一種新型自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

浮選是最常用和最重要的選礦方法，據(jù)統(tǒng)計(jì)有 近 90%的有色金屬礦采用浮選的方法處理。浮選藥 劑的添加質(zhì)量又是影響浮選效果的重要因素之一［1］。 隨著藥劑添加制度的不斷完善，大多數(shù)選礦廠都意 識(shí)到了傳統(tǒng)人工加藥有很多的不足，如加藥不及 時(shí)、不準(zhǔn)確，甚至出現(xiàn)斷藥現(xiàn)象。有部分選礦廠已 采用了自動(dòng)加藥裝置，但是在一段時(shí)間后，由于管 道堵塞、藥劑在管道內(nèi)有一定的淤積等原因，造成 藥劑添加失準(zhǔn)，尤其是低劑量藥劑的添加［2-3］。本 文設(shè)計(jì)了一種新型自動(dòng)加藥裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占 地面積小，重量輕，可以放在加藥點(diǎn)附近。 1 自動(dòng)加藥機(jī)的總體結(jié)構(gòu) 根據(jù)目前傳統(tǒng)自動(dòng)加藥機(jī)的應(yīng)用情況，發(fā)現(xiàn)藥 箱中經(jīng)常有很多固體雜質(zhì)，不僅影響加藥的精度， 而且使電磁閥的磨損較快。雖然在傳統(tǒng)自動(dòng)加藥機(jī) 的加藥箱入口裝入了過(guò)濾網(wǎng)，但是由于其結(jié)構(gòu)問(wèn) 題，導(dǎo)致一段時(shí)間后，過(guò)濾網(wǎng)局部由于受到藥劑沖 擊磨損較快 （或孔隙發(fā)生變化），總是有固體雜質(zhì) 進(jìn)入加藥箱導(dǎo)致加藥管路堵塞。在加藥機(jī)正常使用 時(shí)，需要工人不定時(shí)的去測(cè)量當(dāng)前自動(dòng)加藥機(jī)的藥 劑流量是否準(zhǔn)確，從而對(duì)藥劑流量進(jìn)行校正。傳統(tǒng) 自動(dòng)加藥機(jī)的藥劑需從加藥箱經(jīng)電磁閥進(jìn)入加藥管 道中，再流入加藥點(diǎn)，這就需要操作工人先測(cè)量該 加藥點(diǎn)的流量，若不準(zhǔn)確，則要測(cè)量電磁閥出口處 的流量，操作十分復(fù)雜，而且加藥箱一般都在高于 加藥點(diǎn)的平臺(tái)上，嚴(yán)重影響操作工的工作效率。 為解決傳統(tǒng)自動(dòng)加藥機(jī)占地面積大、加藥管道 長(zhǎng)，藥劑易在輸送管道中殘余致使加藥量波動(dòng)較 大，或因管道堵塞導(dǎo)致加藥量不足甚至斷藥等問(wèn) 題，本自動(dòng)加藥機(jī)獨(dú)特的設(shè)計(jì)了過(guò)濾裝置和加藥裝 置，以提高加藥的精度，減少操作工人的勞動(dòng)強(qiáng) 度。本自動(dòng)加藥機(jī)主要包括儲(chǔ)藥箱、加藥箱及加藥 裝置。其工作過(guò)程如圖 1 所示，配置好的藥劑經(jīng)過(guò)過(guò)濾裝置后進(jìn)入儲(chǔ)藥箱進(jìn)行儲(chǔ)備，加藥箱通過(guò)浮球 閥與儲(chǔ)藥箱連接，當(dāng)加藥箱的液位下降時(shí)，浮球閥 自動(dòng)開(kāi)啟，藥劑從儲(chǔ)藥箱流入加藥箱，以保證加藥 箱的液位恒定，當(dāng)需要加藥時(shí)，控制系統(tǒng)打開(kāi)加藥 裝置的電磁閥，藥劑通過(guò)電磁閥輸送到加藥點(diǎn)。 1.1 過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì) 為了提高自動(dòng)加藥的精度和延長(zhǎng)自動(dòng)加藥機(jī)的 使用壽命，本文介紹了一種新型的過(guò)濾裝置。 浮選藥劑中難免會(huì)有一定的雜質(zhì)或結(jié)晶體。由 于浮選藥劑用量一般都不大，藥劑管道的設(shè)計(jì)與濾 網(wǎng)的傾斜方向一致 （若大劑量藥劑可考慮藥劑管道 的傾斜方向與濾網(wǎng)的傾斜方向相反，以減緩藥劑的 流動(dòng)速度，提高過(guò)濾效率）。在本過(guò)濾裝置中采用 雙層濾網(wǎng)，上層濾網(wǎng)空隙比下層濾網(wǎng)空隙略大 （若 藥液中含有雜質(zhì)過(guò)多，可以考慮多層濾網(wǎng)過(guò)濾）。 當(dāng)過(guò)濾裝置使用一段時(shí)間后，通過(guò)把手抽出濾網(wǎng) 盒，完成濾網(wǎng)的清理及維護(hù)，若濾網(wǎng)磨損較為嚴(yán) 重，則更換備用濾網(wǎng)盒，以免影響正常生產(chǎn)。