有色冶金选矿厂破碎工序自动化控制方案设计及实践

尹久发

（云南锡业研究院有限公司，云南个旧 661400）

进入本世纪，可持续性发展战略已成为资源性产业的头等大事，选矿行业作为资源性产业重要的组成部分，必须面对“持续”和“发展”这两大问题。“发展”的压力来自市场的竞争，“持续”的压力来自矿产资源的不可再生。随着我国经济的发展，选矿企业必须不断提高生产技术、降低生产成本，在行业竞争中保持领先地位。在发达国家的选矿厂，上个世纪末已基本实现了全流程的计算机控制，使得这些企业经久不衰。这就要求用科学的发展思维，采取高科技手段，利用有限的资源，追求企业利益最大化。有色冶金选矿厂在实施选矿过程全流程自动化控制方面，在国内外工厂中已进行全流程自动化控制技术升级改造，得了显著成果，并取得较好经济效益。实践证明，只有采取高科技手段，用信息技术、自动化技术改造企业，才会使企业快速走上振兴之路，才会使企业在激烈的市场竞争当中立于不败之地。本文通过对云锡几个有色冶金选矿厂实施生产过程自动控制系统的升级改造中，认为选矿厂破碎工序工艺较为成成熟。具备实施自动化控制系统改造条件，通过方案论证。设计出一套在选矿厂破碎工序实现自动化控制的方案技术路线，并在几个选矿厂进行实施，自动化控制系统运行正常，安全可靠，降低生产成本，提升选矿厂自动化控制技术水平。

1 选矿厂破碎工序工艺简述

有色冶金选矿厂生产工艺一般主要流程是：破碎为三段一闭路流程，粗碎采用鄂式破碎机中碎、细碎采用圆锥破碎机，筛分采用园振筛、中碎、细碎采用圆锥破碎机，筛分采用园振筛磨矿采用二段磨矿分级工艺，一段磨矿分级产品进入二段磨矿流程，磨矿流程结束后进入选别工序，最终实现选矿厂精矿产品输送。破碎工序是有色冶金选矿厂矿物入选前重要工序，选矿厂的破碎工序工艺流程为：矿山运来的矿石进入原矿仓，经过不同用途1#至11#皮带转移到各种储料仓。原矿仓的矿石经棒条给料机输送给鄂式破碎机进行粗碎。粗碎产品经1#、7#、2#皮带运输到中碎矿仓，经3#皮带给入中碎机进行中碎。中碎产品经5#皮带给入园振筛，筛上产品经6#、11#皮带运输到细碎矿仓。细碎矿仓的矿石经4#皮带给入细碎机进行细碎。细碎产品经5#皮带返回筛分矿仓，形成细碎筛分闭路；筛下产品经8#、9#皮带运输到球磨粉矿仓，完成破碎工序作业生产。选矿厂破碎工序自动化控制系统方案见图1。

2 选矿厂破碎工序自动化控制系方案设计及组成

2.1 选矿厂破碎工序自动化控制技术指标

针对选矿厂破碎工序生产工艺的特点，破碎工序生产过程自动化控制主要指标是：（1）破碎工序生产全过程自动化控制，实现无人或尽量降低现场操作人员。（2）实现破碎工序生产过程各种量纲及生产设施运行状态安全监控，确保生产设备安全运行。（3）实现破碎工序生产过程各种设备满负荷生产，如破碎机的挤满式给矿控制，提高生产产量，提高劳动生产力。

2.2 破碎工序自动化控制系统功能

根据选矿厂破碎工序工艺流程特点，系统设计主要功能有（1）实现原矿仓、中碎矿仓、细碎矿仓、粉矿矿仓的料位检测、显示、报警与粉矿仓布料控制；（2）实现进料1#皮带金属探测与报警；（3）通过中碎、细碎破碎机负荷检测，与给矿皮带变频形成闭路连锁控制，实现挤满给矿的目的；（4）通过与破碎机自带PLC 通讯实现破碎机工作状态的监视，完成保护报警等功能；（5）实现碎矿工艺过程中各主要输送皮带、电气设备的逻辑控制与逻辑连锁；（6）实现破碎工艺过程中各主要皮带的防跑偏、监测、报警以及大功率皮带电流监测；（7）实现中、细破碎、筛分作业的优化平衡控制及相关工艺过程的自动分析、故障判断、历史资料归档、事故报警、故障保护等功能。

