选矿厂设计7 第七章 选矿过程检测与自动控制

第七章

选矿过程检测与自动控制

主要包括两个方面：

1.选矿生产设备的自动控制

2.选矿工艺参数的自动检测与控制

7.1选矿生产设备的自动控制

（选矿厂集中控制）1.选矿厂集中控制的概念将选矿厂生产系统中有联系的生产机械，按照规定的程序在集中控制室内进行起动、停止或事故处理的控制称为选矿厂集中控制。实现途径：集中控制室内设有反映各生产机械工作状况的模拟盘，及装有实现控制功能的各种控制开关的集中控制台。

2.选矿厂集中控制的意义

1）大大缩短起动和停止电动机的时间，提高生产率；如某选矿厂生产系统按单机各自起动，全厂需要30分钟，而集中控制只需几分钟就够了；

2）便于掌握各生产机械的状况，以利于生产调度；

3）有利于及时发现故障和及时处理故障，大大提高了选矿厂生产的安全性。3.选矿厂集中控制的技术要求（5条）

1）起动（起车）顺序原则上采用逆矿流逐台延时起动，延时时间应考虑能躲过前台电机起动时的尖峰电流所存在的时间，一般取3～5s；如果采用顺矿流起动，则可以减少机械的空转时间，从而节约电耗和机械磨损，但必须空载才能避免压矿现象。故而选矿厂多采用逆矿流延时起动。

2）停止（停车）顺序正常时，应顺矿流（若逆矿流，会逐级积压矿量，造成启动困难）逐台延时停车，延时的时间应保证停止台机械上的矿已经全部运转至下台机械（如根据两台设备间距和皮带速度计算设计时间，再于生产调试时具体确定）；遇到故障时，应在最短的时间内全部停止或在现场急停。3）建立严格的联锁（互锁）关系，并能方便的解锁。4）控制方式一般应设有集控和单机就地手动控制（解锁），各种控制方式间应能方便的进行转换。有的选矿厂还设有控制台手动控制方式（采用控制台按钮分别控制但设有连锁），如，设备检修时就需要解锁，对单台设备进行就地控制。

5）设有预告、事故报警及运转显示信号4.选矿厂集中控制的类型

1）接触器-继电器有触点控制系统；

2）无触点逻辑原件控制系统；

3）矩阵式顺序控制器控制系统；

4）采用一位微处理机的一位机集控系统；

5）采用可编程序控制器的PC机集中控制系统。常用的控制系统

1）接触器-继电器有触点控制系统；就是采用中间继电器及时间继电器作为逻辑元件，接触器作为执行元件而构成的集中控制系统。一套较完整的集控系统的电路主要有：

信号电路；控制方式继电器电路；时间继电器电路（起车延时与停车延时）；接触器控制电路

3）矩阵式顺序控制器集中控制系统顺序控制器是实现开关量自动控制的一种自动化装置，顺序控制是指生产过程能够按照工艺要求事先规定的程序，在现场各种输入信号作用下，控制执行机构按照一定的规律实现开关动作。在接触器-继电器控制系统中，“与”、“或”、“非”等控制器逻辑关系是由触点的串联、并联等固定连线来实现；在顺序控制器中，这种逻辑关系则是通过无触点的逻辑组合来实现的，而这种组合又是通过二极管矩阵存储器来实现的，因而，顺序控制器具有以下特点：

a.通用性强适合于单机自动化和自动线等自动控制系统；

b.灵活性强可以很方便的随生产工艺的改变而变更控制程序；

c.结构简单使用的元件数量少，内部配线少，体积小，维修方便；

d.工作原理比较简单只要掌握一些晶体管电路方面的知识，就能掌握顺序控制器的工作原理。5）可编程序控制器(PC----programmablecontroller)

美国GE系列PC简介：主要由电源基架、CPU组件、编程器PRG和输入/输出装置（I/O）组件多块组成。它与微型计算机的区别在于，要求PC能适应各种恶劣的运行环境，因此在PC设计中把提高可靠性、抗干扰能力、与用户设备联接的适应性以及对控制系统的安全性放在首位。

