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0、引言
    鞍山鋼鐵集團(tuán)公司調(diào)軍臺(tái)選礦廠磨磁車間對(duì)原有磨磁系統(tǒng)進(jìn)行了工藝改造，將原系統(tǒng)的連續(xù)磨選工藝改造為階段磨選工藝，在一次磨礦完成后，將符合產(chǎn)品要求的精礦進(jìn)行磁選分離，直接形成成品，剩余部分礦料進(jìn)入二次球磨機(jī)進(jìn)行二次磨礦。工藝改進(jìn)后生產(chǎn)效率大幅提高，在原系統(tǒng)6臺(tái)球磨機(jī)的基礎(chǔ)上，僅增加兩臺(tái)球磨機(jī)的條件下，由原來年產(chǎn)精礦300萬t提高到480萬t，產(chǎn)量提高60%。由于生產(chǎn)工藝的變化，原有的磨磁自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)完全不能滿足生產(chǎn)控制要求，為此，針對(duì)新的磨選工藝對(duì)整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了全新的設(shè)計(jì)，應(yīng)用先進(jìn)的控制系統(tǒng)搭建了硬件平臺(tái)，使整個(gè)磨磁車間實(shí)現(xiàn)了全流程自動(dòng)化控制。整套自動(dòng)化控制系統(tǒng)于2008年5月投入運(yùn)行，工作狀態(tài)平穩(wěn)，使用效果良好。
1、磨磁自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能
1.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    控制系統(tǒng)采取分布式結(jié)構(gòu)。整個(gè)控制系統(tǒng)要求分為三層：第一層為信息層，主要完成集中監(jiān)控，集中協(xié)調(diào)控制，集中優(yōu)化系統(tǒng)。設(shè)定輸入和下達(dá)指令的操作，系統(tǒng)報(bào)警，運(yùn)行管理及所有工藝參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行顯示、控制過程顯示；第二層為現(xiàn)場控制層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，控制算法的實(shí)施，工藝信號(hào)的聯(lián)鎖，生產(chǎn)過程及設(shè)備安全保護(hù)等功能；第三層為設(shè)備層，即各類智能傳送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和各種檢測儀表，完成上層發(fā)出的命令和數(shù)據(jù)采集，富通新能源銷售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。
1.2控制系統(tǒng)功能
    根據(jù)工藝流程的特點(diǎn)，選礦廠綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)建一個(gè)主控制站（廠級(jí)）和6個(gè)分站（車間級(jí)）。主控制站設(shè)有操作員站、工程師站、歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等，它負(fù)責(zé)全廠的調(diào)度、指揮和整個(gè)控制系統(tǒng)的調(diào)整與更新，可進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)記錄、顯示、打印和統(tǒng)計(jì)報(bào)表等工作。6個(gè)分站分別為破碎、磨磁、浮選、輸送、藥劑和過濾控制站，每個(gè)分站均可獨(dú)立控制，分站之間采用高速網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)資源共享、數(shù)據(jù)通訊，各自對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測、記錄、報(bào)警及生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)處理。
2、磨磁系統(tǒng)控制原理
2.1泵池液位控制
