基于PLC的立环高梯度磁选机矿浆液面自动控制系统

徐少华 何健全

(广州粤有研矿物资源科技有限公司)

基于PLC的立环高梯度磁选机矿浆液面自动控制系统

徐少华 何健全

(广州粤有研矿物资源科技有限公司)

立环高梯度磁选机矿浆液面对选别指标影响大，而人工控制液面稳定性差、可靠性低、人力成本高。提出了一种基于PLC的立环高梯度磁选机矿浆液面自动化控制方案，从PLC控制部分、液面监测部分与行程控制开关和阀门三个方面对系统进行了阐述。最后指出，矿浆液面自动化控制系统因显著优势，在提升立环高梯度磁选机选别效果方面具有推广应用价值。

PLC 立环高梯度磁选机 矿浆液面 自动化控制

立环高梯度磁选机是利用磁力、重力、脉动流体力等合力连续分选微细粒弱磁性矿物的高效磁选机，目前已普遍应用在国内外矿山进行黑色金属矿选别和有色金属矿除铁。矿浆液面是分选过程中的一个关键参数。矿浆液面过低，无法全部漫过分选介质，不但造成分选介质浪费，而且介质行程变短缩短选别时间，降低分选效果；矿浆液面过高，既容易溢出包裹铁轭，造成矿浆损失和设备、厂房污染，又导致介质吸附过于饱和，多余矿浆则随尾矿排出，大大降低回收率。另外，矿浆液面高低也会对脉动力产生影响。因此，立环高梯度磁选机选别过程中合适、稳定的矿浆液面非常重要。

目前，矿浆液面高度大都通过人工手动控制，操作难度大，可靠性差，人工成本高，不利于选别指标的稳定和选矿成本的降低，实现立环高梯度磁选机矿浆液面的自动控制显得十分迫切。生产过程自动化、智能化控制技术的发展，使其成为可能。利用可编程控制器(PLC)进行数据对比处理和信号输出控制，结合超声波液面自动检测设备、自动控制阀门来控制立环高梯度磁选机矿浆液面，保证液面在设定范围内实现连续、稳定、可靠的自动化控制。

1 立环高梯度磁选机的工作原理和矿浆液面控制

1.1 工作原理

立环高梯度磁选机主要由激磁线圈、铁轭、转环机构、脉动机构及给卸矿装置等组成。图1是SSS-I-3000型立环高梯度磁选机示意图。工作原理为：直流电通入激磁线圈，在铁轭包裹的分选区内产生均匀感应磁场，转环机构带动磁介质连续均匀的进出磁场，磁介质表面产生高梯度磁场。矿浆从上部给入，通过铁轭进入到分选区。此时进入分选区的磁介质吸附磁性矿物，并随转环运动至无磁场的顶部区域，在卸矿水冲洗作用下卸矿；非磁性颗粒则在重力、脉动流体力作用下穿过下部铁轭，并在下部分离排出[1]。

图1 SSS-I-3000型立环高梯度磁选机示意

1.2 矿浆液面控制

人工控制液面矿浆是利用二通管引出矿浆液面至溢流箱，通过测量溢流箱内液面高低。如果高度值不在允许范围内，则操作脉动斗底部管夹阀手柄，控制阀门开关大小，以调节液面高低。一般需2个工人分别进行液面高度测量和底部阀门调节。虽然该方法操作简单，但现场肉眼观察测量值精度较差，阀门调节也辛苦。生产要求实时监控矿浆液面，人工成本高昂。因此，实现立环高梯度磁选机矿浆液面自动化控制，不仅使现场操作人员摆脱枯燥、辛苦的测量和调节工作，合理安排人力资源，也能提高企业生产效率，降低成本[2]。

2 矿浆液面自动控制方案

基于可编程控制器(PLC)，提出一种立环高梯度磁选机矿浆液面自动控制系统。基本方案为：利用二通管原理，在脉动斗侧壁引出矿浆至溢流箱内。在箱体上部安装超声波物位计，设定参考基点R0，利用超声波反射来实时监测溢流箱内液面高度，同时将数据实时反馈给中央控制系统。根据磁选机性能和现场矿浆性质，确定合理的初始液面高度(相对于基点)并给出允许误差的上下限值Lmax和Lmin，并输入PLC中。生产时，比对反馈高度R与设定高度R0。当二者差值在允许范围内，控制阀门不动作；当差值ΔR低于允许下限Lmin时，表示此时液面高度低于正常高度，则发出控制信号关小阀门，提升液面，直至超声波物位计采集到的信号显示高度与设定高度差值符合要求时，停止阀门的动作；当反馈高度大于设定高度时，发出开大阀门控制信号，降低液面，直至高度差值符合要求时，停止阀门动作。带行程控制开关的自动控制阀门控制阀门开关大小，同时具有反馈阀门开度大小数据到PLC控制系统并显示给操作人员的功能。阀门开度达到最大值而液面依旧高于设定许可值时，矿浆通过溢流装置外溢，引发报警；阀门开度最小(关死)液面仍低于设定高度时，则不再对阀门发出控制信号。