（一）自动检测与控制的必要性可以及时准确地指示选矿过程参数的变化，并将其稳定在适宜的范围内；使设备在最佳的条件下运行，充分发挥其效能；使生产能够快速适应原料和产品质量要求的变化；由于选矿流程的复杂性和滞后性，采用自动控制可以减轻工人和管理者的劳动强度，提高劳动生产率。7.2选矿工艺参数的自动检测与控制检测与自动控制的关联性可以及时准确地获得选矿过程参数；可以及时根据自动检测的结果，准确的对相关变量进行调节和控制。

检测仪表过程参数自动控制系统检测仪表过程参数检测仪表过程参数检测仪表过程参数检测仪表过程参数自动控制系统检测仪表过程参数（二）选矿过程的控制变量及检测仪表矿量皮带秤、定量给料机料位料位计流量流量计液位液位计粒度粒度仪品位品位仪浓度浓度计

粘度粘度计pH值pH计（1）电子皮带秤---用于给料和产品的计量

1）组成部分：秤体、测速传感器、称重传感器、电机、控制柜和显示仪。2）常用的皮带秤---德国SCHENCK(申克)公司研发DEL系列：国内也有类似的系列产品----无托辊，由滚筒直接带动无结头皮带运行。

支撑式采用压力传感器；吊挂式采用拉力传感器ICS系列：采用托辊作为固定装置，最常用的是支撑式，并靠设置多托辊多传感器来增加称重的准确性。

图1带式定量给料机图2多托辊多传感器皮带秤（2）粒度仪

1）激光粒度仪—实验室测定颗粒粒度的主流仪器，目前正逐步应用于在线粒度检测。

原理：当一束光照射一个颗粒时即发生散射现象，颗粒越大，散射角越小，因而不同粒径的粒子散射出的光就会落在接收器的不同的位置上（定性），这个位置上对应的光的强度就是该粒径的相对数量（定量）。

在线的激光粒度仪：英国马尔文、国内的丹东百特、德国新帕泰克等。

例如Insitec在线粒度分析仪由模块化的单元组成，可以自动适应不同的测试要求：对于固态样品和矿浆分别采用不同的采样机构，测量结果反馈给自动控制系统。2）超声波粒度仪—广泛应用于磨矿、浮选、浓缩等作业的粒度检测。

原理：当超声波在颗粒悬浊液中传播时，颗粒对超声产生散射和吸收，致使入射超声波的能量不断衰减。根据衰减与颗粒粒度的关系，可以获得颗粒的粒径大小和分布情况。

主要的产品系列：美国的PSM系列、APS系列、芬兰的PSI系列等。例如，PSM系列由取样和空气分离器、分离器控制箱、样品分析模块、控制和显示模块、水零点标定模块组成。

（3）浓度计

1）悬浮物浓度计—用于矿浆浓度检测

多采用物理方法，即依据颗粒对电磁波的衰减（被不同程度的吸收）和散射作用。

北京天健创新仪表有限公司生产的MLSS型以对红外光的衰减为原理，再由传感器将光信号转化为电信号。

2）液体浓度计—主要用于药剂浓度检测

超声波浓度计：依据超声波在不同密度的介质中传播速度的差异，即先获得传播速度，再反算溶液密度，最后再换算成浓度。

电磁浓度计：以电磁感应原理为基础。在化学溶液中溶液浓度的变化会引起电导率的变化，通过能斯特方程可以计算出浓度和电导率的关系。

浓度电导率的获得感应电压能斯特方程电磁感应原理（4）流量计

检测的物理量流量计体积流量容积腰轮流量计、皮膜式流量计、刮板流量计速度涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计压差均速管流量计、弯管流量计、靶式流量计浮子流量计、楔形流量计、节流流量计质量流量体积由检测的体积流量和密度值计算求得质量热式流量计、科里奥利流量计、冲量式流量计选矿用流量计的选型,需要考虑的问题：1）被测介质的类型

a）被测介质的组成气体？液体？气液两相流？气液固三相流？

b)被测介质的理化性质：粘度、腐蚀性、导电性2）选矿过程单元的工艺条件：温度和压力等3）流量计的安装条件是否存在强烈振动，是否有强磁场（如磁选工艺不能用电磁流量计、磨矿工艺要求流量计具有抗震功能。）4）流量计的技术参数：量程、精度、响应时间、使用寿命等5）流量计的价格（5）工业pH计（酸度计）

pH值是浮选过程的重要参数，有必要进行自动、连续的检测。工作依据是电极电位和原电池，包括参比电极、工作电极、检测变送电路和显示仪表。参比电极和工作电极之间形成一个和被测溶液的氢离子浓度（pH值）有关的电动势，通过检测变送电路转换为pH值。