    在磨磁系統(tǒng)中泵池液位控制是非常重要的環(huán)節(jié)之一，包括旋給泵、弱磁和污水泵池液位控制等。為防止泵池溢流或抽干，要求液位在生產(chǎn)過程中保持在適當(dāng)位置，自動(dòng)調(diào)節(jié)過程可采取兩種手段，閉環(huán)連續(xù)調(diào)節(jié)或階段比例調(diào)節(jié)。
2.2球磨機(jī)給礦量控制
    控制系統(tǒng)按照生產(chǎn)要求臺(tái)時(shí)設(shè)定給礦量，自動(dòng)調(diào)整變頻輸出值及增減給礦機(jī)投運(yùn)臺(tái)數(shù)，使實(shí)際礦量達(dá)到設(shè)定值。給礦機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)的啟停分為手動(dòng)和自動(dòng)選兩種模式，在手動(dòng)選模式下，由操作者啟動(dòng)和停止給礦系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換到自動(dòng)選模式時(shí)，當(dāng)滿足切換條件時(shí)，延時(shí)后自動(dòng)選擇給礦系統(tǒng)并啟動(dòng)，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果實(shí)時(shí)對(duì)給礦量進(jìn)行控制。
    要大幅度提高磨機(jī)處理量、控制溢流粒度滿足要求，必須保證球磨機(jī)始終保持在磨礦效率較高的運(yùn)行狀態(tài)。需要對(duì)磨機(jī)功率充分考慮，磨機(jī)功率隨磨機(jī)負(fù)荷變化，當(dāng)負(fù)荷增大，磨機(jī)功率也隨之增大，當(dāng)?shù)竭_(dá)磨機(jī)最大功率時(shí)，如果負(fù)荷繼續(xù)增大，磨機(jī)的輸出功率將急劇下降，所以可將磨機(jī)功率控制在處于上升階段并接近最大功率，使磨機(jī)的利用率達(dá)到最大。系統(tǒng)通過對(duì)功率進(jìn)行對(duì)比分析確定礦石性質(zhì)、球荷等外部情況。當(dāng)?shù)V石粒度均勻、硬度變小、加球適當(dāng)時(shí)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)臺(tái)時(shí)處理量高于常規(guī)值，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋優(yōu)給礦。
給礦系統(tǒng)有若干臺(tái)給礦機(jī)，工作時(shí)根據(jù)臺(tái)時(shí)要求自成體系，工變頻相搭配以便于能夠給礦穩(wěn)定，調(diào)節(jié)響應(yīng)快速。可根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)切換裝置的邏輯和時(shí)間判別，保證向磨礦機(jī)連續(xù)供礦。給礦量的對(duì)象特性近似于純滯后一階慣性環(huán)節(jié)，過程反映較慢，調(diào)節(jié)器的參數(shù)必須滿足不同純滯后的要求，才能獲得最佳的過渡過程。給出給礦量的設(shè)定值后，根據(jù)礦量變化偏離給定值時(shí)產(chǎn)生偏差信號(hào)，經(jīng)過調(diào)器比例積分、微分運(yùn)算，改變給礦機(jī)的變頻輸出值和投運(yùn)給礦機(jī)數(shù)量，使給礦量快速達(dá)到或接近給定值，達(dá)到自動(dòng)給礦的目的（如圖1）。
2.3球磨機(jī)入口水量控制
    磨機(jī)人口水即返砂水，系統(tǒng)按照水量給定值，自動(dòng)調(diào)整電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度輸出值，使實(shí)際水量達(dá)到設(shè)定值。球磨機(jī)人口水隨給礦量的變化而改變。
    在磨礦機(jī)系統(tǒng)的閉路磨礦中，磨礦濃度的檢測難度較大，為了滿足工藝要求的磨礦濃度，采用前饋控制。系統(tǒng)的主要干擾因素是磨礦機(jī)給礦量(干礦)G，返砂量（干礦）F，可根據(jù)實(shí)際取樣或經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)出水量Ⅳ與加入磨礦機(jī)的礦量有一定的比例關(guān)系，可用w-c×(G+F)+D，其中C、D為經(jīng)驗(yàn)值。根據(jù)計(jì)算所得的水量與實(shí)際流量計(jì)測量值進(jìn)行比較，采用PID控制器最終對(duì)閥門動(dòng)作進(jìn)行控制，以達(dá)到最佳補(bǔ)水量（如圖2）。
