选矿厂药剂自动制备和无人值守功能探索与研究

李朝辉 李强

[摘    要]药剂制备设备作为选矿厂药剂系统的一个重要设备，主要由包药剂搅拌桶、药剂输送泵、药剂贮存槽组成。设备自动制备和无人值守功能由于受外界因素干扰过大，实现自动制备和无人值守功能所需投资较大，加之系统采用联锁较多，其维护工作量大，制约着该设备的自动制备和无人值守功能普及和实现。为此，文章介绍了一种通过使用自动化仪表采集贮存槽液位上传至DCS控制系统进行运算分析后，远程自动启动设备完成药剂制备和无人值守的方法。

[关键词]自动制备;无人值守;联锁;自动化仪表;DCS控制系统

[中图分类号]TD923.1;TD94 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–000–03

[Abstract]As an important equipment of reagent system in concentrator， reagent preparation equipment mainly consists of reagent mixing barrel， reagent conveying pump and reagent storage tank. Due to the interference of external factors， the automatic preparation and unattended functions of the equipment require large investment. In addition， the system uses more interlocking， and its maintenance workload is large， which restricts the popularization and Realization of the automatic preparation and unattended functions of the equipment. For this reason， this paper introduces a method of collecting the liquid level of storage tank by using automatic instrument， uploading it to DCS control system for calculation and analysis， and then starting the equipment remotely to complete the preparation of reagent and unattended.

[Keywords]automatic preparation; unattended; interlocking; automatic instrument; DCS control system

药剂制备系统作为选矿厂加药流程中的前端子系统，在选矿厂药剂配置和控制加药作业中起着非常重要的作用。某选矿厂药剂制备系统主要将固体粉状可溶物、液体可溶物等选矿药剂通过固定配比以达到生产要求的最优浓度需求。日常人工工作部分主要是将药剂和水按一定浓度要求混合放入搅拌桶，按照生产需求，每天仅需一段时间即可制以满足生产需求的药剂量。为了进一步提高选矿厂的自动化程度，通过DCS控制系统实现部分人工操作工作，可进一步降低岗位工作人员配置需求和实现晚班无人值守功能。

1 系统流程设计

1.1 系统流程

本系统主要通过DCS控制系统实现药剂制备在其药剂搅拌桶中的药剂液位满足选矿厂生产时，实现自动预启动搅拌桶达到预先设定启动时间要求后，其药剂输送泵（一用一备）启动将药剂输送至药剂贮存槽，使得贮存槽保持一定液位，同时在主输送泵出现故障时在条件允许下自动切换启动备用输送泵完成药剂制备工作。本系统需将贮存槽液位和药剂输送泵形成一级联锁，其次药剂输送泵和药剂搅拌桶形成二级联锁。为避免因为贮存槽液位计出现故障造成药剂满泼问题或搅拌桶中无药剂导致泵空转情况，一是增加药剂贮存槽液位计完好性判断程序，在药剂输送泵运行一段时间后，贮存槽液位无变化自动停泵，二是将输送泵运行时间作为间接判断，泵启动运行达到较长一段时间后，自动停泵。如图1所示。

1.2 系统硬件设计

系统硬件部分主要由DCS控制器、DCS數字量输出卡件、DCS数字量输入卡件、DCS模拟量输入卡件、超声波液位计、现场设备控制箱、控制线组成。现场设备控制箱主要作为设备的启/停控制，并具有远程/就地控制选择功能;超声波液位计安装于贮存槽，通过专用电缆接入DCS模拟输入卡件，将贮存槽液位信号传入DCS系统;搅拌桶和输送泵控制箱端将远程模式通过控制线接入DCS数字量输入卡件，用于判断DCS是否具备启动设备条件前提，再将远程启动设备点从通过DCS数字量输出卡件接入控制箱，用于DCS远程启动设备;DCS控制器作为系统的“大脑”，主要用于对液位信息的采集和计算，运行存储无人值守程序。

2 控制系统设计

2.1 搅拌桶和药剂输送泵控制

根据系统控制要求，搅拌桶和输送泵需具有远程/就地控制功能，设计电气控制原理如图2所示。

而在DCS端，针对搅拌桶和输送泵的控制程序对应配置程序，在无人值守模式下控制模式处于远程串级模式，无须人为干预，DCS系统可自动启停设备，其控制面板如图3所示。

2.2 贮存槽液位采集

此设计采用DCS系统自带的AI模拟量输入模块，其模拟量输入功能块原理图如图4所示：该模块内部已设定模拟量计算公式，使用时仅需要设定XD_SCALE（0～100%表示4～20 mA）值和OUT_SCALE（液位计量程），模块配置有仿真功能和滤波功能。

2.3 DCS系统介绍

DCS系统即分布式控制系统，又称集散控制系统，集过程控制级和过程监控级为一体，其主要特征是集中管理和分散控制。系统具有标准通讯协议、显示、数据处理和控制等功能的多级计算机系统，一般由控制器、I/O模块、操作站、通讯网络和用于控制程序开发和画面组态软件组成，具有可靠性强、灵活性好、易维护等特点，可实现PID、串级、模糊控制等功能，同时可方便自主开发适用于工艺控制的特殊控制算法。

2.4 无人值守DCS系统程序设计

根据无人值守系统实现流程图，在DCS系统中创建搅拌桶联锁控制程序和药剂输送泵的联锁控制程序。

（1）药剂输送泵DCS自动控制程序设计思想为：液位计处于正常状态，泵处于远程串级，实际液位低于设定值，搅拌桶启动时间达到条件且无超时报警的要求时，药剂输送泵自动启动，药剂输送泵控制程序设计如图5所示。

（2）药剂搅拌桶DCS自动控制程序设计思想为：在药剂输送泵控制模块发出搅拌桶启动命令后，当药剂搅拌桶处于远程串级模式，搅拌桶未达运行时间，无紧停信号时，搅拌桶自动启动，药剂搅拌桶控制程序设计如图6所示。

3 结论

此设计充分利用DCS控制系统的优越性，实现药剂制备工序晚班无人值守的功能，降低了岗位人员启停泵的工作量，减少了岗位人员接触危害环境的时间。在项目实施前，该岗位正常上班需要9人，项目实施后，仅需在岗5人，为选矿厂节约了人力成本，且进一步提升了选矿厂的自动化、智能化水准。

参考文献

[1] 杨娅.小型DCS远程控制系统软件设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2011.

[2] 陶海.工控系统安全防护问题对策研究[J].现代工业经济和信息化，2017，7（19）：54-55.

[3] 张志伟.絮凝剂添加自动控制系统的优化设计[J].煤炭加工与综合利用，2015（5）：37-38，41.

[4] 张广军，孙新安.耙式浓缩机药剂添加自动控制系统的开发[J].洁净煤技术，2007（1）：15-17.

[5] 潘春雷.尾矿浓缩药剂添加自动控制系统的开发[J].昆钢科技，2009（4）：17-20.