路器等），1台UPS主机放置在 操作台中6.4视频监控系统设计监控系统可使操作人员及时了解生产情况，掌握各主要生产设备的使用状态， 对于处理突发事件及自动化控制系统的操作提供可靠依据，有效

16、地保护充填站主 要设备和现场人员的安全。此次方案设计根据该项目的总体需求，系统采用网络 化的视频监控解决方案，利用高清晰度摄像机、专业的视频主机、网络硬盘录像 机及网络设备来构建视频监控系统。6.4.1 系统构成一个完整的视频监控系统，包括成像、采集、编码、传输、管理、显示、存储等各个组成部分。此方案采用网络数字监控方案，监控系统架构如图 6.6所示图6.6监控系统架构图(1)摄像部分(视频采集)摄像部分是监控系统的前沿部分，安装在监视现场，包括摄像机、支架等。作用 是对监视区域进行视频采集并将视频信号通过传输线路传送到局域网，网内用户 可随意调用查看。此方案采用网络高清摄像机，保证画面的绝对

17、清晰。(2)传输部分前端信号采集通过网线传入硬盘录像机，以保证信号传输的质量与速度，有 效减少信号干扰。(3)控制与存储网络视频监控系统以中心管理软件和存储管理软件为核心，实现了基于网络 的点对点的远程实时现场监视、录像等功能。采用机架式管理平台服务器，充分 保系统的稳定高速。本方案中现场的视频信号由网线传至监控室的网络硬盘录相 机集中存储，设计录相存储时间一个月，网内用户只要拥有相应权限即可随意调 用查看查看历史记录。(4)显示部分在网络中的任意一台计算机，安装了客户端的软件，就可成为监控工作站。网络视频监控系统支持多人同时监控(或多监控中心)、跨区域分级监控，拥有高 质量的视频图像、强大的

18、用户管理功能、系统的兼容性、方便的可扩展性等众多 优点。6.4.2 监控点设置摄像机分别安装在主要设备、重要位置处，现场摄像机接入硬盘录相机集中 存储，摄像机的电源由中控室统一供给。详细分布见表6.1 o表6.1摄像机分布表厅P监控点名称点数前端设备11#砂仓顶1固定枪机22#砂仓顶1固定枪机33#砂仓顶1固定枪机4砂浆浓度观察窗口1固定枪机5充填料浆观察窗口1固定枪机6尾砂泵房2固定枪机7备用1固定枪机总计86.4.3方案特点1）网络化监控网络化监控系统，可以轻松构建视频监控系统，在网络中的每一台计算机、智能手机，只要安装了客户端的软件，给予相应的权限就可成为监控工作站。2）组网简单系统主要

19、通过网线实现监控点接入系统，组网简便、灵活，任一监控点均可 采用就近接入的方式接入网络，构成系统；与传统的系统相比，不再需要布设大 量的视频线、控制线等诸多线路，综合布线的成本降低。3）系统扩展方便若今后摄像机数量增加，只需用网线连接至附近交换即可，系统扩展方便。在设计时，对于存储和管理设备考虑了一定的扩展裕量。4）简单易用系统操作使用简单，易于上手；支持控制键盘、鼠标、 WEB等多种操作方式，为不同类型的使用者提供称心的使用方法。6.5系统说明6.5.1 系统可靠性整个控制系统在可靠性方面作了大量的工作，控制系统可以适应现场湿度、 温度、电网、噪声、震动等因素的变化，控制系统充填流程显示直观

20、，工艺常数 操作方便，运行稳定、可靠。控制系统与现场设备的模拟量输入、开关量输出均实现隔离，降低了系统在 出现故障时崩溃的可能，提高了系统的可靠性。整个控制系统采用二级信号传输 保护，现场模拟量信号输入经过隔离模块直接输出到控制系统核心一PLC,在现场检测仪表短路的情况下，保护了控系统核心，降低了系统的风险；控制系统模 拟量输出通过转换后控制现场执行仪器。仪表及控制系统的可靠性直接影响到生产装置安全、稳定的运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。该方案在进行设计时针对现场电磁 干扰和兼容问题，从抗干扰措施、抗干扰设计和接地系统设计等方面进行了充分 考虑。6.5.2 系统干扰设计干

21、扰的形成是因为有干扰源的存在，干扰仪表及控制系统的干扰源主要来自 以下几个方面：1）来自空间的辐射干扰空间的辐射电磁干（EMI）主要是由电力网络和电气设备的暂态过程、雷电、 无线电广播、雷达和通信产生的，一般通过设置电缆和计算机局部屏蔽及高压泄 放元件（限幅器等）进行保护。2）来自系统引线的干扰主要包括：来自电源的干、来自信号线引入的干、来自接地系统混乱时的干、 来自计算机系统内部的干、仪表供电线路引入干。针对上述干，常采取的抗干扰措施有：1）隔离：一是可靠的绝缘，保证导线间不会产生漏电流；二是合理配线，要 求信号线尽量避开干扰源，例如当动力线和信号线平行敷设时，两者必须保持一 定的间距，两者

22、交叉时要尽可能垂直，导线穿管敷设时，电源线和信号线应在不同的导线管内。2）屏蔽：是用金属导体把被屏蔽的元件、组合件、电路及信号线包围起来。这种方法对抑制电容性噪声耦合特别有效。3）绞线：用双绞线代替两根平行导线是抑制磁场干的一种行之有效的方法。 对于低电平的信号线，周围环境有磁场干扰源存在，采用这种类型的导线能起到 很好的抑制作用。4）通过电源线引入的干扰可用滤波电路抑制， 需要时，对于仪表电源可以加 隔离变压器，以隔断和电力系统的电的联系。5）雷击保护：架空信号电缆可能直接遭受雷击，将信号线穿在接地的金属导 线管内或者敷设在接地的封闭的金属汇线槽内， 可得到良好的屏蔽。止匕外，对于 多芯电缆