综上所述，设计出立环高梯度磁选机的液面自动控制方案，见图2。首先在PLC控制器中预设R0，Lmin,Lmax值，计算实时液面位置R与R0差值ΔR。ΔR≤Lmin时，PLC发出关小阀门信号，升高液面；ΔR≥Lmin时，PLC发出开大阀门信号，降低液面。反复动作，直至Lmin≤ΔR≤Lmax，PLC不发出动作信号。

图2 立环高梯度磁选机矿浆液面自动控制方案示意

在该系统实施时中，应该注意：①超声波液面数据采集时间设定要合理，必须大于一次阀门动作时间；② PLC控制器中具体的ΔR算法应采用阶梯函数。根据现场调试的数据和要求，利用增量开度控制每次阀门调节的动作幅度。如在-10+Lmin≤ΔR≤Lmin时，发信号给行程控制开关关小10%的开度，在-20+Lmin≤ΔR≤Lmin-10时，发信号给行程控制开关关小20%的开度。

3 自动控制硬件

从图2可以看出，立环高梯度磁选机矿浆液面自动控制方案主要包括PLC控制部分、液面监测部分、行程控制开关及阀门。

3.1 PLC控制部分

PLC控制部分是整个系统的核心，是分析处理的关键硬件。整个PLC控制系统采集的是R数据，根据ΔR大小输出三类控制信号：正向(关小阀门)、负向(开大阀门)、0(不动作)。

3.2 矿浆液面监测部分

使用一部超声波物位计来实现矿浆液面监测。超声物位计传感器采用PVDF聚合材料，适用于各种矿山选厂的矿浆液面监测；测量范围为0.25～5.0 m，能实现连续精确测量，测量误差控制在0.25%以内；工作温度为-40～60 ℃，输出电流信号4～20 mA。超声物位计自身配有液晶显示屏，方便现场读取液面高度数据，而采集数据的时间可以自由设定。

3.3 行程控制开关及阀门

行程控制开关及阀门是系统的动作部分，根据PLC信号进行可靠稳定的动作响应。行程控制开关及阀门见图3。从图3可以看出，行程控制开关及阀门包括闸阀、双向气动执行机构、行程控制开关以及气体过滤器。行程控制开关及阀门采用进口产品，保证系统稳定可靠运行。行程控制开关根据检测到的PLC控制器发出的动作控制信号，使用五步开关程序来控制压电阀，进而调节进入双向夹管的气流量，调节阀门开度大小。行程控制开关可以利用微处理器来确定双向气动执行机构的零点、最大行程、作用方向及定位速度，同时开关自身还配有位置反馈模块，反馈其双向气动执行机构的行程位置参数至中控系统，方便操作人员了解阀门的真实动作情况。

图3 行程控制开关及阀门

4 结 论

(1)立环高梯度磁选机矿浆液面对选别指标影响较大，目前国内外矿浆液面多采用人工控制，存在着操作难度大、可靠性差、人工成本高的缺点。

(2)提出了立环高梯度磁选机矿浆液面自动控制的系统方案，包括PLC控制部分、液面监测部分和行程控制开关及阀门3个模块。该系统可实现矿浆液面控制实时精确控制，稳定性好，操作简便，人力成本低，切实可行。立环高梯度磁选机矿浆液面自动化控制系统的优势明显，将成为今后立环高梯度磁选设备的重要组成部分和发展方向。

(3)在实际生产中，影响立环高梯度磁选机矿浆液面的因素很多，不确定性大，还有很多因素需在生产实践中发现并改进。

[1] 赵 明，许丽敏，钟森林.SSS-I-2500型高梯度磁选机的研制及工业应用[J].矿山机械，2011,39(1):92-95.

[2] 谭 妍，孔祥宏.结晶器液面控制系统在宝钢4号连铸机的应用[J].连铸，2009(6):44-46.

2015-09-11)

徐少华(1986—)，男，工程师，硕士,510650 广东省广州市天河区长兴路363号。