鞍千球磨自动化改造方案

1、鞍千矿球磨自动化改造方案F1!一 BM,Tf nr f辽宁中新自动控制集团有限公司2010-2-4磨矿过程是选矿厂的中间工序。矿石经过物理的研磨、分级作用，颗粒由大 变小到一定的程度，才能达到矿石的单体解离或近于单体解离，有利于选别工序 的金属回收和金属富集。因此磨矿过程是影响选矿生产的关键环节，直接制约着 选矿产品质量和金属回收率。此外，磨矿作业能耗占选矿厂整个选矿过程的40% 60%。因此磨矿过程实现自动控制具有重要意义。下图是阶段磨和连续磨的工艺 流程对照（左图为阶段磨，右图为连续磨）：原矿段磨一次分级二次分级弱C。二段磨矿1中磁1 尹塑ni浓缩池强磁J_ I _溢流精选S11ID浓缩池

2、U粗选扫选1:扫选2针对鞍千矿的特点，其工艺流程如左图所示。圆筒矿仓内的粉矿经由圆盘给 料机、给矿皮带，送入一段球磨机内，经过一段闭路的球磨机、旋流器的分别作综A铁精矿综合尾矿用，初步合格的矿石被送入由二段球磨机、水力旋流器组成的二段闭路磨矿系统 继续再磨，粗细分级旋流器的溢流和沉砂被分别送入重选和浮选的选别工序。为 了保证磨矿效率和分级效果，必须在一段磨机入口、一段磨机出口和二段泵池处 分别加入一定流量的清水来确保各个工序的作业浓度。磨矿过程最关键的工艺指标是二段磨矿的旋流器溢流粒度指标。从控制的角 度看，影响磨矿作业的主要因素有一段球磨机给矿量、一段球磨机磨矿质量浓度、 水力旋流器给矿压力

3、、水力旋流器给矿质量浓度等。保持球磨机给矿量稳定，对 稳定产品质量、稳定球磨机磨矿过程都是很重要的因素，同时从经济效益的角度 考虑应保证球磨机的最大处理能力。对于球磨机来说，一个比较合适的磨矿质量 浓度是实现球磨机磨矿效率高低的前提，磨矿浓度的过高或过低都会产生负面的 影响。且溢流浓度的高低将会影响旋流器沉砂的多少和沉砂的质量浓度，从而影 响球磨机的磨矿效率和球磨机的处理量，因此控制旋流器溢流浓度是控制产品质 量好坏、磨矿效率的重要环节。为了保证水力旋流器在生产上的稳定及其产品质 量的稳定，必须控制旋流器的给矿压力，防止产品质量的波动，同时也防止旋流 器给矿泵池被打空或槽满。旋流器的溢流粒度与

4、旋流器的给矿量有一定的关系， 此参数配合旋流器的给矿压力将是控制旋流器分级效率的重要工作参数。以上各 种因素的相互影响，共同作用，决定了磨矿分级作业的好坏。正是从该工艺的生 产技术要求及工艺特点设计了磨矿过程综合自动化系统。该系统关键由磨矿智能优化控制系统和运行过程管理系统两层结构组成。其 中智能优化控制系统采用控制系统集成设计技术和智能控制技术，由磨矿过程智 能优化回路设定系统、一段磨矿回路控制子系统与二段磨矿回路控制子系统组成。 运行过程管理系统包括系统监测、故障诊断、设备管理、生产安全管理、报表生 产与打印等功能模块。智能优化控制系统和运行过程管理系统通过设备网、控制 网、以太网和实时数

