CN108680606A - 一种集成式矿浆性质多参数在线监测*** - Google Patents
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Abstract
一种集成式矿浆性质多参数在线监测***，包括分别与模拟量输入输出模块相应输入端相连接的用于检测矿浆的粒度分布、浓度大小、PH值、水质硬度和流量的传感器；模拟量输入输出模块的数字量信号输出端接入可编程逻辑控制器PLC的相应输入端，可编程逻辑控制器PLC根据输入的数字量信号和程序运算最终获得矿浆参数，并通过触摸控制与可编程逻辑控制器PLC相应端口电连接的触摸屏实现历史数据查询，超限预警和动态保护；且可编程逻辑控制器PLC相应端口通过以太网模块与集控室PC上位机相连接；其中粒度和浓度传感器、PH值传感器、水质硬度传感器和流量传感器分别设置在与矿浆主管路相连接旁路罐体的相应接口处，以检测引入所述旁路罐体中的矿浆状态，实现多参数旁路在线测量。
Description
技术领域
本发明涉及矿浆检测技术领域，具体说是涉及一种集成式矿浆性质多参数在线监测***。
背景技术
相关技术中，矿浆***的稳定性是制约大多数选矿厂正常生产运行的瓶颈之一，矿浆***运行的好坏是评价选矿厂生产运行状况的关键技术指标，直接影响到选矿厂破碎磨矿作业，药剂制度，以及回水循环利用。当前，矿浆各项性质的检测十分繁琐，致使生产现场无法及时掌握矿浆性质的实时变化，使得对生产参数调整滞后，因此，矿浆***多参数在线监测是实现选矿厂自动化生产，提高分选效率，降低药剂消耗，保证产品质量的重要举措，并为选矿各作业环节提供及时可靠的生产数据，为产品保证生产正常进行有重要作用。
针对上述的相关技术中对于矿浆的各项参数难以检测的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的正是为了提供了一种矿浆多参数检测***，以至少解决选矿过程中的各项参数难以检测的技术问题。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的集成式矿浆性质多参数在线监测***包括分别与模拟量输入输出模块相应输入端相连接的用于检测矿浆的粒度分布、浓度大小、PH值、水质硬度和流量的粒度和浓度传感器、PH值传感器、水质硬度传感器和流量传感器，用于将多个模拟量信号转换为多个数字量信号；所述模拟量输入输出模块的数字量信号输出端接入可编程逻辑控制器PLC的相应输入端，可编程逻辑控制器PLC根据输入的数字量信号和程序运算最终获得矿浆参数，并通过触摸控制与可编程逻辑控制器PLC相应端口电连接的触摸屏实现历史数据查询，超限预警和动态保护；且所述可编程逻辑控制器PLC相应端口通过以太网模块与集控室PC上位机相连接；其中所述粒度和浓度传感器、PH值传感器、水质硬度传感器和流量传感器分别设置在与矿浆主管路相连接旁路罐体的相应接口处，以检测引入所述旁路罐体中的矿浆状态，实现多参数旁路在线测量。
本发明中所述旁路罐体通过管道和阀门与矿浆主管路呈水平连接，用于引入主矿浆管路中的矿浆，在检测得到所述矿浆的多个模拟信号之后，将所述旁路罐体中的矿浆引入所述主矿浆管路，旁路罐体下部开口，并安装球阀，用于排料检修。
本发明中所述粒度与浓度传感器是利用超声波衰减原理测量矿浆的粒度分布和浓度值，测量矿浆的浓度范围在0%-60%，测量矿浆的粒度分布范围在0um-200um，所述粒度与浓度传感器与所述旁路罐体上端相应接口的内螺纹旋转固定连接；所述PH值传感器为接触式PH值传感器，测量所述矿浆的PH值范围在1-14，其中，所述PH值传感器的外侧触头与所述旁路罐体下端相应接口的内螺纹旋转固定连接；所述水质硬度传感器为接触式水质硬度传感器，测量矿浆的水硬度含量的检测范围在50mg/L-700mg/L，其中，所述水质硬度传感器的外侧触头与所述旁路罐体下端相应接口的内螺纹旋转固定连接；所述流量传感器为电磁流量计，通过法兰连接在矿浆主管路上。
本发明的有益效果如下：