濾網(wǎng) 盒的結(jié)構(gòu)為雙層盒體，濾網(wǎng)緊壓在兩層盒體中間， 以便于更換濾網(wǎng)。如圖 2 為過(guò)濾裝置結(jié)構(gòu)圖。右側(cè) 為過(guò)濾裝置俯視圖，左側(cè)為過(guò)濾裝置的側(cè)視圖。 1.2 加藥裝置的設(shè)計(jì) 本自動(dòng)加藥機(jī)在結(jié)構(gòu)上增加了加藥裝置部分 （把傳統(tǒng)自動(dòng)加藥機(jī)上加藥箱的電磁閥獨(dú)立設(shè)計(jì)成 加藥裝置） 其結(jié)構(gòu)輕便，可以懸掛或放置在加藥點(diǎn) 附近，不僅縮短了加藥管道，而且便于操作工人的 觀察和檢修。 目前國(guó)內(nèi)常用的自動(dòng)加藥機(jī)一般都采用柱塞 泵、隔膜計(jì)量泵、電磁閥、磁力泵作為加藥機(jī)的執(zhí) 行器。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用情況發(fā)現(xiàn)：柱塞泵由于其 柱塞裸露，且柱塞在液體中工作，在液體的研磨作 用下磨損較快，因此機(jī)器故障率高，維修工作量 大；隔膜計(jì)量泵由于進(jìn)出口較小，當(dāng)液體中含有雜 質(zhì)或液體易結(jié)晶時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其進(jìn)出口密封不嚴(yán)，導(dǎo) 致液體流量波動(dòng)很大，所以隔膜計(jì)量泵只適合應(yīng)用 于清潔液體的添加，而且隔膜計(jì)量泵流量無(wú)法精準(zhǔn) 調(diào)節(jié)，可靠性和時(shí)效性比較差；磁力泵由于其轉(zhuǎn)軸 及葉輪在液體中工作，磨損很快、而且不能運(yùn)送易 結(jié)晶或沉淀的液體，液體中不能含有磁性物質(zhì)；電 磁閥種類較多，應(yīng)用廣泛，在應(yīng)用中不易發(fā)生堵 塞，維護(hù)方便［4-9］。根據(jù)對(duì)幾種執(zhí)行器的應(yīng)用情況的比較，在本自動(dòng)加藥機(jī)中采用電磁閥作為加藥裝 置的執(zhí)行器。 由于在浮選過(guò)程中需要添加藥劑的浮選槽中一 般都需要添加多種藥劑，為了便于藥劑添加的管 理，本設(shè)計(jì)在主加藥管上安裝 3 個(gè)截止閥，當(dāng)該藥 劑的加藥點(diǎn)較少時(shí)，則關(guān)閉中間的截止閥 （中間的 電磁閥位置可根據(jù)實(shí)際情況而定），另一種藥劑從 另一端的截止閥流進(jìn)，實(shí)現(xiàn)兩種藥劑共用一個(gè)自動(dòng) 加藥裝置。當(dāng)該藥劑加藥點(diǎn)過(guò)多時(shí)，由于考慮到該 裝置的占地面積、重量等問(wèn)題，打開(kāi)中間的截止 閥，關(guān)閉另一端的截止閥，實(shí)現(xiàn)單種藥劑的添加。 為解決小劑量加藥過(guò)程中藥劑在一定程度上會(huì)在管 道中殘留的問(wèn)題，采用一股沖洗水減少藥劑殘留問(wèn) 題。應(yīng)用攝像機(jī)監(jiān)視藥劑添加情況，避免斷藥現(xiàn)象 的出現(xiàn)。如圖 3 為加藥裝置結(jié)構(gòu)圖。右上側(cè)為該加 藥裝置主視圖，左上側(cè)為該加藥裝置側(cè)視圖，下側(cè) 為該加藥裝置俯視圖。

2 加藥控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 加藥控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、可編程控制器 （S7- 200PLC）、電磁閥等組成。如圖 4 所示，上位機(jī)采 用 DELL 商用機(jī)，采用 CP5611 通訊卡與 PLC 進(jìn)行 通訊，監(jiān)控系統(tǒng)采用組態(tài)軟件 Kingview6.53 進(jìn)行開(kāi) 發(fā)，控制和管理下位主機(jī)。下位主機(jī)采用西門(mén)子 PLC-200 CPU226CN。 控制系統(tǒng)軟件采用組態(tài)軟件 Kingview6.53 進(jìn)行 開(kāi)發(fā)，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行： 2.1 加藥量控制 1） 加藥控制。PLC 對(duì)每個(gè)加藥電磁閥設(shè)定1 個(gè)定時(shí)器，分別對(duì)應(yīng)加藥電磁閥打開(kāi)時(shí)間和加藥電 磁閥加藥周期 （其周期一般為 1 min）。2） 沖洗水控制。S7-200PLC 對(duì)每個(gè)沖洗水電 磁閥設(shè)定 1 個(gè)定時(shí)器，分別對(duì)應(yīng)沖洗水電磁閥打開(kāi) 和沖洗水電磁閥關(guān)閉時(shí)間。當(dāng)加藥電磁閥關(guān)閉后 （關(guān)閉一定時(shí)間后），打開(kāi)沖洗水電磁閥，當(dāng)沖洗時(shí) 間到后，關(guān)閉沖洗水電磁閥并等待下個(gè)開(kāi)啟指令。 2.2 加藥監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)控系統(tǒng)軟件用于加藥控制的監(jiān)控和管理，監(jiān) 控功能如下： 1） 模擬工藝流程畫(huà)面。直觀了解各控制點(diǎn)的 數(shù)據(jù)情況。 2） 操作面板。在該畫(huà)面下可以設(shè)定各加藥點(diǎn) 的參數(shù)，控制各電磁閥的啟/停。 3） 電磁閥標(biāo)定。由于受藥劑性質(zhì)、加藥箱內(nèi) 液位高度等因素的影響，控制系統(tǒng)在使用前必須對(duì) 電磁閥進(jìn)行標(biāo)定。首先用量具量出事先設(shè)定的加藥 時(shí)間的加藥量，即可計(jì)算出單位時(shí)間的加藥量 （即 流量系數(shù)），用于標(biāo)定電磁閥，寫(xiě)入 PLC 后即生 效。這個(gè)流量系數(shù)將作為計(jì)算控制電磁閥開(kāi)/關(guān)時(shí) 間的依據(jù)。 4） 歷史數(shù)據(jù)。提供加藥過(guò)程中各種藥劑的藥 劑流量波動(dòng)曲線及班累計(jì)消耗量、日累計(jì)消耗量、 月累計(jì)消耗量、年累計(jì)消耗量。提供歷史數(shù)據(jù)記錄 及查詢功能，便于掌握藥劑的消耗情況。 5） 打印報(bào)表。報(bào)表文件為 Excel 格式?？筛?據(jù)需要輸出每天任意時(shí)間段的報(bào)表。 6） 遠(yuǎn)程監(jiān)控?？梢栽谶B網(wǎng)的已授權(quán)的電腦上， 打開(kāi)控制系統(tǒng)監(jiān)控畫(huà)面，便于技術(shù)人員遠(yuǎn)程指導(dǎo) 生產(chǎn)。 3 應(yīng)用情況 2012 年 9 月，在云南某選礦廠投入應(yīng)用，用 于銅礦浮選作業(yè)的加藥控制，共有丁基黃藥，25 號(hào)黑藥兩種藥劑。全廠共有加藥點(diǎn) 16 個(gè)，根據(jù)浮 選作業(yè)的不同，加藥點(diǎn)的加藥量從幾毫升到幾十毫 升不等。經(jīng)過(guò)近一年的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用表明，本控制 系統(tǒng)性能可靠，有效地提高了生產(chǎn)指標(biāo)，降低藥劑 消耗，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。主要 體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1） 提高了加藥控制精度。加藥量平均相對(duì)誤 差小于 2%，實(shí)現(xiàn)了藥劑的準(zhǔn)確及時(shí)的添加，操作 簡(jiǎn)單方便。 2） 藥劑節(jié)省效果顯著。本控制系統(tǒng)有效地解 決了人工很難根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)加藥量的問(wèn)題，避 免了加藥過(guò)量或少藥的現(xiàn)象。本控制系統(tǒng)投入運(yùn)行 后，每班僅需要 1~2 名工人即可完成全廠的藥劑準(zhǔn) 確添加的工作，平均節(jié)約藥劑 23%。 3） 穩(wěn)定并提高了選礦廠生產(chǎn)指標(biāo)。本控制系 統(tǒng)投入使用后，銅精礦品位提高了 1.1%，回收率 提高了 1.3%。 4 結(jié)論 本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)充分發(fā)揮了 S7-200PLC 模塊化結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，控制系統(tǒng)穩(wěn)定可 靠，人機(jī)界面友好，該自動(dòng)加藥裝置性能可靠，維 護(hù)方便，故障率低，藥劑添加準(zhǔn)確及時(shí)，監(jiān)控方 便，節(jié)約了藥劑的消耗，能有效地提高選礦廠的生 產(chǎn)指標(biāo)。