伟源矿业选矿自动化系统方案.docx
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伟源矿业选矿自动化系统方案
伟源矿业选矿自动化控制系统方案
一、伟源矿业选矿自动化控制系统的组成：
一段磨矿分为皮带秤及给矿控制、流量计及给水控制、自动加球机及电耳给球控制、计算机系统。
二段磨矿分为自动加球机及电耳给球控制、超声波浓度检测及模糊给水控制、计算机系统。
二、伟源矿业选矿自动化控制系统的运行流程图：
三、伟源矿业选矿自动化控制系统的运行说明：
（一）一段磨矿控制系统运行说明：
1、电子皮带秤及给矿控制：
电子皮带秤是用于输送系统中对散状物料进行连续计量的理想设备，具有结构简单、计量精确、操作方便、维护量小、便于系统管理等优点。
称重桥架安装于输送机架上，当物料经过时，计量托辊检测到皮带机上的物料重量通过杠杆作用于称重传感器，产生一个正比于皮带载荷的电压信号。
速度传感器装在摩擦轮测速器内，直接放置于皮带上，提供一系列脉冲，每个脉冲表示一个皮带运动单元，脉冲的频率正比于皮带速度。
皮带秤智能控制器从称重传感器和速度传感器接收信号，通过积分运算得出一个瞬时流量值和累积重量值。
控制器可提供4～20mA等多种信号给计算机系统，在系统上即可完成给料设定及物料瞬时、累积量的查询。
由计算机系统设定给矿量，皮带秤根据计算机给定数据进行给矿，伟源矿业皮带秤的给料部分没进行给矿控制，所以给矿量可调整范围很小。
皮带秤将实际给矿数值传输给计算机。
2、流量计及给水控制：
给水流量计量采用智能电磁流量计，该仪表是一种电磁感应式流量仪表，它由传感器和智能信号转换器组成。
它能测量各类导电液体的体积流量，精度高、稳定性好，不受被测液体温度、压力、密度、粘度和导电率变化的影响。
传感器结构简单，无节流装置，不堵塞管道不产生压力损失，可水平、垂直、倾斜方式安装，只要保证测量管内充满液体和没气泡即可。
现场液晶显示瞬时流量、累积流量、流量百分比、流体流速、故障报警。
故障自诊断，实现空管判断报警、励磁故障报警、超量程报警、输出信号故障报警。
可正向流量累积、反向流量累积、双向流量差累积。
一键恢复出厂参数设定。
多种信号输出备选4～20mA、0～1kHz、HART、RS485等。
实时输出给计算机系统以显示当前流量。
是给水流量计量的最佳选择。
给水控制，计算机系统给定数据进行给矿，皮带称智能控制器根据该数值调整皮带上给矿的量，同时输出对应的4～20mA信号给电动蝶阀或电动流量调节阀，自动调节该给矿值状态下的阀门开度，调节给水量。
3、自动加球机及电耳给球控制、计算机系统：
自动加球机是利用安装在滚筒上的球爪进行随机取球，然后通过光电检测器进行非接触检测，并由可编程序控制器（PLC）进行智能辨识和控制的智能型自动加球装置，从根本上解决了以往加球机存在的钢球卡、堵现象，对直径30mm以上的任意钢球均能顺利补加，并能准确识别钢球的类型和数量，实现了多规格钢球的混装补加和控制。
通过与进矿皮带称、磨机电耳的结合能够更好的实现全自动加球，真正实现无人工值守。
该智能自动加球机系统，通过检测皮带秤数据以及磨机电耳反馈信号以自动加球机为主要执行机构，采用PLC控制器获取进矿皮带称的进矿量和磨机电耳的反馈信号为主要依据，确定磨机内物料的填充情况，根据矿物质特点，结合实际生产中的加球经验数据，通过PLC控制器内部计算与比较，结合选矿工艺计算出实时的球量与应补加的球量。
在加球机球道部分安装有计数传感器，每个球经过球道时计数器自动计数，当达到工艺要求的数量时反馈信号给PLC控制器，由PLC控制器自动控制加球机的运行与停止，并且在计算机系统中实时显示加球状况，实现智能加球，保证球磨机的充填率稳定在最佳状态。
从而提高磨矿效率，来达降低磨矿产品的经营费用，提高经济效益。
现有的通用型自动加球机是有球仓，球道，电机带动加球机构，附加光电传感器，通过PLC控制柜，实现自动加球。