电极是其关键部件，工业上常用的电极有甘汞电极、银-氯化银电极、玻璃电极、锑电极。（6）品位仪

在选矿过程的自动化中，品位的自动在线检测是较为薄弱的环节，目前大多数选矿厂还是采用人工采样化验（经典的化学分析方法，如滴定、重量分析等）的方法。商业化的品位自动分析仪器也很少。1）在线X射线荧光分析仪原理：利用源X射线照射样品，使样品中的元素受激发射新的X射线（荧光），不同的元素发射的X射线波长和能量不同，即具有不同的特征X射线。检测X射线的波长----可检出是何元素（定性）检测X射线的能量----可得到元素的含量（定量）在线X射线荧光分析仪是在其基础上，附加了配套的自动取样送样装置、样品预处理装置和数据处理显示系统。2）在线测灰仪传统测灰----人工称重后将样品放入马弗炉中燃烧（几个小时），冷却后称重。在线测灰仪----约翰芬雷公司生产原理：用某种射线照射煤样，利用其衰减程度进行矿物质的定量。（7）物位计

物位包括两种：液位（液体在容器中的高度）

料位（固体在料仓中的高度）

物位计的分类检测原理仪表名称直读玻璃管（玻璃板）液位计浮力浮球液位计（恒浮力）、浮筒液位计（变浮力）等静压力压力式物位计、压差式物位计等电容、电阻电极物位计、电容物位计、电磁物位计等电磁波测距雷达物位计（微波）、超声波物位计、核辐射物位计（三）选矿过程及控制设计注意事项1）矿石性质非常复杂多变，因此需要多次反复试验，摸清矿石性质变化的规律，找出适合本厂条件的控制方案；2）选矿过程参数多，多个参数又相互影响，因此，正确地选择被调参数和恰当的控制方案难度就较大；3）选矿过程闭路工作比较多，闭路过程中的循环负荷由于其数量及性质经常变化不定，给整个过程的稳定调节带来很多问题，大大影响了控制环节的交联关系；4）各个作业之间存在滞后性，为了使调节系统有较高的准确度，必须采用比较复杂的调节系统；5）由于检测仪表所处的条件恶劣，如粗颗粒的磨损作用、浮选矿浆的腐蚀、三相泡沫等，使得传感器的精度及灵敏度下降。由于选矿过程是一个及其复杂的物理化学工艺过程，其过程控制及自动化涉及许多领域，因此，需要仪表、自动控制人员与选矿工艺、维护人员之间的紧密配合、共同协作。2017年举几个工艺参数控制的例子。（四）工艺过程自动化的基础知识（1）工艺过程自动控制系统的组成调节器、执行元件、控制对象、测量元件（2）工艺过程自动控制系统的分类

按系统的结构特点分类：

1）反馈控制系统：根据被控量的反馈值与给定值的偏差进行工作的，最后达到消除或减少误差的目的。

2）前馈控制系统：直接根据扰动进行控制工作（没有与给定值的比较），由于不构成闭合回路，故常称作开环控制系统。它无法检查控制的效果，故一般不单独使用，但它具有能针对主要扰动迅速及时控制被控量的优点。

3）复合控制系统：在反馈闭环系统的基础上增加了前馈控制支路，这样对主要扰动的影响可以得到快速响应，又可以确保控制的效果。按给定信号的特点分类

1）定值控制系统运行时系统被控量的给定值不变，不排除有时候根据工艺要求将定值从某一值改变到另一值，但这种改变不是随机或定时进行的，比如浓度、液位、流量、成分。

2）随动控制系统给定值随时间任意变化，它的主要作用是克服一切扰动，是被测量随时跟踪定值。例如浮选系统的加药系统可以是一种随机系统，其被控量（加药量）将随时跟踪给定值（入料矿浆中的干矿量），而入料煤量的流量与浓度是随时变化的，因此给定值也是随机的。

