料位自动检测及自动调频远程控制在选矿生产系统尾矿输送设备上的应用

魏晋平

（甘肃厂坝有色金属有限责任公司厂坝铅锌矿，甘肃 陇南 742504）

某选矿生产系统尾矿输送泵采用的是2台200ZBD-630型离心式渣浆泵配用250kW变频电机驱动，使用情况为一用一备。在实际生产使用过程中，由于原设计不完善，2台输送泵均为现场人工通过手动调节旋钮（电位器）调整变频器输出频率控制输送泵电机的转速，或者调整输送泵进料阀门开度来保持泵池料位的安全区间。当系统作业量发生变化时，就要求根据生产量的变化进行及时的调节，而调节不及时，一方面会造成泵池料满外溢，既不利于生产同时也增加了环保压力和操作人员劳动强度，另一方面部分操作人员为了避免泵池料满外溢，始终将电机运行频率调至最高（工频），又会造成泵池经常被抽空，输送泵出现喘气震动现象，致使输送泵过流件及其他支撑传动部件产生不必要的磨损和损坏，且电动机长时间处于高频率空转状态，造成电能的巨大浪费。

1 料位的人工检测控制与自动检测控制原理对比

人工控制和自动控制对比示意图如图1所示。

图1

从示意图中可以看出，在人工调节控制过程中，要将泵池的料位保持在合理的区间，首先操作人员要根据泵池料位的变化进行目视测量，然后按照操作程序结合调节经验进行人工手动调节，最后观察调节效果，进行近一步纠偏调节，整个调节过程繁琐且耗时较长，同时频繁的调节操作极易造成调节元器件的损坏失效。若采用检测仪表和自动控制装置来代替人工控制，就成为了一个过程自动控制系统，在自动调节控制示意图中可以看出，被控量（泵池内的物料量），通过料位检测变送仪表、自动控制器、变频器、输送泵电机等设备，以电信号的测量、传输、接收、转换、比较运算、控制等过程，使矿浆输送泵的转速实时得到调整控制，以克服进入泵池物料量变化的影响，使被控变量回到设定值，最终达到泵池料位的恒定。这些自动控制装置和被控的设备组成了一个没有人直接参与的自动调节控制系统。

2 自动控制系统组成及控制过程介绍

基于以上各种弊端以及改造的必要性，结合继电控制原理及自动控制原理，充分利用当前选矿生产流程自动化控制系统中空余的点位对流程中的2台尾矿输送泵以及泵池料位的控制进行自动化控制改造，改造控制示意图如图2所示。

图2

首先，给尾矿泵池安装1台两线制超声波料位传感器①（MFU30）,并将料位传感器①测量的模拟信号引入目前生产流程自动化控制系统（可编程控制器）PLC②；将2台输送泵电机④变频器③的频率给定、频率反馈信号以及开停车、运行、故障等信号通过控制电缆与生产流程自动化控制系统PLC相连接。

然后，在生产流程自动化控制系统（可编程控制器）PLC②中，编写料位监控程序、变频控制程序以及料位对转速的相应的控制程序，实现输送泵的运行频率与泵池料位的闭环控制。

最后，在中控室工控机⑤上编写相应的控制组态画面，实现对泵池料位及输送泵电机④当前运行频率变化的实时监控，同时可以对输送泵电机频率进行远程手动控制及对泵池料位自动控制参数的修改，使泵池料位保持在稳定状态。编写泵池料位报警监控程序以及报警声光提示画面和报警装置，当出现紧急情况以及泵池料位波动较大或控制系统出现异常，泵池料位达到报警值时，系统会发出声光报警，中控室人员可根据画面监控情况做出判断，及时通知现场操作人员进行处置或转为远程手动控制，通过调速旋钮（电位器）调整控制输送泵转速，使泵池料位维持在安全范围。

控制过程：当泵池料位出现上升或下降变化时，料位传感器①将检测到的电信号传送入可编程控制器PLC②,可编程控制器PLC②通过A/D信号转换，将模拟信号转换为数字信号，送入PID调节器中按设定的运算规律进行运算并经过D/A信号转换输出相对应的模拟信号，与工控机⑤给出的设定值（即泵池料位的下限值和上限值）比较后得出反馈值。当料位传感器检测到的信号值小于或大于设定值时，设定值与反馈值的差就是PID调节器的输入信号，经过运算后即输出控制信号给变频器③，变频器③得到控制信号后自动调整输出频率下降或上升，改变输送泵电机④的转速，从而使泵池料位保持在设定范围内。当料位传感器检测到的信号值保持在设定值（下限值和上限值）范围内时，设定值与控制变量平衡，PID调节器的输入偏差信号为零，变频器③的输出频率保持不变，输送泵电机转速恒定，同时尾矿泵池料位也维持不变。

3 应用成效分析

（1）经过长时间的运行、观察、统计，在输送泵正常工作时，变频器只需输出40～43Hz左右的频率就能满足生产的需要，该项改造的投入使用在节电方面体现了较好的效果，效果对比如表1。

表1

从表1可以看出,输送泵电机实现自动调速控制后,在系统正常生产的情况下,其电流、电压都显著降低,若以每年330个工作日计，年可实现节约电能 506880kW·h，每kW·h电单价为0.52元，减少电费支出约26.36万元，节能效果显著。

（2）完全杜绝了泵池被抽空后，输送泵出现喘气震动而造成输送泵过流件、其他支撑传动部件及输送管路产生不必要的磨损和损坏。经统计计算，改造后比改造前输送使用周期平均延长了15%左右，每年节约备件费用约5.56万元。

（3）完全替代了繁琐的人工调节控制，优化了生产结构，基本杜绝了泵池料满外溢的现象，大大降低了环保压力以及操作人员劳动强度，同时对稳定生产、改善作业条件也起到积极的作用。

4 结语

节能降耗、自动化已成为行业主流，也是行业发展的主体方向。尾矿输送泵料位自动检测及自动调频远程控制改造在某矿的成功使用，所带来的效益表明，在类似负荷变化的生产系统中所使用的离心式矿浆输送泵、风机、水泵等设备均可通过料位、流量、压力等的自动检测及自动调频控制改造，来实现优化设备性能、降低生产投入、提升效益效率的目的。