和睦山选矿厂磨矿—分级自动化系统升级改造实践

贾庆龙 薛世润 陆 虎

(马钢(集团)控股有限公司姑山矿业公司)

马钢集团姑山矿业公司和睦山选矿系统设计规模70万t/a，随着产能和规模的扩大，基于现代信息技术的推广应用及新型矿山的建设规划发展，2013年进行扩产改造，原矿处理量由120 t/h提升至 145 t/h以上[1]。球磨自动化系统建成于2008年，可实现设备监视及给矿量调整等简单功能，生产过程主要环节操作仍需职工根据经验进行手动调节，存在职工劳动强度大、控制不及时、不准确等弊端，尽管后来在扩能过程中进行多次改造，但自动化功能仍显不足，在人员不足的情况下，难以满足提高生产效率、严格管控成本的生产需要。针对和睦山选矿自动化系统存在问题，进行技术升级改造，以实现设备的自动化控制、改善经济效益。

1 磨矿—分级系统

磨矿—分级是选矿生产过程中的重要环节，目标是通过改变给水量和给矿量，使磨机台时产量达到最优，分级浓度、溢流粒度满足生产技术要求[2]。和睦山选厂采用两段闭路磨矿，其中一段磨矿—分级设备为φ3 200 mm×3 600 mm格子型球磨机与FX-500 mm旋流器组，二段磨矿—分级为φ3 200 mm×3 600 mm溢流型球磨机与FX-350 mm旋流器组，控制一段磨矿溢流矿浆细度-0.074 mm 60%，二段磨矿溢流矿浆细度-0.074 mm 85%，其磨选系统工艺流程见图1。

图1 磨选系统工艺流程

原矿破碎后进入圆筒矿仓，经圆盘筛式给料机、给矿皮带，进入一段闭路磨矿—分级作业，至1#泵池，经泵送到一段旋流器组进行分级，分级沉砂返回一段球磨机，一段溢流至2#泵池，泵送至振动除杂筛除杂后进入一段弱磁粗选，一段弱磁尾矿进入尾矿浓缩机，弱磁粗精矿至3#泵池，经泵送给入二段旋流器分级，溢流部分被送入下道选别工序，底流沉砂部分进二段球磨机再磨，排矿汇集至3#泵池，二次水力旋流器与二段球磨机构成二段闭路磨矿—分级系统，磨选分级设备关系示意见图2。

2 改造方案

2.1 改造目标

图2 磨选分级设备关系示意

磨矿—分级工作状态好坏直接影响选矿工艺指标、磨机作业效率和成本。应从磨矿台时处理量、磨矿—分级粒度、磨矿浓度和分级溢流浓度等方面控制磨矿—分级系统，以提高磨机生产效率、稳定分级溢流粒度，为后道选别工序提供合格的溢流产品。针对和睦山磨矿—分级自动化系统存在问题，对其进行升级改造，并提出3个改造目标。

(1)将液位计、电动阀、流量计数据与自动化系统相连接，实现1#泵池和3#泵池液位的自动控制。自动设定液位值通过PLC系统PID算法控制补加水量来自动调节泵池液位，手动设定液位值则可远程控制电磁阀阀门开度从而控制补加水量，同时设置振动给矿机与皮带连锁控制，防止皮带堆料。

(2)设计一段、二段旋流器给矿泵变频调速远程调节系统，通过PLC系统PID算法将泵转速信号和旋流器给矿压力信号由传感器传送到自动化系统，实现一、二段水力旋流器压力远程监控和给矿泵转速控制，自动调节并稳定旋流器给矿压力。

(3)稳定一段、二段球磨机的产品粒度与磨矿浓度。

设计的自动控制系统工作原理见图3。

图3 自动控制系统工作原理

2.2 总体设计方案

设计的控制系统采用集散控制系统结构，系统采用可靠性高、功能强的西门子可编程控制器 S7-300PLC系列的CPU315-2PN/DP网络型作为生产线的主控制器，配制PLC主控制柜，利用WINCC+STEP软件编程实现控制功能。其中控制系统现场采用的仪表超声波液位计用于1#、3#泵池的液位检测、浓度计用于给矿浓度检测、流量计用于给矿量检测和1#、3#泵池补加水检测，电动调节阀则用于磨矿给水量调节和泵池补加水流量调节；PLC选择 S7-315-2PN/DP，上位机系统与控制器系统用以太网进行通讯，所有I/O站都是通过现场总线与主控制器相连接，系统具有很高的扩展能力，完全适用于后期升级需要。

