自动控制在长距离矿浆管道输送中的应用

2016-08-12唐建文长沙有色冶金设计研究院有限公司湖南长沙410000

低碳世界 2016年13期

关键词：隔膜泵搅拌器长距离

唐建文（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南　长沙　410000）

自动控制在长距离矿浆管道输送中的应用

唐建文（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙410000）

随着经济的发展，长距离矿浆管道输送在矿山行业中应用越来越多。为实现对长距离矿浆输送管道的自动控制，本文阐述了该系统的总体组成结构、各部分功能及自动控制原理。

自动控制；长距离；管道输送

前言

在我国的西部偏远山区，存在着大量尚未开发的矿山资源，这些矿山资源处在崇山峻岭中，交通条件极其恶劣。出于对自然环境的保护，这些矿山资源一般不允许就地加工冶炼，而是需要运输到已建成的冶炼厂来加工处理。冶炼厂一般距离矿山遥远。如何经济、高效地将矿山资源进行运输至冶炼厂处理，最大程度上减少对自热环境的污染，是开发矿山资源都会遇到的世界性难题。

采用管道加压长距离输送矿浆的方式应运而生。采用管道长距离输送矿浆有明显的优势，输送能力大，管道埋在地下不会过多的涉及征地的问题，输送过程不受天气条件的影响，比汽车运输投资低等。由于矿浆输送管道埋在地下，且敷设在野外，因此不可能采用人工监测维护。如何保证整个长距离矿浆管道输送系统安全、高效的运行，自动控制有着不可替代的作用，自动控制实现隔膜泵的自动启停及变频调速，以及工艺过程的一系列操作。

1　工艺概述

矿浆经外部管线送至矿浆搅拌器，矿浆搅拌器搅拌配置一定浓度的矿浆，配置好后矿浆送至喂料泵，在喂料泵出口监测矿浆浓度，浓度不合格回流至矿浆搅拌器重新配置矿浆，浓度合格后送至三台隔膜泵加压输送，三台隔膜泵并列运行，输送至矿浆总管，最后经矿浆总管通过外部越野管线输送到终端消能阀门站，矿浆经过消能处理后流至矿浆储存池。

2　自动控制系统的组成及原理

自动控制是一门古老的学科，极大的促进了人类发展，随着计算机技术的出现，使得自动控制技术进入到一个新的发展阶段。长距离矿浆管道输送技术一出现就和自动控制技术紧密的联系在一起。长距离矿浆管道输送要求采用全自动智能控制的运行模式，对管道系统运行的各种工作状态（正常工况，矿浆沉降，管道堵塞，水锤等）进行实时监测，分析，预报和风险控制。各类操作与控制完全在中央控制室进行，实现全自动控制和智能化管理。如图1为长距离矿浆管道输送自动控制系统的组成，主要包括首站即隔膜泵房站、压力监测站、尾站即终端消能阀门站。

图1　自动控制系统的组成

3　控制功能及其实现

在长距离矿浆管道输送系统中，采用PLC计算机控制系统的目的，除了采集现场信号外，还要实现一些特定的控制功能，这些控制功能的完成可以满足整个管道输送工艺过程自动化生产的需要，有效降低操作人员的工作强度，减少生产的运行成本，提高整个管道输送系统的生产管理水平。主要的控制功能如下：

3.1隔膜泵的优化控制

在长距离矿浆管道输送系统中，通常采用隔膜泵输送矿浆。隔膜泵的优化控制是整个管道输送系统中的重点和难点。隔膜泵的控制功能设计一般由隔膜泵厂家和变频器供货商实现，主要包括变频器的控制和隔膜泵的本体控制。

通过PLC控制柜控制变频器，从而来控制的隔膜泵的启动及变频调速。当有多台隔膜泵并列运行时，变频器还需实现对隔膜泵运行的相位控制。由于隔膜泵输出的矿浆是脉冲式的，当多台隔膜泵同时运行时，必须控制好各台隔膜泵的启动间隔，使得各台隔膜泵输出的矿浆流波峰与波谷叠加，从而让矿浆总管输出的矿浆流是一条平滑的直线。如果没有做好隔膜泵的相位控制，当各台隔膜泵输出的矿浆流波峰与波峰叠加时，矿浆总管便会输出更不均匀的脉冲流，压力极不稳定，甚至会因为瞬间压力过高使得矿浆管道破裂。隔膜泵本体上需要监测轴承振动，油压油温等一些仪表参量，只有当PLC控制系统监测到这些参量在正常范围之类，隔膜泵才允许启动，当运行过程中，只要发生振动过大，油压油温过高或过低，PLC控制系统将自动让隔膜泵停机或禁止启动。