5、据库实现两层和各个子系统之间的信息集成，从而实现磨矿 过程的综合自动化。智能优化控制系统实现各设备逻辑连锁控制、回路控制和回路优化设定控制 等功能。逻辑连锁控制主要包括给矿皮带、矿浆泵及水力旋流器给矿变频器组等 设备装置的单机启停操作和全线联起、联停的操作。回路控制主要实现重要工艺 参数的连续稳定控制，并控制在工艺要求范围内。控制回路主要包括一段球磨机 给矿量、球磨机磨矿质量浓度、二段水力旋流器给矿压力、给矿质量浓度的回路 控制，以及矿浆泵泵池液位的前馈控制，保证磨矿过程的稳定、高效生产。磨矿 智能优化控制系统以保证磨矿产品粒度、提高球磨机的磨矿效率和分级设备的分 级效率、提高球磨机的处理量、

6、降低能耗综合生产指标为目标，采用智能协调控 制策略，根据磨矿粒度的目标要求和边界条件等的波动情况，分别对一段磨矿控 制系统和二段磨矿控制系统的基础控制回路的设定值进行在线优化。运行过程管理系统实现运行管理和系统管理功能。从生产过程采集的数据或 由控制系统处理后的数据，传送给过程管理系统，由过程管理系统对其进行监视 和管理。操作员在中控室通过监控画面和多媒体的生产现场实景监控画面，全面 监控磨矿作业的生产状况和设备状况，从而可以实现在软手动工作方式下的生产 操作或在全自动生产方式下实现必要的人工干预。生产与设备的故障诊断系统可 以对球磨机给矿断料、球磨机轴瓦异常、泵池泵异常、变频器异常以及生产波

7、动 异常、工艺参数变化异常等工况做出判断，给出报警信息与操作上的建议。在磨分作业中，有些参数是可测的，有些参数是不可测的，然而通过检测其 它参数，可间接反映或接近这些不可测数。因而目前磨分作业的最佳控制是通过 检测以下参数而实现的：磨机粒度；磨机功耗；旋流器给矿压力；给矿量；返砂 水量；排砂水量；分级溢流粒度；矿浆浓度；磨机音频。磨机粒度检测：选矿生厂过程中，磨矿产品粒度是影响选矿技术经济指标的重要参数之一。 为了保证磨矿作业的产品达到规定的技术经济指标，避免欠磨和过磨，使选矿过 程优质高产、低消耗，发挥最大的经济效益，需要对磨矿粒度进行在线实时检测。 在这个过程中，我们使用奥托昆普“ PSI

8、-300在线粒度分析仪”进行实时监测。 PSI-300粒度仪的测量原理是利用激光衍射分布测量组分，对矿浆进行全粒集分 析，将非电量的矿浆颗粒大小转换成标准的电信号，是一种非接触式测量矿浆粒 度的仪器，从而矿浆黏度、温度、浓度不会对测量带来影响；气泡和片状矿物对 仪器的测量不会造成干扰；整个测量无需除气、脱磁或稀释。这个系统可以将分 析结果发送到工厂的自动化系统，用于实时过程监视和控制。可以选择多种粒度 分布作为输出。而且一天24小时连续不断地运行，只需要很小的维护量。PSI-300 粒度仪具有1，2或3个样流入口，可以根据用户定义的时间间隔，制取没有稀释的 混合样。通过手动，可以对正在测量并纪

9、录的矿浆制取标定样。每秒钟测量大小2 次。对于一个流道，每70秒刷新分析数据一次。对于多流道，每90秒/流道刷新一次。磨机功耗检测：磨机功耗是随磨机负荷而变化的，当负荷增大，磨机功耗也随之增长，当磨 机达到最大功率时，如果负荷继续增加，磨机功耗将急剧下降，通过检测和调整 这个参数，使磨机效率达到最大，同时分析该参数与磨机音频参数，可确定矿石 性质，磨矿介质等情况，进而调节给矿量。旋流器给矿压力检测和调整旋流器给矿压力，可调整旋流器溢流粒度和沉砂粒度，间接调整 分级效率和返砂比。返砂水量、排水水量检测和调整返砂水量、排水水量可间接调整矿浆浓度。矿浆浓度不仅影响磨 机生产能力、产品质量、电耗，而且