在磨矿厂使用中是每台磨机单独安装一台自动加球机，根据生产工艺不同，结合现场生产经验，自主设定加球间隔时间和加球数量，这样便于单独控制每一台磨机的加球情况，加球准确，便于控制。
现在铁矿选矿车间，特别是伟源矿业的选矿车间，一共有两个系列磨选系统，一共有17台磨机，如果按照普通选厂安装自动加球机方案，需要17台自动加球机，可以实现自动加球，达到好的经济效果。
但是这样可能会提高选厂的采购和改造成本，结合选厂具体情况，我们给出如下改进设计方案：
一台加球机给两台磨机同时加球，控制系统实现集中智能控制。
实现同样的功能，这样可以大大节省改造成本。
首先是通过对伟源矿业选矿车间的考察了解，在每一段都基本是均匀给料，磨机工作状态基本一致，在每一段两台磨机公用一台加球机，两台磨机同时加球，这样就要求在原先加球机基础上加大球仓，以满足两台加球机的加球需要，其次改进我们的球道，设计成一个球道分成两道的样式。
这样可以实现一台加球机同时给两台球磨机加球的功能。
其次关于加球机安装设计，现在车间磨机入料口处，安装单台加球机的空间不够，需要另外搭建安装加球机的平台，因为采用一台加球机同时给两台磨机加球，需要车间自行设计安装平台。
最后，自动加球机安装好以后，通过现场工艺师根据自己选厂磨矿的具体情况，设置加球间隔时间和加球数量，在选厂磨机数量少的情况下，单台自动加球机单独设置也很方便，可以达到较好的加球效果。
现在伟源矿业选厂磨机较多，每一台单独控制需要单个控制柜，也增加一些成本。
根据现场情况，我们可以实现集中控制，智能控制。
通过添加磨机状态检测器（电耳），自动检测磨机状态，根据磨机状态和皮带秤检测的进料情况，自动补加钢球，实现智能集中控制。
将磨音检测器（电耳）安装于一室：
投入口与中间壁板的中央A：
B=1：
1
二室：
把中间壁板和排出口之间分成三等份，距离排出口1/3位置。
（如下图）
由磨音检测器（电耳）检测磨机运转的音频，将音频信号转换为4~20mA信号传送至主控计算机系统，经过计算机系统与预先设定好的音频信号做比较，判断出此时磨机内载荷情况。
电子皮带称将实时的进矿量信号转换为4~20mA信号传送至计算机系统。
然后将皮带称和电耳的信号进行比较计算，如果进矿量处于稳定的范围内，而电耳所检测的信号低于磨机预设值，则控制器结合进矿量与选矿工艺给出最佳的加球量进行自动加球。
球由加球机的螺旋滚筒将球依次抓出，经球道加至磨机。
当球经过球道时，球道安装的红外传感器（计数器）将自动识别球的个数（也可识别球的大小，根据现场要求添加）当计数器达到所给出工艺要求的球量时自动加球机将自动停止。
该自动加球机可脱离电耳和皮带称的关联单独使用。
在不使用全自动加球的情况下，可在自动加球机的显示屏设置加球数量及间隔时间。
①系统组成：
a）电耳
电耳通过安装在现场的特殊结构的探头，接收磨机发出的噪声，经屏蔽电缆传输仪器，转换为数字分贝百分比显示，同时输出与分贝值成比例的4~20mA电流信号供后端PLC控制器采集使用。
分贝值与磨内物料填充量成反比，正比于磨机发出的噪声，因此它能定量的测量磨机负荷的大小。
PLC控制器可以根据磨音的高低控制各种入磨原料的流量，从而实现对磨机负荷的控制，使磨机产量提高，电耗最低。
其内部具有矫正信号源，以便PLC控制器更好的采集其信号。
b）PLC控制器
PLC控制器采用德国西门子公司的可编程序控制器及中文操作面板和主控计算机进行设计。
主要功能有：
可设定皮带秤的给矿量，根据实际给矿量，调整给水量，从而控制矿浆浓度到设定值范围。
可自动按设定时间或质量补加钢球；可随时切换到手动方式向球磨机连续补加钢球；能自动识别所加钢球的种类和数量，并在显示器上累计历史值和当班值；具有过载保护、系统联锁，故障自检及说明、网络通讯等功能。
c）钢球检测机构
由一对红外传感器组成，红外传感器反应灵敏，红外传感器可以检测出添加的钢球个数。
d）传动机构
传动机构由低速三相异步电动机直接驱动，为系统提供动力，速度8r/min左右，或根据实际应用进行调整。
