2022年鞍千球磨自动化改造方案 .pdf

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1、鞍千矿球磨自动化改造方案辽宁中新自动控制集团有限公司 2010-2-4 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - 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

2、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）：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

3、磨矿质量浓度、水力旋流器给矿压力、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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - 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

4、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

5、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

6、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、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，分别对一段磨矿控名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - 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

7、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

8、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。A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-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

9、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/ 流道刷新一名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - -

10、 - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - 次。B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。C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。D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，

11、而且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。E. 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

12、机内部的球荷充填率进行实时检测, 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。此系统由给矿名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10 页 - - - - -

13、 - - - - 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

14、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。3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。4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，系统按照名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -

15、- - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - 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

16、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。5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。6磨矿浓度在磨矿机系统的闭路磨矿中

17、，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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - 对阀门进行控制。磨矿回路不

18、是单变量对象特性，而是多变量控制问题而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

19、。其控制原理如下：由于球磨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

20、谱、磨机功率、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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - 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 “给矿磨机状态分析给矿”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

21、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检测仪器、仪表，完成上层发出的命令

22、和数据采集。监控功能：现场设备工作状态显示远程启停设备工艺参数趋势曲线、历史数据归档操作记录、事故记录、报警、班、日、月、年数据报表现场设备、仪表远程组态现场设备远程诊断、远程维护名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - 产量显示、历史记录工艺流程运行状态分析根据对设备现场的查看及设备网络结构的分析，本方案需要采用开放性好、通用性强的设备数据通讯接口，使本方案具有一定的拓展性、开放性、无设备及厂商依赖性；借鉴鞍千公司现有

23、的实际生产数据，并且对数据进行分析和整理，在新软件中全部生产数据都需要进行管理，数据量大且重要性高。因此，选用性能高、稳定性强的服务系统为选矿分厂的生产数据进行存储。此生产信息管理系统运行在一个标准、通用的系统平台上，并且具有先进性、实用性、开放性、可靠性、时效性和安全性。整个系统有能力覆盖整个选矿分厂的设备运行、生产数据的采集、分析，有能力为企业管理层提供真实、及时的信息，让管理者对生产中所发生的一切情况都能准确、及时的掌握和跟踪。并准备为企业实施ERP的进一步发展提供及时、准确的生产基础数据。由于目前磨磁工区的自动化硬件除个别方面有所欠缺外已具备形成自控系统的条件，仅需建立一套能够满足生产工艺的自控系统，因此下附项目改造新增主要器件及费用表。序号名称型号数量单价（万）金额（万）厂家1 粒度分析仪PSI300 2 180 360 奥托昆普2 电耳SHZ-7 6 1.5 9 常州宝仪3 工程费用 1 辽宁中新4 合计名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -