朱颖舟
（安徽铜冠〈庐江〉矿业有限公司，安徽 庐江 231500）
【摘 要】沙溪铜矿330万吨/年选矿项目采用北京矿冶研究总院设计的选矿自动化控制系统，通过采用仪表、自动装置、FCS（现场总线控制系统）、电子计算机等技术和设备，对选矿生产设备状态和选矿生产流程状况实行监测、模拟、控制，实现选矿生产的高效和安全。本文从磨矿、浮选、浓缩脱水、尾矿输送、FCS、工业视频监控等几个方面对自动化控制系统进行说明，为同类矿山建设提供参考依据。
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关键词 选矿；自动控制；FCS；视频监控
1 项目概况
安徽铜冠（庐江）矿业有限公司沙溪铜矿330万吨/年选矿项目主要包括矿石储运、磨矿分级、选别分离、浓缩过滤、尾矿输送等选矿生产过程，具体包括上述工程范围内的电气设备自动化控制、过程参数检测及分析、设备集成、工艺过程控制及优化、网络通讯、生产管理平台接口设计以及选矿工艺的工业视频监控系统等内容。
矿山原矿的物质组成复杂，性质多变，而且含腐蚀性及对人体有害物质，设备类型多、能耗大，选矿车间潮湿、多尘，震动大。实现选矿自动化可以提高有用矿物回收率、产品质量和劳动生产率，增加企业的经济效益，改善劳动条件，降低生产成本，实现生产的高效和安全。
2 系统组成
本系统是一套由软件和硬件组成的系统，负责将全选矿厂设备（含设施）的信息和控制集成在一个平台下，从而使这些设备和设施按照生产要求运行和调整。其中包括三层设备和三层网络：
2.1 三层设备
执行层：现场设备（传感器、执行器、分析仪、机电一体化大型设备等）；
控制层：控制设备（PLC控制器、第三方设备控制器等）；
监控层：监控层通常采用C/S结构，数据集中采集，分发处理。
2.2 三层网络
控制网：现场设备与控制设备之间的通信连接；
监控网：控制设备与操作设备之间的通信连接；
WLAN网：基于WIFI的无线数据传输网络，由数据发布服务器、无线基站和智能手机组成。
下图为选矿综合自动化系统架构图：
3 选矿过程检测与控制
沙溪铜矿选矿过程包含磨矿、浮选、浓缩脱水、尾矿输送四个方面，所有设备及检测仪表均可连入选矿FCS系统，实现统一集中管理，以中央控制室的集中自动控制为主，辅以单机集中操作及机旁就地操作，远程自动和就地手动控制方式可以无扰切换。
3.1 磨矿
沙溪铜矿采用半自磨+球磨+顽石破碎的SABC流程进行磨矿作业，井下粗碎后的矿石进入选矿，先经半自磨处理后，进入振动筛进行筛分，筛上产品进入顽石破碎，经顽石破碎后返回半自磨，筛下产品进入旋流器分级，旋流器沉砂进入球磨机进行第二段磨矿，旋流器溢流进入浮选。该流程可以适应大部分中等及以上硬度矿石，且具有流程简化，初期投资低的优点。
考虑矿仓的布料方式和振动给料机下矿口的布置，安装雷达料位计以检测原矿仓、半自磨给矿仓、顽石破料仓的料位分布情况。在皮带上的矿石落矿点位置安装电子皮带秤，用来计量矿石量。磨机的负荷检测一直是磨矿自动检测的一个重点和难点，本次我们在半自磨机和球磨机筒壁各安装1套磨机振动监测系统，及1套磨机衬板磨损监测系统用来检测磨机负荷，同时安装功率变送器，用于测量磨机的功率。通过在管道上安装电磁流量计和调节阀，用来检测与调节前给水流量和砂仓冲洗水流量。在泵池上方安装雷达液位计检测磨机泵池的液位，以保证磨机的用水自动控制。在水力旋流器上分别安装压力变送器、电磁流量计、差压式浓度计用来进行检测其分级压力、流量、浓度，同时在矿浆管道上安装一次取样器，样品流进入分析单元测量粒度和品位。在所有渣浆泵的前后安装开关阀、冲洗水阀以及水封水管路流量开关，减少停泵时管道压死的情况发生，保证渣浆泵的安全运行。
系统具备设备监控与预警功能，能实现原矿输送、碎磨全流程一键开停车控制。生产过程具备以下联锁控制功能：
泵池液位与渣浆泵（液下泵）的联锁；
矿仓料位和矿仓进料皮带、下料机的联锁；
胶带运输机、磨机等设备过载与生产流程的联锁；
设备异常或者故障与生产流程的联锁；
生产开停车与各控制回路的联锁。
3.2 浮选
沙溪铜矿浮选分为铜浮选和铁浮选，铜浮选流程为：一次粗选，三次扫选、二次精选，精选产出含铜21%的铜精矿。铁选别流程为：对选铜尾矿进行磁选，采用磁粗选-再磨-二次磁精选工艺流程，可得到含铁63%的铁精矿。
在选矿总用水管上安装电磁流量计和气动开关阀，用于测量和控制水量，在风管上安装压力变送器和气体流量计来检测浮选机供风风机的出口压力和流量。铜粗选入选矿浆pH检测，通过安装pH计实现，并通过搅拌桶石灰乳添加管路上的电动管夹阀调节石灰乳流量以控制矿浆pH值。旋流器进浆浓度检测通过在泵池内安装差压式浓度计实现，因泵池存在分层问题，需要选择合适的浓度计和检测点。其他如磨机负荷检测、给水控制、水力旋流器状态检测、渣浆泵前后给水控制等与磨矿控制方案一致。