e）加球机构
自动加球机采用表面带抓球爪的滚筒来完成对钢球的抓取。
抓球爪在滚筒表面呈螺旋形分布，每个抓球爪由3-4块指板构成，并形成勺状，可以抓Φ30mm～Φ125mm的任意直径的钢球。
加球机结构示意图
②主要功能：
a）根据需求设定加球量；
b）自动调节矿浆浓度；
c）手动加球与自动加球切换；
d）无球报警、故障报警、过载保护；
e）显示加球量及总加球量；
f）钢球规格检测；
g）加球量检测；
h）运行时间显示；
i）屏幕操作，简单方便；
j）其它功能可根据现场要求添加。
③技术参数
a）安装尺寸：
总尺寸为：
1800×1200×1700mm*mm。
储球仓为：
1800×1200×1000mm*mm。
高度根据吨位调整，默认为1000mm。
b）钢板厚度：
10mm。
注：
钢板厚度可根据钢球实际重量订做。
c）橡胶衬垫厚度：
8~10mm。
内附橡胶衬垫可以有效的缓冲钢球对加球机球仓的冲击力，并且起到耐磨的作用。
d）加球机自重：
≈1.2T。
e）加球规格：
Φ30mm～Φ125mm。
注：
加球规格可根据现场要求订做。
f）球仓容量：
≈3.5T。
注：
根据现场实际情况可调节。
g）电机功率：
1.1KW低速电机（8r/min）。
h）加球能力：
90个/分钟。
注：
可根据现场实际需求更改。
i）控制器：
采用德国西门子S7-200系列。
j）人机界面：
采用德国西门子TD400C。
k）通信接口：
RS485/232。
l）计数传感器：
红外传感器Φ20。
注：
以上参数为标配参数，可以根据现场实际情况更改。
此型号的加球机可以实现一种或者多种规格钢球的加球。
④自动加球机配置清单
名称
型号
品牌
备注
加球机
LBJ-JQ-3
路边金
10mm钢板
控制柜
DL-YF-ES
德龙
控制柜箱体1mm厚度
控制器
S7-200222
西门子
显示屏
TD400C
西门子
液晶屏
交流接触器
CHNT-380V
正泰
中间继电器
OMRON-DC24
欧姆龙
传感器
SY-0FFB-2OA
台湾松野
红外传感器
低速电机
YE-IP55-380V
淮安
1.1Kw9r/min
其它配件
正泰
包括：
空开、开关、指示灯、接线端子
（二）二段磨矿控制系统运行说明：
1、自动加球机及电耳给球控制、计算机系统（工控机）：
与一段控制原理及设备配置相同。
2超声波浓度检测及模糊给水控制
超声波在线浓度计检测出矿浆浓度，并以4～20mA信号输出给主控计算机系统，系统将与内部的设定数据进行对比，按照设定的浓度值给出4～20mA信号送到给水的电动蝶阀或电动流量调节阀，自动调节阀门开度，从而达到自动调节矿浆浓度的目的。
给水端的电磁流量计同步显示给水量。
四、伟源矿业选矿自动化控制系统的运行效益分析：
采用自动加球机，按球磨机的给矿量或者按一定的间隔时间或者按球磨机轴功率的变化自动加入一定重量或数量的钢球，以保证球磨机的充填率稳定在最佳状态。
这样不但可以提高球磨机效率和出矿的质量，可以节能降耗，提高经济效益。
1、选矿自动化控制系统预算：
设备名称
数量（台或套）
含税单价（元）
合计（元）
电磁流量计
2
10000
20000
电磁控制阀
2
6000
12000
超声浓度计
1
3000
30000
自动加球机
1
80000
80000
安装平台钢构
1
20000
20000
安装调试10%
16200
合计
178200
2、选矿厂应用自动加球机的必要性
根据实际调查、球磨机的电耗占选矿厂电耗的50%以上。
而选矿厂的粗破碎，中破碎，细破碎，筛分和皮带机等的总电耗占全厂电耗的10%以下，可见降低球磨的电耗是降低选矿厂电耗的关键。
球磨机里的矿石量一般为装球量的0.14倍，矿石绝大部分是充填在钢球之间的缝隙里，基本不影响钢球在球磨机中的充填率。
对某一选矿厂来说，球磨机的内径、筒体长度及所用钢球的容重都是一定的。
一次球磨机装大球，二、三次球磨机装小球，因此大、小球的系数C也是一定的。