23、的备用芯线应在一端接地，以防止雷 击时像天线那样感应出高压。针对计算机控制系统， 该方案在进行设计时所采取的抗干扰要求有：1）采用性能优良的隔离电源，抑制电网引入的干。另外，采用不间断电源（UPS）对计算机、变送器和检测仪表系统供电，保证电网馈电中断时不间断连 续供电，提高供电安全可靠性，并具有较强的干扰隔离性能。2）正确选择接地点，完善接地系统。全系统采用统一的接地网，工业计算机 系统的接地网与现场电气接地网共用，所有需要接地的点应通过接地线与接地网牢固连接，且连接应尽量靠近。3）信号屏蔽层的接地必须保证单点接地。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧 接地；不接地时，应在计算机侧接地。信号线中间有

24、接头时，屏蔽层应牢固连接 并进行绝缘处理，一定要避免多点接地。4）在计算机系统的软件设计和系统组态时，还必须在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的安全可靠性。如：数字滤波方法；软件冗余，设置当前 输出状态的失常和冲程；设置软件陷阱，在非程序区采取拦截措施（重启动或自 复位命令），可有效防止程序“跑飞”等。5）设备选型。 首先应选择具有较高抗干扰能力的产品和计算机控制系统， 在进行选型时，应了解生产厂给出的抗干扰指标，如共模抑制比、差模抑制比、 耐压能力，允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作。6.5.3 接地系统的设计6.5.3.1 接地的作用按照接地的不同作用，有工作接地和保护

25、接地之分。（1） 保护接地：保护设备和人身安全。具体做法是将电气设备、用电仪表正常 情况下不带电的金属部分与接地体之间做良好的金属连接。在设计时要求工业计 算机机柜和仪表盘及底座、用电仪表外壳、配电箱、接线盒、汇线槽、导线管及 铠装电缆的铠装护层等用金属接地线铜接地体做牢固的连接，以保证良好的接地。（2） 工作接地：保证仪表精确、可靠地正常工作，包括信号回路接地、屏蔽接地和仪表接地。在仪表系统中要做屏蔽接地的有：导线的屏蔽层、排线；仪表上的屏蔽接地端子；未作保护接地而起屏蔽作用的金属导线管、金属汇线槽及金属 仪表外壳。6.5.3.2 接地系统的设计1 .工作接地的原则：单点接地由于地电位差的存

26、在，如果出现一个以上的接地点就会形成地回路，使仪表引入干，所以同一信号回路、同一屏蔽层或排线只能有一个接地点，不能有一个以上的接地点，除了既定接地意外，其他部位应与一切金属构件绝缘。信号回路的接地位置根据仪表类型决定。电磁流量计等均在现场接地。电动型仪表的信号公共线、屏蔽排线等在控制室侧接地。但根据抗干的原理，屏蔽排扰线的接地应在信号回路接地的同一侧。2 .接地体的设置据设计规范和实践经验，仪表系统的接地一般情况下宜和电力系统的接地体共用，但下列几种情况推荐单独设置接地体：1）需要单独设置的DCS或计算机系统；2）电气系统接地网接地电阻不能满足仪表系统接地的要求时；3） 土壤电阻率高，接地电阻

27、不能达到设计值的场所， 例如砂地、岩石或干燥 地区；4）周围环境存在严重的电磁干扰；5）控制室与电力系统接地体距离较远时，若共用接地体，会使接地线过长， 给施工维护带来不便;1.1.1 阻计算机控制系统的接地电阻值，一般不超过1Q,与电力系统共用接地体时， 接地电阻取两者中的较小者。接地连线使用多股铜芯绝缘电线或电缆，不允许再用裸导线或钢材，这对保 证接地系统的质量，提高接地连线的连续性和可靠性有较大的好处。仪表柜、控制柜上需要接地的仪表，应连接到接地端子或接地汇流排。接地 汇流排宜采用25mm X 6mm 的铜条，应设置绝缘支架支撑。6.5.4 设备安装及接线(1)电气元件布置合理，固定牢固

28、，并能单独更换，不影响其它电气元件及导 线束。(2)控制系统机架安装位置符合人体工程学操作要求，I/O引线长度适当，便于观察和拆卸模件。工作接地和保护接地分别设置。机架设置间距宽敞，满足自 然散热要求。(3)接线端子配有标记号、标记座，寻线清晰、易查。(4)按设计施工，接线准确，牢固可靠。导线采用BVR -500V等铜芯电线,I/O模件等可动部位采用多股软线，留有余度。柜内导线无损伤，无接头。(5)2.5mm2以下的软线压接相应端头后，接入端子板，每个端子接入导线不 超过两根。(6)导线的端头采用白色塑料管打印线号，字迹清晰准确，光亮耐磨不掉色。 导线均采用塑料线槽布线。I/O模件的备用回路均接线，端子排留有 20%的空余端子。(8)开关量输入的公共端接线端子配备为保险端子。6.5.5 报表系统设计与应用目前，工业自动化控制工程中一般采用组态软件设计构成人机界面系统，主 要完成数据通讯、显示控制及趋势、报警等常规的程式化功能。报表运行：根据客户需要