双线圈电磁流量计在选矿中的应用

邵 林

(安徽冶金科技职业学院 安徽马鞍山 243000)

钢铁冶炼企业的选矿车间一般流程为破碎、筛分、磨矿和选别等几个重要生产环节，现在国内矿山大都存在厂区环境较差、电气自动化水平偏低，采用人工手动给矿，操作人员观察矿浆的粒度和浓度，最后通过人工判断负荷进行水路调节。由于人工调节缺乏实时性，系统运行不稳定，容易使磨机出现“胀肚”与“空腹”现象，致使整个磨选工艺系统稳定性偏差。因此对选矿车间实施电气自动控制非常必要。 同时，由于选矿车间生产工艺的特点，大功率电气设备多，比如破碎机与磨机，破碎机甚至为高压电气设备，作为厂区环境的干扰源，如电磁干扰、强信号干扰、大型用电设备控制信号干扰，因此必须采取有效防干扰措施，才使系统能够正常稳定运行。 目前结合国内选矿厂电气自动化运行情况和大红山铁矿的实际工艺流程，我们设计了基于双线圈的电磁流量计，该系统能及时掌握生产工艺流程的运行工况和参数变化，能有效优化生产流程，保证生产稳定、安全运行，并能够降低生产运行成本，提高生产管理水平，对大红山铁矿的生产具有重要的意义。

1 双线圈电磁流量计的特点

1.1 双线圈电磁流量计物理结构

双线圈电磁流量计的结构如下图1所示。我们采用1个电磁激发线圈和2个电磁接受线圈，当电磁激发线圈发出励磁脉冲信号后，将分别在两个接受的电磁线圈中产生相应的感生电动势。

图1 双线圈电磁流量计结构图

1.2 双线圈电磁流量计工作过程

首先设定第1个接收电磁线圈感应电动势最大值的时刻为t1，第2个接收电磁线圈感应电动势最大值的时刻为t2，两个感应线圈实际间隔分别为s1和s2，被检测矿浆样本的流速为vs。

(1)

2 大红山铁矿流量计

2.1 电磁流量计通讯协议

电磁流量计的通讯接口为RS485，设置波特率为9600，数据起始位为1位，数据位为8位，采用偶校验为1位，停止位为1位， 通信协议为MODBUS-RTU标准协议，如表1所示。流量计为从机，只有收到主机正确的命令帧才会应答。主机发送命令帧周期应大于50 ms，流量计响应时间不大于15 ms。

通讯协议如表2所示：主机向流量计发送数据：02 05 data1 data2 sum 03 (所有字节为十六进制数)02 起始字节05 流量计机号data1 data2 为任意数sum为校验和 (所有数累加后取补)03 停止字节例如：02 05 00 00 F6 03流量计向主机发送数据：02 05 data1 data2 data3 data4 data5 data6 data7 data8 data9 data10 data11 data12 sum 03 (所有字节为十六进制数)。

表1 主机至从机信息结构

表2 从机相应信息数据结构

2.2 双线圈电磁流量计仿真分析

双线圈电磁流量计仿真波形如图2和图3所示。双线圈电磁流量计相当于两个单线圈电磁流量计。现假定单线圈电磁流量计由于励磁脉冲引起的误差为δ，则单线圈电磁流量计的流速计算公式为：

(2)

由式2可知，采用双线圈进行补偿计算，能够消除励磁电流本身引起的系统误差。

图2 双线圈流量计理论检测波形

图3 双线圈流量计实际检测波形

2.3 矿浆流速计算

由于励磁线圈电流(ilc)为三角波脉冲，则最大励磁线圈电流为顶点位置，现设定励磁线圈电流达到最大值时的激发时间t1，由电磁感应原理我们可以得到如下公式：

(3)

(4)

其中Φ为矿浆被磁化样本的磁通，N为被检测的电磁线圈匝数。

3 流量计设计程序

为了使流量计的抗干扰能力增强，同时便于安装调试和封装，我们采用单片机作为系统的信号采集和处理单元，单片机实现部分程序如下所示：

MAIN:

mov WDTCN, #0DEh

mov WDTCN, #0ADh

disable watchdog timer

mov sp,#stack

mov SFRPAGE, #0

call ClearRam_wait1ms

mov FILTER_pointer,#0h

mov dptr,#test_time

clr a

mov a,dph

mov Time_pointerH,a

mov Time_dptrh,a

mov a,dpl

mov Time_pointerL,a

mov Time_dptrl,a

call PortWorkspaecInit

call DeviceInit

call Display_wait;dispaly "please wait"

call Delay_wait

call LCD12864_DISPLAY;display 0000...

4 总结

根据大红山铁矿矿浆生产工艺流程，本文设计的双线圈电磁流量计能够克服单线圈电磁流量计由于本身励磁电流引起系统误差，有效地提高了系统的测量精度。在实际的生产检测过程中，双线圈电磁流量计同时也存在一些问题，比如两个接收线圈相对物理位置的选择对系统测量精度的影响，如果相对距离近了，不利于系统测量精度的提高，距离选择远了，由于紊流等检测因素的影响使得矿浆磁化样本产生电磁发散现象。因此，选取合适的双线圈相对物理位置和优化矿浆样本数据是我们将来要进行电磁流量计研究的发展方向。