本发明利用多个传感器模块检测矿浆的运行状态和物理、化学性质，得到多个模拟信号，并利用模拟量模块将该多个模拟信号转换为多个数字信号，最后可以利用可编程逻辑控制器根据多个数字信号，计算得到矿浆相应的多个参数。在该实施示例中，可以利用多个传感器模块来检测矿浆的状态和性质，得到矿浆的多个参数，然后再对矿浆的各项参数进行比较分析，最终确定矿浆状态和性质是否出现异常，影响浮选效果。通过这种传感器模块检测矿浆各项参数的方式，可以快速、准确的得到各项矿浆参数，从而解决选矿过程中的各项参数难以检测的技术问题。
附图说明
图1是矿浆多参数在线测试工艺流程图。
图2是旁路罐体示意图。
图中序号：1是粒度与浓度传感器接口，2是水质硬度传感器接口，3是PH值传感器接口，4是旁路出口，5是旁路入口。
图3是矿浆多参数在线测过程示意图。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：
为便于理解本发明，下面对本发明各实施例中涉及的部分术语或名词做出解释：
PH，氢离子浓度指数，是指溶液中氢离子的总数和总物质的量的比，在本发明中是指矿浆中的氢离子的总数和测量的矿浆的比，单位为mol/L。
EPROM，Erasable Programmable Read Only Memory，是一种断电后仍能保留数据的计算机存储芯片——即非易失性的（非易失性）。它是一组浮栅晶体管，被一个提供比电子电路中常用电压更高电压的电子器件分别编程。
矿浆浓度：是指检测的矿浆中固体和水量的比值。
矿浆粒度分布:是指检测的矿浆泥浆中颗粒分布大小。
矿浆的水硬度含量：是指在检测到的每升水中含ca（钙离子）的量。
在相关技术中，矿浆的各种性质都会对矿浆的***处理情况产生影响，其中矿浆在循环利用中，较为主要的参数包括矿浆的粒度组成、浓度、PH值、硬度、流量等。对于粒度的影响包括粒度超限和泥化严重两种情况，粒度超限时，颗粒无法充分单体解离，造成浮选效果变差，分选效率降低；而泥化严重会使得矿浆中微细粒级矿泥大幅增加，影响气泡矿化过程，使浮选过程恶化；而矿浆浓度的影响则表现为若浓度过高会使颗粒得不到充分回收，浮选效率降低，并且药剂量大幅增加，对后续脱水作业带来困难；而对于PH值和硬度的对浮选的影响则更为突出。首先，在不同的pH范围内，浮选药剂才能发挥相应作用，其次，pH、水质硬度与浮选溶液中的难免离子之间会发生反应而存在动态平衡，这些离子同样会影响浮选效果好坏；流量则影响洗水平衡。因此，本发明中提出一种矿浆参数的检测***，对矿浆的各种参数进行检测，从而在矿浆参数显示矿浆的哪一项或多项参数出现异常时，及时改变矿浆的状态。
图1是本发明实施方法的工艺流程图，经碎磨、分级后达到粒度要求的矿浆，通过主管路上安装的流量传感器和旁路罐体上布置pH值、硬度、浓度等传感器。各传感器采集到的模拟量信号通过屏蔽信号线与集控室PLC连接，布线通过现场电缆桥架。通过对进入浮选***前的矿浆多参数在线监测，为浮选生产过程调整提供可靠依据。
图2 是旁路罐体，旁路罐体通过35mm长DN25不锈钢管和球阀与矿浆主管路呈水平连接，用于引入主矿浆管路中的矿浆，pH值、硬度、浓度等传感器按图示安装于罐体的两端，便于信号采集。在检测得到所述矿浆的多个模拟信号之后，将所述旁路罐体中的矿浆引入所述主矿浆管路，罐体下部开20mm口，并安装球阀，用于排料检修。
图3是本发明实施的集成式矿浆性质多参数在线监测***的示意图，如图3所示，本发明的矿浆参数的检测***包括分别与模拟量输入输出模块相应输入端相连接的用于检测矿浆的粒度分布、浓度大小、PH值、水质硬度和流量的粒度和浓度传感器、PH值传感器、水质硬度传感器和流量传感器，用于将多个模拟量信号转换为多个数字量信号；所述模拟量输入输出模块的数字量信号输出端接入可编程逻辑控制器PLC的相应输入端，可编程逻辑控制器PLC根据输入的数字量信号和程序运算最终获得矿浆参数，并通过触摸控制与可编程逻辑控制器PLC相应端口电连接的触摸屏实现历史数据查询，超限预警和动态保护；且所述可编程逻辑控制器PLC相应端口通过以太网模块与集控室PC上位机相连接；其中所述粒度和浓度传感器、PH值传感器、水质硬度传感器和流量传感器分别设置在与矿浆主管路相连接旁路罐体的相应接口处，以检测引入所述旁路罐体中的矿浆状态，实现多参数旁路在线测量。
本发明中所述旁路罐体通过管道和阀门与矿浆主管路呈水平连接，用于引入主矿浆管路中的矿浆，在检测得到所述矿浆的多个模拟信号之后，将所述旁路罐体中的矿浆引入所述主矿浆管路，旁路罐体下部开口，并安装球阀，用于排料检修。