10、影响旋流器溢流粒度，从而影响选别效果。 磨矿浓度过低时，磨机中的固体减少，因而减少磨矿介质的有效磨矿作用，磨矿 浓度适当增高，磨矿效率提高，但会降低磨机生产能力（因矿浆流动性变小）和 降低磨矿效率（因降低了介质的冲击和研磨作用），适宜的磨矿浓度由工艺确定。磨机音频频谱分析对磨机内部的球荷充填率进行实时在线检测，有磨机功率检测、音频频谱分 析、压力检测等方法。其中压力检测方法最为可靠，音频频谱分析准确性次之，功 率检测准确度不高，检测范围有限。但是，采用压力检测方法使现场检修和维护 增加难度，而采用音频频谱分析方法使现场检修和维护则容易的多。因此这里采 用音频频谱分析方法在线对磨机内部的球荷充填

11、率进行实时检测，若不能满足现 场需求，再选择压力检测方法，最终实现人工无法准确判断的球荷充填率检测。在磨矿多变量控制系统中，原有的单参数回路控制也要按主要控制量和被控 量成对应原则，针对鞍千矿的特点，总的来说是根据球磨和分级划分为两大闭环 系统，并把相互影响的参数引入这两个闭环中，以满足工艺要求。球磨部分的主 要控制回路有：以被控对象为给矿量为主形成一个大的闭环系统。此系统由给矿 圆盘、给矿皮带、电子秤的小闭环系统和磨矿浓度、给矿水、排矿水的小闭环系 统组成；分级部分的主要控制回路有：以被控对象为旋给泵出口压力为主形成一 个大的闭环系统，对旋给泵变频转速，矿箱液位、补加水阀门开度进行调整，以

12、保证旋给泵出口压力恒定；旋流器溢流粒度和粒度计的整体闭环控制系统的智能 控制部分可以实现就各个小闭环的参数优化，然后实现系统的统一集成实现智能 控制，同时智能控制系统可以自动整理和分类经验数据，为智能控制积累经验数 据，达到智能化。1.皮带秤与圆盘给料速度闭环调节：通过皮带秤测量的单位时间通过的矿石的重量与给定值比较，形成闭环控制， 通过PLC控制圆盘给料机变频器输出。做到一次球磨给矿皮带机给矿量检测与控 制，我们这里采用PID控制方式。框图如下：2.旋给泵泵池液位调节泵池液位自动调节过程：泵池液位通过改变泵池加水量进行PID控制，首先 确定一个标准液位，当液位实际值高于标准液位时，减少泵池加

13、水量，使液位降 至标准液位；当液位实际值低于标准液位时，增加泵池加水量，使液位升至标准 液位。旋流器压力和旋给浓度调节旋流器给矿浓度通过调节旋流器给矿泵的转速进行控制。以工艺要求的旋给 浓度为标准，经闭环控制使旋给浓度维持在标准浓度上。球磨机给矿量调节：矿量控制分为“手动”和“自动”两种模式。在“自动”模式下，系统按照 给矿量设定值，自动调整变频输出值，使实际矿量达到设定值。给矿机的启停分 为“手动选”和“自动选”两种模式，在手动选模式下，由操作者启动和停止给 矿机，转换到“自动选”模式时，系统首先保持“手动选”模式下给矿机的开停 状态，当满足切换条件时，系统停止运转的给矿机，延时后自动选择给

14、矿机并启 动。给矿控制系统有若干台给矿机，工作时根据台时要求自成体系，工变频相搭 配以便于能够给矿稳定，调节响应快速。可根据实际情况自动切换装置的逻辑和 时间判别，保证向磨矿机连续供矿。给矿量的对象特性近似于纯滞后一阶惯性环 节，过程反映较慢，调节器的PID参数必须满足不同纯滞后的要求，才能获得最 佳的过渡过程。给出给矿量的设定值之后，根据矿量变化偏离给定值时产生偏差 信号，经过调节器比例积分，微分运算，改变给矿机的变频输出值，使给矿量回 到或接近给定值，达到自动给矿的目的。球磨入口水调节：磨机入口水即返砂水，有“手动”和“自动”两种工作模式。在“自动”模 式下，系统按照“水量给定值”输入框中

