选矿自动化控制系统与流程设计 |
| 2012-08-04 13:54 作者：张绵慧 薛向军 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网8月4日消息 《硅谷》杂志2012年第12期刊文称,黄金生产的主要可分为采、选、氰、冶四个工艺过程，选矿生产是将矿石中金元素分解成单体，从而与其他物质分离出来，选矿技术指标的好坏，成本的高低，直接影响黄金矿山资源的利用。采用先进的自动化控制技术可以合理的控制选矿工艺中的参数，可根据工艺流程中矿浆浓度、流量、压力等参数准确的控制加料和加药的数量，同时采用自动化技术可以大大工作环境，减轻工人的劳动强度，减少部分操作工人。
1自动化方案的设计目标：
实施生产过程自动控制，通过计算机代替人工对生产设备和工艺过程的在线操作和监控，从而优化操作人员岗位，减轻岗位人员劳动强度，达到减员增效目的，同时通过设备远程监测与设备安全管理，达到保障生产设备安全、减少故障停机时间，提高设备运转率。
实施生产过程稳定化控制，稳定各阶段作业指标，提高生产效率和产品质量，降低消耗。
实现生产管理数字化，一是建立全厂数据库系统，实现各种生产专用报表的定制生成和部门之间网络发布；二是建立功能齐全的视频监控系统，对精炼流程进行全方位、多角度的实时图像监控。
2DCS控制系统
DCS控制系统用于实现全厂的流程和设备监控、远程操作、数据集成归档和网络发布。
2.1系统概况
自动化系统为3+2网络结构：三层设备、两层网络。
三层设备包括：
执行层：现场设备（传感器、执行器、分析仪、机电一体化大型设备的PLC智能接口等）。
控制层：控制设备（PLC、控制器等）。
管理层：操作设备（操作站、数据库服务器）。
两层网络包括：
控制网：现场设备与控制设备之间的通信连接。
监控网：控制设备与操作设备之间的通信连接。
2.2DCS系统设计
精炼厂的DCS系统包括三层，即车间设备层，控制中心层，信息管理层。
1）车间设备层：主要责任是采集数据，包括所有生产设备和在线检测分析仪表、执行机构等。通过分布式IO数据采集站将所有设备状态数据和过程数据都读入到控制系统中。
2）控制中心层：主要责任控制和操作。实时控制和动态计算由PLC站完成。
所有来自IO站的数据经过总线网络连入PLC站，该站实时的运行所有关于生产的逻辑控制和回路控制，从而可以保证操作人员可以及时的调整控制设备启停、生产异常处理、工艺参数目标值设定等工作。
操作员站承担操作任务，DCS系统岗位设计为操作员站，通过多台显示器可以将多个工艺流程同时显示出来，供操作人员进行监控生产过程和操作。
历史数据库是用来存储数据和进行数据处理、报表开发（根据工艺、设备、生产管理的需求不同进行报表定制）、报表自动生成等功能的，它将这些报表根据权限可以在操作员站上显示打印，也可以通过WEB服务器发布到矿内制定工作站上。
WEB服务器的作用是可以将生产过程画面和数据动态的发布到矿内局域网上，连接到局域网上的计算机可以通过IE浏览器的方式浏览现场生产画面。
3）信息管理应用层：以浏览监控生产数据为主，也可以根据厂里需要设定数据报表的定向发送。
2.3DCS控制系统设置
2.3.1控制室
云金冶炼流程较长，车间较多，根据流程特点和生产管理的需要，全厂设置一个中央控制室，用于对全厂进行集中控制、监视、操作和数据归档。
2.3.2控制层
控制系统采用GEFanuc公司的控制器和远程IO。根据生产流程地理位置和数据量的大小，在现场分别配置了多个远程IO站，负责采集现场数据，并通过总线网络将数据传输到控制站。
2.3.3网络层
DCS控制系统采用两层网络。控制层采用总线网络，控制站和远程IO站之间采用Profibus-DP总线网络进行数据通讯。对于自带控制系统的第三方设备，如球磨机、压滤机、浓密机和MCC等，控制系统提供Profibus-DP和ModbusRTU两种总线通讯接口，可以将现场总线数据集成到控制系统中。监控层采用以太网，所有控制站和监控计算机之间采用以太网进行数据通讯。
网络设计中充分考虑可靠性和传输速率，采取了分散风险，减轻负荷的设计。