本发明中所述粒度与浓度传感器是利用超声波衰减原理测量矿浆的粒度分布和浓度值，测量矿浆的浓度范围在0%-60%，测量矿浆的粒度分布范围在0um-200um，所述粒度与浓度传感器与所述旁路罐体上端粒度与浓度传感器接口1的内螺纹旋装固定连接；所述PH值传感器为接触式PH值传感器，测量所述矿浆的PH值范围在1-14，其中，所述PH值传感器的外侧触头与所述旁路罐体下端PH值传感器接口3的内螺纹旋装固定连接；所述水质硬度传感器为接触式水质硬度传感器，测量矿浆的水硬度含量的检测范围在50mg/L-700mg/L，其中，所述水质硬度传感器的外侧触头与所述旁路罐体下端水质硬度传感器接口2的内螺纹旋装固定连接；所述流量传感器为电磁流量计，通过法兰连接在矿浆主管路上。
更具体说，本发明针对矿浆循环过程中参数难以监控的问题而开发出一套用于矿浆粒度组成、浓度、PH值、硬度、流量性质在线监测***，实现现场对矿浆性实时监测。实现矿浆生产过程中多参数在线数据反馈，并具有历史查询功能、数据导出、超限预警等功能；为矿浆澄清循环再利用，以及煤泥脱水或后续处理提供有力保证。在不同的传感器检测到矿浆的参数模拟信号后，可以将参数模拟信号发送至模拟量输入输出模块，模拟量输入输出模块将参数模拟信号转换为数字信号，然后将该数字信号发送至PLC、CPU模块中，CPU模块经过处理可以将检测数据发送至触摸屏，触摸屏可以设定参数。而CPU模块还可以将处理过的检测数据发送至以太网模块，从而通过以太网模块将数据发送至集控室上位机中，供上位机分析使用。
本发明中的粒度和浓度传感器选用基于超声衰减原理的在线粒度/浓度检测仪，能在严酷环境下实现在线测量矿浆的粒度分布和浓度。可提供具有31个粒度分布区间的详细的粒度大小和粒度分布值，可测量粒径从几纳米到数百微米的颗粒，并且在31个测量点之间可任意插值。可以直接测试固液比达到60%的高浓度浆料。可对矿浆中颗粒粒径分布和矿浆浓度进行全面的分析。所得数据信号通过4-20mA的信号方式传输到PLC再进行集中处理。
粒度浓度传感器测试主要特点：
a．直接测量。不同浓度颗粒大小实时在线粒度分析和控制。
b．可适应复杂的工况环境。能经受较强外力冲击何高紊流环境，对酸、碱和高离子浓度液体有较好耐腐蚀性，能经受100摄氏度以内温度的变化；能在恶劣的条件下长期工作。
c．分析速度快。在1分钟之内完成取样、测试、数据统计和处理整个测试过程（每秒种测试2000个数据），并及时将结果反馈给主控室。
d.根据不同的使用环境，可采用不同的安装方式。能与其余检测传感器兼容安装。
本发明中的pH值传感器能够精确测量矿浆中的PH值，具有RS-485通讯接口，可转换RS-232，4-20mA电流输出对应的PH值可以任意设定，PH/ORP电极采用低阻抗玻璃敏感膜制成，PH检测仪在线实时检测溶液pH值，输出4-20mA电流信号，测量范围pH（0-14PH）。
本发明中的水质硬度传感器采用水硬度选择电极法（ISE法），具有RS-485通讯接口，对矿浆的水硬度含量进行连续在线检测，在得到检测信号，输出4-20mA电流信号值模拟量输入输出模块。
本发明中的流量计可以选用电磁流量计，与矿浆管路管径相同的标准法兰连接，流量信号以脉冲的形式输出，可实现信号与PLC***配合使用，流量传感器对水流量进行连续在线检测，输出4-20mA电流信号。
（2）PLC控制及相关硬件
PLC及其相关硬件是对矿浆性质参数检测的计算和在线显示的核心，其中模拟量输入输出模块（模拟量模块）与PLC控制部分包括以下部分：
可选的，电源模块选用CPU22、模拟量模块EM235、以太网模块CP243-1、触摸屏提供24V直流电。
另外，PLC控制部分选用西门子PLC CPU222，西门子PLC CPU222是检测矿浆性质参数计算的核心，当CPU222接收到模拟量模块传送的信号后，就会根据PLC程序对相关信号数据进行处理，并将处理的结果输送到触摸屏和远程集控室PC上位机。CPU222本机数字量点数为8DI/6DO，最大可连接的扩展模块数是2个，能够满足本矿浆检测***的要求。
优选的，模拟量输入输出模块选用EM235接收传感器，以接收模拟量信号，将其转换成数字量信号，并将数字量信号传送到CPU222。
可选的，以太网模块可以选用CP243-1，该CP243-1是西门子提供的一种通讯处理器，它可用于将S7-200***连接到工业以太网中，与光纤通讯相结合就可实现远程通讯。