3）程序控制系统：被控量的给定值是按照预订时间程序变化的，如对定时延时起车与停车的控制系统。（五）选矿厂自动化设计工作的内容及步骤第一项：选矿自动化水平的确定对选矿厂的工艺过程进行分析，结合我国的实际情况和设计选矿厂的具体条件和要求，确定所设计选矿厂的自动化水平。（可参考选矿规范及机电规范）水平0－基本传感和末端控制元件；水平1－定值和顺序控制、计算机硬件、分散式控制系统、高级传感器、控制网络；水平2－过程优化、监督和管理控制；水平3－全厂优化；水平4－公司级信息管理。选择自动化水平的依据：1、矿石性质---越复杂、越难选，越需高控制水平；2、考虑设计时自动化仪表的性能和特点第二项：选择被调参数和调节参数被调参数：指在生产过程中应维持在预定的变化幅度以内，否则应通过调节系统对其进行调节的参数。被调参数的正确选择，对稳定生产操作、提高产品质量、增加产品数量以及改善劳动条件，均具有决定意义。如果被调参数选择不当，不管组成什么样的调节系统，不管装配多少仪表，都不能达到预期的调节效果。被调参数选择原则1、尽量选择质量指标作为被调参数；2、当被表征的质量指标变化时，被调参数必须具有足够的灵敏度；3、必须考虑工艺过程的合理性和国内仪表生产的现状。调节参数及调节系统分析各种干扰，研究调节对象特性，正确选择调节参数。选择调节系统，使被调参数保持在给定值。影响调节系统选择的因素：工艺过程及调节对象的特点；扰动的来源及大小；参数的允许偏差范围。第三项：

绘制控制系统图选择被调参数和调节参数组成调节系统；确定所有测量点及安装位置；建立声、光信号系统；建立联锁保护系统。第四项：

仪表的选择仪表形式：指示式、记录式、累积式；安装形式：就地安装、集中安装；仪表选择原则：仪表的性能、原理、使用特点；工艺过程特点；安装地点及安装方式；对仪表精度的要求；仪表的供应情况和使用情况。第五项：

控制室设计

类型：中央集中控制室；各分区集中控制室。应考虑的问题：位置：工艺设备的中心地带；远离振动机械；室内避免可燃、腐蚀、有毒介质；良好的通风、照明和采暖；仪表的要求；仪表盘的形状；操作台。第六项:仪表盘设计就地仪表盘、集中控制仪表盘；结构：柜式仪表盘、屏式仪表盘、框架式仪表盘；仪表盘上应有表示工艺过程和控制点的模拟流程图。第七项：

信号联锁系统设计根据生产规律，设计信号报警系统和联锁保护装置，以及根据生产的要求，选择合适的电气设备，组成一个切实可行的自动保护装置。设计目的：生产过程中一旦工艺参数达到危险值或不允许值时（或出现特殊事故时）进行报警，并自动使生产处于某种安全状态。报警系统类型：不闪光报警系统闪光报警系统联锁保护系统：防止事故发生故障出现时对设备的保护第八项：能源系统设计自动控制仪表最常用的能源：气源、电源气源设计：获得气源的装置；管路传输系统电源设计：为仪表供电；为联锁信号系统供电双电源供电系统安装方式：集中、分散、联合

第九项：

各种仪表的防护在选矿厂自动化设计中，为了维护仪表的正常使用、寿命及一定的灵敏度，应考虑仪表的防护，特别是防震、防腐蚀、防磨损、防粉尘、防热、防爆等。（六）设计过程自动控制系统的注意事项（1）过程自动控制设计与工艺的关系控制设计人员必须熟悉工艺，和工艺设计人员及有经验的工人共同研究，哪些参数是操作中的关键参数必须进行自动控制才能保证质量？哪些参数需要集中测量和记录？哪些参数需要就地测量？哪些参数需要设报警