系统采用远程自动控制、就地控制和远程手动控制3种方式，根据系统运行状况进行灵活选择，根据工艺要求提供必要的联动和互锁。远程自动控制模式由上位机完成，通过上位机界面自动控制相关操作，远程手动控制模式即操作人员通过上位机的系统控制界面在弹出的对话框中直接进行控制。

2.3 控制系统软件设计及实现

磨矿分级自动控制系统升级软件设计由与其相应的控制程序和上位机中运行的程序监控组成。控制系统的程序编程采用WINCC软件平台，对磨矿分级自动控制系统进行硬件组态、网络组态、通信组态与系统软件的编写。控制程序采用STEP软件，编程方式使用结构化程序设汁，将每个控制任务分成N个子程序编制在不同的功能块中。PLC的控制程序由系统程序和用户程序组成。系统程序是指编程软件中系统自带的程序或函数，因此用户可直接调用，方便快捷；用户程序是指用户根据控制对象与控制要求来进行编写的指令[2]。它包括循环主程序块、功能块、中断组织块、数据块等，用户程序在STEP软件中编写完毕后可通过MPI电缆或者以太网下载到S7系列的西门子PLC的CPU中。控制系统的监控软件为WINCC，用户可以通过WINCC组态软件进行人机界面的设计，实现对一段、二段磨矿系统生产工艺中的设备进行监视与控制。计算机是监视和控制生产过程的窗口，显示并记录来自各控制单元的过程数据，通过人机交互界面，将各种控制信息集中存储在后台数据库中，实现信息的实时处理，完成系统控制功能。设计的磨矿—分级作业自动化控制系统包括现场设备工作状态显示、工艺参数趋势曲线显示和历史数据分析、报警记录、参数设定等。和睦山选矿自动化系统界面见图4。

3 应用效果

磨矿—分级自动化控制系统升级应用前后，一段、二段磨矿浓度对比见表1，分级溢流细度见表2。

图4 和睦山选矿自动化系统界面

表1 改造前后磨矿浓度对比%

表2 改造前后溢流细度对比 %

由表1可知，一段、二段旋流器给矿泵池液位自动控制改造前，一段磨矿浓度为67.31%～76.36%，变化幅度达9.05个百分点。改造后磨浓度变化幅度为5.39个百分点，稳定了一段磨矿浓度。同时平均浓度由74.70%提高到80.55%，有利于提高磨矿效果；二段磨矿浓度由改造前的60.88%～65.82% 变化为63.35%～65.49%， 变化幅度由4.94个百分点降低到2.43个百分点，稳定了二段磨矿浓度，平均磨矿浓度也得到提高，有利于磨矿效果的改善。

由表2可知，一段、二段旋流器给矿泵池液位自动控制改造后，一段磨矿平均细度由-0.074 mm 58.71%提高到60.85%，有利于后序磨矿和选别；二段磨矿平均细度由-0.074 mm 85.42%提高到89.01%，有利于提高铁精矿品位。

磨矿—分级自动化控制系于2017年10月改造完成，铁精矿平均品位为65.16%，较2016年改造前铁精矿品位64.82%提高了0.34个百分点。

4 结 论

和睦山选矿厂通过采用PID控制算法对磨矿—分级作业进行自动化控制系统升级改造，以稳定和提高一段、二段磨矿浓度和细度，为后续磁选选别创造良好的先决条件。自动化系统应用后，一段、二段磨矿浓度变化幅度分别由9.05，4.94个百分点下降到5.39，2.43个百分点，一段、二段平均磨矿细度由-0.074 mm 58.71%、85.42%提高到60.85%、89.01%，最终铁精矿品位由64.82%提高到65.16%，实现了升级改造目标，提高了选矿厂自动化生产水平，降低了人工成本和能耗，显著改善选厂的经济效益。