浮选机的液位控制，能够直接影响到浮选指标的好坏，当生产波动频繁而控制回路调节不及时的时候，整个浮选流程的液位则呈现出一种“动荡不安”，浮选生产指标恶化，产品回收率大大降低。本系统采用浮选液位协同优化控制技术，能够较好地实现整个浮选流程的液位稳定。考虑浮洗槽具有较大的缓冲能力和惯性作用，为了提高单个液位回路的响应能力，将液位的主要干扰因素作为前馈输入给控制器，控制器针对干扰因素的变化提前做出响应，是提高单个液位回路响应能力的有效方法。浮选液位协同控制的目标不是某个作业的稳定，而是要保证整个浮选流程的多个作业串联成一个单元的稳定性。
3.3 浓缩脱水
铜精矿浓缩脱水采用浓缩+过滤两段脱水流程，来自铜精选浮选机的矿浆经浓密机浓缩后，再经陶瓷过滤机压滤后得到最终铜精矿。铁精矿浓缩脱水也采用浓缩+过滤两段脱水流程，来自联体磁选机的矿浆经铁浓密机浓缩后，再经陶瓷过滤机压滤后得到最终铁精矿。
铜、铁浓密机均自带PLC控制系统，能够完成浓缩机主、辅机设备的连锁控制、起停控制、自动提降耙、远程和就地控制的切换、状态检测及显示、故障诊断及报警等控制功能；能够与FCS系统通过Profibus-DP实现实时的数据交换，接受FCS系统远程对浓缩机的开、停车指令后完成相应工作并上传各种状态信息。
陶瓷过滤机状态监测与控制通过PLC实现。铜、铁精矿浓密机的放矿渣浆泵转速和铜精矿搅拌槽的液位构成连锁，防止冒槽。铜、铁精矿搅拌槽的液位下限与陶瓷过滤机给矿泵构成连锁，防止空打，陶瓷过滤机的给矿泵和陶瓷过滤机构成连锁。陶瓷过滤机的工作状态与称重皮带机的工作电流、转速构成连锁，监测陶瓷过滤机的运行是否正常。
3.4 尾矿输送
尾矿自流进入深锥浓密机，经过浓缩后的尾矿浓度为70±2%，使用渣浆泵泵送至充填站用于井下充填，当井下不能充填时，深锥浓密机底流浓度为55%，泵送进入尾矿输送泵，用尾矿输送泵（隔膜泵）输送至尾矿库。
深锥浓密机和尾矿输送泵均自带PLC控制系统，具备扩展性和兼容性，具备故障提示和数据储存功能。设备本体自带泥床质量、底流排放流量、底流排放浓度、溢流浊度、电机过载、欠压、缺相、接地、油位、油温、油压、泵进出口压力、泵运行速度、隔膜破裂等检测、显示和保护功能。通过采用Profibus-DP现场总线实现所有信号与FCS实时的数据交换。
4 FCS
沙溪铜矿选矿自动化FCS基于美国GE 3i冗余控制系统，包括硬件平台、网络系统、系统软件、工具软件和应用软件的集成，集参数检测、数据采集、过程控制和多媒体信息传输、交换、存储和利用为一体。系统包括生产工艺、生产管理、设备管理、先进技术等方面内容，充分考虑数据安全性问题，控制器、通讯模块均采用1：1冗余配制。系统硬件具有防震、防尘等功能，CPU模块、IO模块和通讯模块支持热插拔功能。
系统提供的基本功能包括：图形制作功能、控制组态功能、程序监控功能、事故报警功能、故障诊断功能、数据记录功能、报表打印功能、网络通讯功能、权限管理功能、仿真测试功能等。
监控层设备主要包括工程师站、操作员站和服务器等，主要放置在中央控制室内，实现数据的显示、存储、交互和发布。执行层设备采用PLC控制器作为设备监控系统的数据采集单元，PLC控制器集成通讯接口或扩展通讯模块，通过Profibus-DP和Modbus-RTU协议与厂级控制系统控制层的现场总线连接。
5 工业视频监控系统
工业视频监控系统是生产管理和安全的一个补充手段，其作为选矿全流程自动控制系统的一个辅助手段，可为控制系统功能的发挥起到重要作用。工业视频系统通常对以下地点和设备进行监视：
重点监控大设备，如半自磨机、球磨机等；
容易出现故障的地点，如皮带下料口等；
具有高度安全风险的地点，如药剂库；
人不易经常去的地方，如高位水池、浓密机泵房等；
为保障系统开停车需要监控的地点和设备，如长皮带等。
工业视频系统包括三个子系统：前端视频图像采集系统，中央控制室大屏幕监视系统（24块，46寸LCD显示单元），各车间和办公楼LED大屏幕系统，有枪式摄像机27台，球型摄像机7台，共34个监测点。如图2。
系统通过以太网传输前端采集图像，对于较远的地方，采用适合远距离传输的光缆。各车间的图像信号也通过以太网向中央控制室传输数据。在中央控制，通过核心交换机采集前端接入层交换机的数据。中央控制室的数据通过监控平台软件在监控PC进行管理和显示，同时通过解码器解码输出按照需求在大屏幕进行显示。
6 结束语
当今，我国金属矿山面临资源枯竭、品位降低、安全技术条件差、自动化水平相对落后的局面。当锄头、铁锹作为生产工具都能维持企业盈利时，技术只是锦上添花，当我们已经竭尽全力，企业还在盈亏平衡点徘徊时，只有新技术才能雪中送炭。沙溪铜矿选矿自动化控制系统，必定能为企业安全高效生产提供有力保障。
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参考文献
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［3］李晓岚,曾云南.选矿自动化技术的新进展[J].金属矿山,2006,06.
［责任编辑：刘展］