2.4磨礦濃度控制
    磨礦濃度通常以礦漿中固體物料重量的百分?jǐn)?shù)表示。它不僅影響磨機(jī)生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量、電耗，而且影響溢流粒度，從而影響選別效果。磨礦濃度過低時(shí)，磨機(jī)中的固體減少，因而減少磨礦介質(zhì)的有效磨碎作用。磨礦濃度增高，磨礦效率可能提高，但粗粒易從磨機(jī)中排出，使產(chǎn)品粒度變粗。磨礦濃度過高可能會(huì)降低磨機(jī)生產(chǎn)能力（因礦漿流動(dòng)性變小）和磨礦效率（因降低了介質(zhì)的沖擊和研磨作用）。適宜的磨礦濃度應(yīng)由實(shí)驗(yàn)確定。本系統(tǒng)磨礦濃度采用磨礦多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)。
    磨礦回路不是單變量對(duì)象特性，而是多變量控制問題。而且磨礦回路的對(duì)象特性具有非線性、時(shí)時(shí)變化、明顯滯后的特性。如磨機(jī)的磨礦效率與負(fù)荷關(guān)系、磨機(jī)的給礦量與磨礦濃度關(guān)系、補(bǔ)加水與液位關(guān)系、旋流器的溢流濃度和旋流器的壓力關(guān)系。所以，磨礦多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)要考慮磨礦過程中主要參數(shù)及其相互間的影響，并且還要考慮到工藝對(duì)磨礦產(chǎn)品質(zhì)量的要求。簡單的恒定給礦難以滿足這些要求，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行綜合考慮，將各參數(shù)之間的控制多元化，形成磨礦機(jī)組多個(gè)參數(shù)綜合控制系統(tǒng)。
    在磨礦多變量控制系統(tǒng)中，原有的各單參數(shù)回路控制要按主要控制量和被控制量成對(duì)應(yīng)原則。由磨機(jī)給礦量一磨礦機(jī)負(fù)荷量，磨礦機(jī)給水量一磨礦機(jī)礦漿濃度，旋流器給水量一旋流器溢流濃度：對(duì)參數(shù)構(gòu)成3個(gè)基本回路，并將相互影響的參數(shù)引入3個(gè)基本回路中，以滿足工藝的要求。
    磨礦機(jī)的給礦控制回路是以給礦量和磨礦機(jī)負(fù)荷為被控制量的串級(jí)控制系統(tǒng)，克服給礦量和礦石性質(zhì)變化等干擾影響。磨礦機(jī)負(fù)荷不僅受給礦量影響，而且受礦石性質(zhì)影響。因此在控制系統(tǒng)中應(yīng)將磨機(jī)負(fù)荷作為主環(huán)被控制量，而給礦量需要基本穩(wěn)定，故把給礦量作為副環(huán)被控制量，按照控制原則只有在礦石性質(zhì)變化較大時(shí)才通過主環(huán)改變其設(shè)定值。為此，磨機(jī)負(fù)荷采用非線形控制器算法，引入模糊控制理論·回路隨被控對(duì)象的特性變化以滿足工藝需要。
    磨礦機(jī)給水回路控制是以給水量和給礦量為輸人參數(shù)的比值為定值的控制系統(tǒng)。在給礦量為零時(shí)，要求磨機(jī)人口返砂水的給水量不能為零，因此比值一定值控制較適合實(shí)際情況，其中的比例系數(shù)和定值都可以根據(jù)實(shí)際工藝要求設(shè)定。
    旋流器濃度控制的根本目的是控制溢流粒度。濃度通常采用定值控制系統(tǒng)，但考慮原礦給礦量變化對(duì)溢流體積流量和粒度的影響，可將給礦量變化對(duì)濃度設(shè)定值進(jìn)行修正，構(gòu)成“定值十給礦量比例”的溢流濃度控制。回路中還要引入礦漿流量檢測，修正溢流濃度值使溢流濃度大部分是固定的，小部分為變化的，構(gòu)成雙變量復(fù)合控制，可獲得較好的控制效果。
3、結(jié)語
    此項(xiàng)目依據(jù)“可靠、先進(jìn)、高效、低耗”的原則，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、集中操作、自動(dòng)調(diào)節(jié)、優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)、穩(wěn)質(zhì)、降耗、增效。系統(tǒng)改造后，能為提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能降耗發(fā)揮重要作用，可進(jìn)一步推進(jìn)礦山選礦系統(tǒng)現(xiàn)代化和數(shù)字化管理。