3.2矿浆输送控制系统

矿浆输送控制系统主要包括矿浆搅拌器、喂料泵，终端消能阀门站的联锁控制。通过监测喂料泵出口的矿浆浓度值，判定矿浆浓度是否适合管道输送，如果浓度过高或过低，输送管道的阀门自动快速关闭，回流管的上阀门快速打开，矿浆将会经过回流管进入到矿浆搅拌器再次搅拌配制矿浆。喂料泵是用来给隔膜泵供应矿浆，喂料泵的运行随着隔膜泵的调速控制而变化。

由于矿浆是高压输送，当矿浆到达终端时，矿浆存在较大的压力，矿浆进入矿浆池之前必须经过消能处理。PLC控制系统根据终端消能阀门站前矿浆管道的压力大小，自动开启相应的阀门，合理选择消能孔板来消除矿浆残存的压力。

3.3SCADA系统

SCADA系统主要由压力监测系统组成，包括系统软件和应用软件。PLC控制系统厂家自带来系统软件，即开发平台，能对生产工艺进行连续过程控制、顺序控制、数据采集、数据通信等功能。应用软件由设计人员在开发平台上自主开发完成，按照管道输送系统的工艺要求，开发出具有特定功能的控制软件。根据尾矿输送的要求，完成的主要功能如下：管道压力监，矿浆搅拌槽液位监测与联锁控制，管道矿浆浓度检测与联锁控制，外部越野管道压力监测，过压报警，管道矿浆浓度监测与控制。

4　自控仪表选型及系统设置

4.1自控仪表选型

自控仪表是工业控制系统的眼睛，生产过程中的任何工艺控制功能都离不开自控仪表。在长距离矿浆管道输送系统中需要设置一定数量的自控仪表来监测工艺过程参量，由于矿浆是坚硬的固体颗粒与水的混合物，要求各类自控仪表需具有很强的耐磨性能；而隔膜泵的出口压力高达10MPa，要求自控仪表需具有很强的耐高压力性能。在矿浆搅拌器设置一台雷达液位计，用来监测矿浆搅拌器的液位，选用德国科隆测量仪器公司的雷达液位计，型号为OPTIWAVE 6300 C，要求：两线制，喇叭型天线，法兰连接，仪表外壳：不锈钢。在喂料泵的出口、隔膜泵的进出口、压力监测站及终端消能阀门站进口设置多台压力变送器，选用ABB公司生产的264系列压力变速器，要求：两线制，填充液：硅油，安装法兰口径为DN50，外壳材质为不锈钢，在气温-25.4℃时能正常工作，且具有良好的防震性能。在喂料泵出口总管与终端消能阀门站进口各设置一台矿浆浓度计，用以监测矿浆浓度是否满足输送要求，由于矿浆浓度高，需采用核辐射浓度计才能达到较高的精度，选用美国热电公司生产的型号为Density PRO的矿浆浓度计，要求：电源为220VAC，放射源为Cs137，且具有良好的密闭性。

4.2系统设置

控制系统是整个长距离矿浆管道输送系统的大脑，自控仪表的监测数据都传输到控制系统，控制系统根据这些监测数据分析管道系统的运行状况，在合适的时刻发出控制指令，使得喂料泵、隔膜泵及各个阀门按照生产工艺的要求运行。

控制系统选用AB（罗克韦尔）自动化控制系统，罗克韦尔自动化有限公司是全球最大的致力于工业自动化与信息化的公司，致力于帮助客户提高生产力，以及世界可持续发展。整个控制系统设置一个中央控制中心，即隔膜泵泵房主控制室，作为操作监控中心。管道上各个自控仪表的监测控制信号将通过光纤传输到隔膜泵房主控制室，在主控制室实现对整个长距离矿浆管道输送系统的进行控制。