15、的给水量设定值（单位为米3/小时）， 自动调整电动调节阀开度输出值，使实际水量达到设定值。在“连续”控制模式 下，球磨机入口水随给矿量的变化而不停的改变。磨矿浓度在磨矿机系统的闭路磨矿中，磨矿机磨矿浓度的检测是不容易实现的，一般 为了满足工艺要求的磨矿浓度，通常采用前馈控制。系统的主要干扰因素是磨矿 机给矿量（干矿）G，返砂量（干矿）F，可以根据实际取样或者经验公式推导出 水量W与加入磨矿机的矿量有一定的比例关系，简单的来说可以用W=C （G+F） +D C，D为经验值。然后根据计算所得的水量与实际流量计测量值进行比较，采用PID对阀门进行控制。磨矿回路不是单变量对象特性，而是多变量控制问题而

16、且磨矿回路的对象特 性具有非线性、时时变化、有明显滞后的特性。如磨矿机的磨矿效率与负荷关系， 磨机的给矿量与磨矿浓度，补加水与液位，旋流器的溢流浓度和旋流器的压力关 系。所以，磨矿多参数综合控制系统就要考虑磨矿过程中主要参数及其相互间的 影响，并且还要考虑到工艺对磨矿产品质量的要求。所以，简单的恒定给矿难以 满足这些要求，需要对整个的系统进行综合考虑，将各个参数之间的控制多元化， 形成磨矿机组控制系统就是说用多个参数综合控制系统。磨矿分级是选矿的核心，也是选矿诸道工序中自控程度最高的工序，国内外 都已有一批较为合适的控制算法，因而磨矿分级中采用模糊+PID的控制算法。其 控制原理如下：由于球磨

17、机磨矿过程的复杂性和参数的时变性及大滞后特性，无法定量地判 断磨机的工作状态和矿石的性质，只能定性地或趋势性地判断，这种判断是无法 实现磨机的精确控制的，因此，为了实现磨机的精确控制，将磨机的性能，磨矿 系统的工艺过程，矿石性质的变化等诸多因素与生产实践结合起来，建立模糊控 制规则，进行模糊推理，得出模糊推理结果，反模糊化，与各控制对象的PID控制 相结合，组成Fuzzy+PID的控制策略，从而实现磨机的精确控制。控制的目的是稳 定磨机生产过程，提高磨机的处理量，稳定旋流器溢流粒度，为下一工序作业提 供有利的条件。实际生产过程中，反映磨矿分级状况的参数很多，其中主要包括：磨机频谱、 磨机功率、

18、旋流器沉砂量。在控制实施中，这些参数作为磨机模糊控制器的输入， 而模糊控制器的最后输出是磨机给矿量、给矿水。这些输出值经限幅处理后作为PID控制器的输入，PID控制器的输出指导系统中的执行机构进行调节。经过这种 控制方法得到的控制量是一个连续量。对于磨机给矿过程来说，这种控制方式实现了 “给矿一磨机状态分析一给矿” 这样一种连续控制。系统每时每刻都在分析磨机的工作状态，并根据分析得到的 结果实时给出控制方案。利用现有的控制系统（西门子PLC及传动装置或AB传动装置）,这个系统将过 程控制，顺序控制，位移控制，传动控制集成为一个整体。1）控制系统结构控制系统采取分层式结构。整个控制系统要求分为三层，第一层为信息层， 主要完成集中监控，集中协调控制，集中优化系统。设定输入的操作和下达指令 的操作，系统报警，运行管理及所有工艺参数、设备运行显示、控制过程显示。 第二层为现场控制层（PLC子站），实现数据采集，控制算法的实施，工艺信号的 联锁等功能；第三层为设备层，即各类传动装置、智能传送器、各类接触器、真 空断路器等执行机构和各种