浅析丰山铜矿自动加药系统的应用

潘华南

（大冶有色金属有限责任公司丰山铜矿，湖北黄石 435232）

0 概述

合理的加药机制是提高选矿生产能力的重要途径之一。实际生产中，传统加药作业主要是依靠工人手工操作，劳动强度大，同时受现场客观条件的限制，标准性差，不能实时监控，很难按已确定的最佳配比来添加药剂，导致各种药剂的配比不够精准。针对选矿加药设备设计PLC（可编程控制器）自动加药控制系统，根据给矿量确定加药量，并通过电磁阀的每分钟开启次数和开启时间来控制药剂添加量。系统采用三菱PLC作为主控单元，可有效提高系统运行的可靠性与精确性。采用特制的电磁阀为加药执行元件，以确保系统的安全稳定运行。

1 自动加药系统的组成结构及工作原理

自动加药系统以PLC为加药控制核心，以计算机为主控制器，通过KVM（键盘、显示器、鼠标）延长器将键盘鼠标视频同步延长，一套人机交互系统在配药室，另一套人机交互系统安装于远端的控制室，并以电磁阀为系统的加药执行机构，利用计算机对整个加药系统进行数据分析、处理和操作的一种远程定量加药设备（图1）。

图1 计算机自动加药机系统基本结构

该装置主要是依据孔口流的基本原理以及间断性的加药方式（PWM 即 Pulse－Width Modulation，脉冲宽度调制方式），在一定周期内首先将一定量的药剂间断地加入到缓冲器，然后再通过管道连续地输送到相应的加药点。为保证药箱内药剂的恒定，在药剂箱内设置了浮球阀，当药剂通过电动执行阀给药时，可以确保相同时间内流出相同的药剂。最后通过PLC来控制执行阀，确保在加药周期内只要保持相同的给药时间就可以实现每次的给药量相同。因此，只需要改变周期内给药时间即可调节给药量的多少。

2 系统扩展

如果需要进一步提高控制系统性能，可进行相应的功能扩展。根据经费、系统控制可靠性和精度要求，控制系统增加了3个扩展区。

（1）扩展区1——视频监控系统。本区增加了1台录像设备、1台交换机、若干个摄像头、电缆和摄像头用电源适配器（最多15个摄像头）对药箱的液位进行监视，也可以对浮选槽的状况进行监视。交换机通过RJ45网络电缆把计算机与监控录像机连在一起，工作人员通过计算机显示器就可以观测到各监视点的状况。本项改进增加的费用约10 000元人民币。

（2）扩展区2——液流检测系统。本区增加了最多48个红外液流检测开关对液流是否存在进行检测，检测的开关信号送入PLC。PLC在基本的控制程序的基础上增加液流状态逻辑判断处理程序来对加药状态进行判断，同时将加药状态送给计算机，进行进一步的判断和处理。本项改进增加的费用约5000元人民币。

（3）扩展区3——药液流量检测与控制系统。为了提高加药的控制与计量精度，减小药箱液位对加药流量的影响，本区最多增加31对流量控制器与超声波流量计。计算机通过RS485网络总线对流量控制器与超声波流量计进行监控，使计量与控制更准确。在计算机程序基本的监控程序基础上，对流量控制器与超声波流量计进行监控和处理。每一对系统的增加费用约5000元人民币。

3 设备安装

PLC、固态继电器、电源均安装在控制柜内，KVM延长器的发送器与计算机一起安放在加药室，与计算机的键盘、鼠标和VGA（视频图像适配器）接口相连（图2）。加药阀安装在加药箱下部侧面的球阀上，通过电缆与控制柜的输出接线端子连接。

图2 加药阀安装位置

扩展区1的录像设备、交换机、摄像头用电源适配器安放在加药室，摄像头安装在监视现场，通过电缆与录像设备相连，操作人员通过计算机的显示器观察现场运行情况。扩展区2的红外液流检测开关安装在电磁阀附近，对液流是否存在进行检测，检测的开关信号通过信号电缆送入PLC的输入端。扩展区3的流量控制器安装在控制柜内，通过RS485网络总线与计算机相连，流量控制器的控制输出与固态继电器的输入相连；超声波流量计安装在电磁阀附近，其通过RS422总线与流量控制器相连。

加药箱液位控制阀如图3所示。其中，阀体为DN25 mm，采用水平安装方式阀体应不超过过滤网板。进药管端头应有锥管外螺纹（对DN40 mm 管为ZG1英寸），以便安装液位控制阀。

4 自动加药系统的功能特点

利用PLC中的高速定时器以及比较判断节点，可以实现电磁阀的通断电控制功能，人机对话在加药室和远端均可操作。在选矿厂的实际生产中，自动加药机能够实现4个功能。

（1）每点流量数控。在安装过程中应选取一定的执行阀通电时间，然后在加药箱液面稳定的状态下，用量筒测量出执行阀放出的药剂量并将数据送入PLC。当个点数据传送完毕后，PLC开始投入使用。此外，遇到系统突然断电或者停车时，PLC内的数据可以储存下来。

（2）工艺指令限量。当输入的数据超出规定上下限流量时，所输入的数据系统会自动视为无效数据，并发出提示，仍会依据原给定值运行。

（3）给药箱液位报警功能。如果由于各种原因，如管路堵塞抑或其他原因导致进入量与给出量不符，液面发生上升或下降变化时，药箱内的液位检测系统会发出报警信号，并显示出相关的给药箱。

（4）自动放药功能。当给药箱中的药剂液面低于设定液位值或者药液离开高位一定时间时，系统将自动打开放药阀；否则系统将自动关闭放药阀。

5 自动加药系统实际应用分析

在选矿厂投入运行后，对实际生产情况进行分析可知，自动加药系统对选矿过程中的技术管理、运行稳定性、节能降耗及减低工人劳动强度等都起到积极作用，具体表现有3个方面。

（1）降低药点流量的数控误差。经实际测量分析，平均误差<3%，远高于人工控制的精度。

（2）浮球阀的自动化控制药剂功能有效解决了人工操作导致的给药箱断药或满药的问题。

（3）自动加药系统还能提供给加药点的趋势曲线，便于技术人员制定相应的措施，进而实现药剂科学化、制度化的管理。

6 结束语

目前PLC自动加药系统已广泛应用于各矿产企业，经实际生产应用可知，该加药系统便于操作，故障率低，能够节能降耗、提高选矿回收率。

图3 液位控制阀结构

［1］罗瑞，张自红.PLC和组态王在选矿加药控制系统中的应用［J］.中国科技信息，2009（4）：123－124.

［2］李克鹏，王彬，李金梁.基于PLC自动加药系统在选矿厂的应用［J］.价值工程，2017，36（23）：215－216.