所以球磨机轴功率的大小与球磨机充填率成正比。
充填率大，轴功率就大。
但如果充填率过大，由于装球过多，球磨机运转时内层球容易产生干涉，破坏了球的正常循环，会降低磨矿效率；而充填率过小，虽然轴功率小，但由于磨矿介质不足，同样要降低磨矿效率。
可见，球磨机轴功率的大小取决于球磨机充填率的大小，且充填率的大小又直接影响球磨机的磨矿效率。
任一球磨机，当确定了它的作业位置和所磨剥的矿石性质以后，都有它的最佳充填率，这个最佳充填率须在试验和生产实践中测得。
要想使球磨机的充填率始终保持在最耗的钢球量与在相同时间内所加入球磨机的钢球量保持平衡。
而单位时间越短，球磨机充填率波动的范围越小。
在理论上，最理想的是在球磨机消耗一个钢球量的时间内，自动加入一个钢球。
实现这种理想状态的手段就是采用自动加球机。
3、应用自动加球机的经济效果
①使用自动加球机节省人力成本
目前我国绝大多数选矿厂的球磨机都是采用人工加球，加球方法多种多样，有的选矿厂用吊车把钢球运到球磨机的给矿端，工人用手往球磨里机扔。
二、三次球磨机加小球，工人用铁锨往球磨机里添加。
有的选矿厂在二、三次球磨机的给矿端设有加球漏斗，吊车把钢球吊到加球漏斗里，钢球直接滚到球磨机里。
加球制度是每班加一次。
当前中国工人劳动成本不断提升，如果按照传统加球方式在加球的时候，需要两三个人倒班加球。
如果安装使用自动加球机，除了向球仓加球需要吊车外，就是机器按设定好的程序自动加球。
在节省人力成本方面显而易见。
2使用自动加球机提高生产效益
根据对球磨机球负荷产生的力矩和驱动力矩关系的分析所得出的结论是：
当球磨机按一定转速和充填率运转时，它所需要的轴功率与单位时间内通过球磨机的矿量几乎无关。
也就是说，只要球磨机在运转就在消耗电、钢球、衬板和润滑油等。
而与单位时间内通过球磨机的矿量几乎是无关的。
因此，降低球磨机磨矿效率的实质就是相对增加了磨矿的经营费用。
所以应用自动加球机使球磨机的充填率始终保持在最佳状态，从而提高磨矿效率，来达到降低磨矿成本的目的。
以某选矿厂为例，来计算一下经济效果：
某选矿厂主厂房每年处理原矿360万吨，选矿比为2.5，第一段磨矿采用¢3600mmX4500mm湿式格子型球磨机，每台处理能力为150T，每吨原矿耗电量为8KwH，共三个系列。
假设该厂一次球磨机由于加球不准和不及时，造成充填率过大或过小而使一次球磨机的磨矿效率降低了1%时，每台球磨机每小时就要降低处理量1.5T，三个系列，每年少处理原矿35640吨，使一次磨矿的单位产品电耗由原来的8KwH增加到8.08KwH，这样每年就多耗电28.8万KwH，若每度电按0.18元计算，则每年多支出电费5.18万元。
假设由于球磨机的磨矿效率降低1%而使选矿厂完不成生产任务，每年少处理原矿3.56万吨，这样虽然电没有多消耗但每年少生产铁精矿1.58万吨。
每吨铁精矿按128元计算，选矿厂每年就要少收入202万元，经济损失更大，可见应用自动加球机的经济效果是极其明显的。
4、结语
①球磨机的耗电量大小虽然表现在轴功率大小上，但并非轴功率越小越好，因为轴功率大小取决于充填率的大小，而充填率的大小又直接影响球磨机的磨矿效率。
所以，任一球磨机在它磨矿效率最高时的充填率所需要的轴功率大小是该球磨机的最适宜的轴功率。
2应用自动加球机，在技术上能够保证球磨机在单位时间所消耗的钢球量与单位时间所加入的钢球量保持平衡，使球磨机的充填率始终保持在科学合理的标准、从而最大限程度减少人为因素的影响，保证球磨机始终处于持续、平稳、高效的最佳运行状态，实现提高磨矿效率，降低磨矿产品经营费用的目的，，提高经济效益。
3应用自动加球机的经济效果是显著的，其返本年限不超过一年，而且减轻了工人数量和劳动强度，从而避免了许多安全事故的发生，其经济效益和社会效益是显而易见的，值得更广泛的推广使用。
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