显示部分可以是西门子HMI触摸屏使用像素图形显示屏，可以清晰显示过程，使用触摸屏实现直观操作，配备所有必要的基本功能，如警报记录、配方管理、绘图、矢量图形和语言切换，通过集成的以太网接口或带有RS485/422的单独型号，可以连接到控制器。
（3）编程软件
本发明实施例中编程工具分别采用STEP7-Micro/WIN、WinCC flexible2008、组态王Kingview6.55三个编程软件，分别用于编程PLC程序、触摸屏程序和集控室PC上位机程序。
STEP7-Micro/WIN，基于Windows操作***，为用户开发、编辑、调试和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。
WinCC flexible2008是应用于从小微面板触摸屏到PC的可视化，能够高效组态用户界面以操作和监视生产设备及其生产过程。
组态王能够实现本***矿浆性质在线监测与选矿厂自动控制***的软件互联，能够兼容诸如西门子PLC、三菱PLC等各种控制器，可提供可视化的监控画面，利用Windows对图形进行编辑的强大功能，并且其监控画面可以以动画的方式生动形象的显示粒度分布、浓度、流量、pH值、水质硬度的实时状态。它还具有报警窗口、实时趋势曲线等，可生成各种实际工业生产中所需要的报表。
集控室PC上位机与PLC通讯采用工业以太网通信，采用双纤单模收发器和CP243-1以太网模块相结合组成远程信号传输***来完成信号的远程传输，实现了集控室对现场的远程监测与控制。
本发明中浓度与粒度传感器、pH值传感器、水质硬度传感器通过旁路，将主矿浆管路通过6分管球阀控制引入直径20mm×40mm封闭罐体内，罐体上分别开口22mm内丝与浓度与粒度传感器、pH值传感器、水质硬度传感器固定，测量后罐体内被测矿浆回流入主矿浆管路，矿浆旁路罐体与主矿浆管路呈水平安装。
另外，在本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
Claims (3)
1.一种集成式矿浆性质多参数在线监测***，其特征在于：它包括分别与模拟量输入输出模块相应输入端相连接的用于检测矿浆的粒度分布、浓度大小、PH值、水质硬度和流量的粒度和浓度传感器、PH值传感器、水质硬度传感器和流量传感器，用于将多个模拟量信号转换为多个数字量信号；所述模拟量输入输出模块的数字量信号输出端接入可编程逻辑控制器PLC的相应输入端，可编程逻辑控制器PLC根据输入的数字量信号和程序运算最终获得矿浆参数，并通过触摸控制与可编程逻辑控制器PLC相应端口电连接的触摸屏实现历史数据查询，超限预警和动态保护；且所述可编程逻辑控制器PLC相应端口通过以太网模块与集控室PC上位机相连接；其中所述粒度和浓度传感器、PH值传感器、水质硬度传感器和流量传感器分别设置在与矿浆主管路相连接旁路罐体的相应接口处，以检测引入所述旁路罐体中的矿浆状态，实现多参数旁路在线测量。
2.根据权利要求1所述的集成式矿浆性质多参数在线监测***，其特征在于：所述旁路罐体通过管道和阀门与矿浆主管路呈水平连接，用于引入主矿浆管路中的矿浆，在检测得到所述矿浆的多个模拟信号之后，将所述旁路罐体中的矿浆引入所述主矿浆管路，旁路罐体下部开口，并安装球阀，用于排料检修。
3.根据权利要求1所述的集成式矿浆性质多参数在线监测***，其特征在于：所述粒度与浓度传感器是利用超声波衰减原理测量矿浆的粒度分布和浓度值，测量矿浆的浓度范围在0%-60%，测量矿浆的粒度分布范围在0um-200um，所述粒度与浓度传感器与所述旁路罐体上端相应接口的内螺纹旋装固定连接；所述PH值传感器为接触式PH值传感器，测量所述矿浆的PH值范围在1-14，其中，所述PH值传感器的外侧触头与所述旁路罐体下端相应接口的内螺纹旋装固定连接；所述水质硬度传感器为接触式水质硬度传感器，测量矿浆的水硬度含量的检测范围在50mg/L-700mg/L，其中，所述水质硬度传感器的外侧触头与所述旁路罐体下端相应接口的内螺纹旋装固定连接；所述流量传感器为电磁流量计，通过法兰连接在矿浆主管路上。
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