图1 选矿厂破碎工序自动化控制系统组成流程图

2.3 破碎工序自动化控制系统特点

通过生产实践，破碎工序自动化控制系统具有如下特点。

（1）系统可靠性高：系统核心设备采用平均无故障时间较长、易于维护的设备，控制系统设备选用当前国内外大中型企业的实际使用的成熟设备，辅助设备采用通用设备，便于现场人员的使用与维护。

（2）控制技术先进：系统采用DCS 控制系统，主控单元采用模糊控制＋常规控制实现（FUZZY ＋PID），并采用复杂控制回路的自适应模糊PID 控制技术来设计智能优化控制系统。

（3）实用性强：针对中国国内的厂情，选取工艺过程的关键环节进行控制。同时对原有工艺不需要作任何改造，安装调试不影响生产。系统具有自动、控制室内软手动或自动、现场手动三类控制方法。

（4）直接经济效益突出：一次投资少、见效快，回收周期短。一次投资，多年受益。系统运行后、提高矿石破碎粒度合格率和金属回收率，降低后续磨矿工序球耗、电耗及衬板等消耗，避免故障的发生。

（5）易于系统扩展：系统提供必要的接口，能够接入不同标准的现场设备，兼容范围广，为厂级管理、过程自动控制设计了必要软件接口与界面。

（6）操作方便：系统在保证自动控制的前提下，可实现系统局部与全部的自动、软手动和手动操作等多种操作方式。

（7）间接效益显著：为企业管理提供了准确的数据，提高企业的管理水平。真正实现节能降耗，挖掘设备潜力，提高设备作业率，降低岗位工人劳动强度与难度，提高劳动生产率。

3 生产实践

本系统已应用在云南、山东等几个大型有色冶金选矿厂进行，运行结果显示：一般一个3000～8000t/年有色金属选矿厂破碎工序，日处理矿石满负荷情况下可达10000多吨物料，不加自动化控制控制系统前，需要30多人进行不同岗位操作，每天处理各种设备故障在5台套以上，并且还伴随发生部分操作员工及设备安全事故3%机率可能性；增加破碎工序自动化控制系统后，整个工序生产设备及生产过程均实现自动化控制和监控，生产岗位操作人员只需要3～5人，生产人工成本下降70%，生产过程及设备满负荷率提高30%，设备故障率降低80%，人员及设备安全事故率可降至0.1%以下，同时优化破碎工序作业，提高整个工序的作业能力及效率和产品的合格率。企业生产过程自动化水平及安全文化水平显著提高、效益显著。

4 结束语

（1）对有色冶金选矿厂破碎工序实现自动化控制，工艺路线及控制技术成熟，具有较强生产实践性和应用前景。

（2）控制系统通过对设备监测与设备安全管理，达到保障设备安全运行，减少设备故障停机时间，提高设备作业率及生产过程负荷率。

（3）通过实施自动化控制，显著减少破碎工序生产过程污染，降低人工成本、改善现场作业环境及生产人员劳动强度，实现清洁文明生产，显著提高企业现代化水平。

（4）通过运用自动化系统，可使企业劳动生产率50%以上，降低企业生产成本，对有色冶金选矿企业降本增效，提高企业经经济效益提出重要路径。

碎矿矿工序自动化控制是直接应用于有色冶金选矿生产过程的一项全新技术，通过全生产过程自动化，信息化和全流程过程生产人员设备操作行为、运行状态、运行参数检测和过程闭环反馈控制。它能高效提升有色冶金选厂产品质量、降低能降和成本，特别在降低有色冶金选矿厂破碎系统安全事故，提高生产效率方面不论在硬件和软件起关键技术支撑，对国内有色冶金矿山企业相关破碎工序提升自动化水平具有一定参考价值，为有色冶金选矿厂实现自动化管理和现代化科学管理发挥重要作用。