每条总线连接设备数量不超过总线能力的60%，预留40%的扩展容量；
每条总线的数据量如果过大，则增加总线数量以减轻单个总线的通讯负荷；
合理分配每条总线的连接设备数量和数据通讯量，以保证每条总线都安全高效运行。
2.3.4监控层
中央控制室配置了2台操作员站、1台画面监控服务器、1台数据服务器、1台网络发布服务器。
操作员站采用西门子工业计算机。服务器采用IBM工作站电脑。
画面监控服务器通过以太网直接和2个PLC控制站进行通讯，并将其上位机画面和数据通过以太网传递给两个操作员站进行实时显示和操作，操作员站不直接和PLC控制站进行通讯。这种C/S架构可以有效减轻PLC站的通讯负荷，并保证数据和操作统一。操作员站可以实现流程数据监控、操作控制、画面浏览、数据曲线显示、报警记录和用户登录等功能。
数据服务器用于对历史数据进行长期存储，并提供数据输出功能。
网络发布服务器用于将现场流程画面和数据以网页的形式发布到厂级或矿级局域网上，连接到局域网的计算机，可以通过IE浏览器的方式打开现场流程画面，及时快速的了解现场生产情况。有利于厂领导和调度人员高效快速的对生产进行管理。控制系统配置图如下图所示。
图1DCS控制系统配置图
控制系统设备清单
3选矿流程自动化系统设计
3.1磨矿车间
磨矿工艺流程为，采用变频板式给矿机对半自磨机进行给矿，矿石经过半自磨机的研磨，形成矿浆进入泵池，泵池底部的渣浆泵将矿浆输送到水力旋流器进行分级，分级后的尾砂返回球磨机继续研磨，溢流矿浆经过除屑筛后进入浓密机进行浓缩。
磨矿系统的控制目标是：在最大给矿率条件下，稳定磨矿产品粒度，使矿物与脉石充分离解，而不产生过粉碎。达到提高磨机处理能力，节能的目的。为后续工段提供稳定合格的产品。底层控制功能有：
1）半自磨机给矿检测、控制；
2）半自磨机给水检测、控制；
3）磨矿泵池给水检测、控制；
4）磨矿泵池液位检测、控制；
5）旋流器给矿浓度检测、控制；
6）旋流器给矿压力检测、控制；
7）旋流器溢流矿浆粒度、浓度检测。
3.2浸出吸附车间
在浸出吸附车间内，矿浆内加入氰化钠、氢氧化钠等原料，进行浸出和吸附。
在浸出过程中，氰化物浓度、氧浓度的摩尔比为6时，浸出速度达到最快，因此需要控制好氢化物和氧含量的浓度比。为了保证浸出效果，需要增加矿浆中的含氧量，在浸出过程中，对搅拌槽内充入压缩空气。为了降低氢化物的损失，氰化过程需要在高碱条件下进行，通常需要将pH值控制在在9-12之间。其主要检测及控制项目如下。
1）1#、2#、11#浸出槽矿浆PH检测；
2）自动加药系统：NaCN、NaOH自动添量；
3）1#、2#、11#浸出槽氰离子浓度检测；
4）1#、2#、11#浸出槽氧含量检测。
3.3脱水车间
尾矿脱水车间采用压滤机对尾矿进行脱水，达到工艺要求水分含量。主要检测及控制项目。
3.4药剂制备车间
主要检测及控制项目：
1）NaCN储存槽液位检测，上下限报警，连锁控制泵启停。
2）氢氧化钠储存槽液位检测，上下限报警，连锁控制泵启停。
3.5电气设备和第三方设备控制
电气设备主要包括直起电机、软起电机、变频电机等，第三方设备主要包括自带控制系统或信号接口的大型设备，包括球磨机、浓密机和压滤机等。对于电气设备和第三方设备，控制系统提供两种信号接口方式将其信号集成到控制系统中统一监控，第一种是硬接线方式，对于没有通讯接口的设备，可以通过这种方式将其信号集成到控制系统中；第二种是通讯方式，DCS控制系统提供Profibus-DP和ModbusRTU两种通讯接口，符合以上通讯方式的设备可以通过总线通讯的方式将其信号集成到控制系统中。
4结束语
自动化控制技术在黄金选矿工艺中应用对于提高劳动效率、提高选矿回收率、降低生产成本是一个有效途径，并且对于提高矿产资源利用率，提高黄金矿山企业的经济效益有着积极的作用。这也是我们下一步研究的主要方向，同时也希望更多的专家和学者一道，共同促进和完善选矿自动化的应用，为我国的黄金事业作出贡献。（原文载于《硅谷》杂志2012年第12期，硅谷网及《硅谷》杂志版权所有，未经允许禁止转载）
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