CN111686928A - 一种旋流器给矿压力自动控制***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋流器给矿压力自动控制***及方法，其特征在于：所述的控制***包括相关设备管道、仪表和PLC控制器，所述的控制方法，采用所述的控制***，其特征在于包括以下步骤：一、输入计算公式；二、输入P₀、P₁₀、Q₀和C₀，计算k₀；三、采取P₁、Q和C的数据计算P；四、比较P与P₀的偏差，若|P‑P₀|小于允许误差，则返回步骤三；若|P‑P₀|大于允许误差，则进入步骤五；五、计算与P对应的k，判断后指令开启或关闭一台旋流器，六、令k＝k₀返回步骤三。优点是：无需补加水，通过调节启闭台数来控制给矿压力稳定，保证了溢流和沉砂浓度稳定，有利于后续作业，且操控简单，成本较低。

Description

一种旋流器给矿压力自动控制***及方法

技术领域

本发明属于选矿厂旋流器给矿压力控制技术领域，具体涉及一种旋流器给矿压力自动控制***一种旋流器给矿压力自动控制***及方法。

背景技术

水力旋流器是利用离心力场分离不同粒度混合物的分级设备,也是很好的浓缩和脱泥设备。由于旋流器具有结构简单、操作方便、生产能力大、分级效率较高、无转动部件、占地面积小和易于实现自动控制等优点，它在选矿厂的分级和浓缩作业得到广泛应用。在大型选矿厂，旋流器通常是以4～8台配置成旋流器组来进行生产的，旋流器组的给矿通常采用动压或静压给矿，目前以动压给矿为多数，生产中，由于泵池液面不稳，渣浆泵泵送的矿浆经常出现“喘气”现象，因此旋流器的给矿压力经常处于不稳定状态。旋流器的产品是以细粒级为主的溢流产品和以粗粒级为主的沉砂产品，溢流浓度和沉砂浓度是评价其工作效果的一项重要指标，溢流浓度过高过低都会影响后续选别作业，沉砂浓度过高过低也都会影响后续磨矿等作业，因此稳定旋流器溢流浓度和沉砂浓度非常必要。研究表明，影响旋流器产物浓度的决定性因素是旋流器给矿口处的给矿压力和给矿浓度。实际生产过程中旋流器给矿流量和给矿浓度的变动经常出现，甚至会出现旋流器堵塞等故障，这些都会造成旋流器给矿口处的给矿压力和给矿浓度发生波动，从而导致旋流器溢流浓度和沉砂浓度不稳定，影响生产。

为了解决保证旋流器给矿压力稳定这一问题，研究人员对如何控制旋流器给矿压力和给矿浓度做了许多研究工作。

申请号为201610644520.5的发明专利公开了一种确定旋流器给矿压强的方法，该方法利用三维建模软件对旋流器内部流场进行分析，探究了不同给矿压强下旋流器内料浆的流动情况，从而确定出最佳给矿压力。

申请号为201010524567.0的发明专利公开了一种水力旋流器的自动控制装置及其控制方法，该方法利用可编程控制器实现了对旋流器的入口矿浆浓度、入口管路压力和泵池液位的自动控制；但是此方法需要向泵池内补加水，会改变矿浆的原始浓度，对旋流器溢流浓度和沉砂浓度的稳定产生影响，也为后续作业的稳定操作增加了难度。

申请号为201920050277.3的实用新型专利提出了一种使旋流器稳定工作的控制***，该***通过调节与泵池相连的矿浆泵的转速和补加水来调节旋流器的给矿浓度和给矿压力。此控制***较为复杂，且同样需要向泵池内补加水，同样会改变矿浆的原始浓度，对旋流器溢流浓度和沉砂浓度的稳定产生影响，也为后续作业的稳定操作增加了难度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种旋流器给矿压力自动控制***及方法，通过自动调节旋流器启闭台数来控制旋流器给矿压力保持稳定，保证了旋流器溢流浓度和沉砂浓度指标的稳定，对后续作业稳定操作有利，而且无需补加水，操控简单，成本较低。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明的一种旋流器给矿压力自动控制***，包括PLC控制器，其特征在于：包括设置在料浆输送主管道上的流量表、浓度计和压力表，设置在每根料浆输送支管上的电动阀，所述的流量表、浓度计、压力表和电动阀均与PLC控制器连接。

本发明的一种旋流器给矿压力自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在料浆输送主管道上安装流量表、浓度计和压力表，在每根料浆输送支管上的电动阀，并将所述的流量表、浓度计、压力表和电动阀均与PLC控制器连接；

步骤二、输入理论计算公式

将下述理论计算公式输入PLC控制器，具体包括：

公式(1)和公式(2)中，

其中：

P—旋流器给矿口处压强计算值，MPa；

k—旋流器开启台数，台；

P₁—料浆输送主管道压力表截面处压强，即压力计表示数，MPa；

Q—料浆输送主管道内料浆流量，即流量计表示数，m³/h；

C—料浆浓度，重量百分比浓度，即浓度计表示数，％；

ρ—料浆密度，kg/m³；

g—重力加速度，m/s²；

S₁—料浆输送主管道压力表处的截面积，m²；

S—旋流器给矿口截面积，m²；

ρ_真—物料的真密度，kg/m³；

∑H_f—单台旋流器能量损失，m；

步骤三、输入P₀、P₁₀、Q₀和C₀，根据公式(4)、公式(5)、公式(6)和公式(2)，计算k₀

P₀为旋流器给矿口压强设定值，Q₀为料浆输送主管道内料浆设定流量，C₀为料浆设定浓度，P₁₀为在P＝P₀、Q＝Q₀、C＝C₀时的料浆输送主管道压力表截面处压强、k₀为在P＝P₀、Q＝Q₀、C＝C₀、P₁＝P₁₀时所开启的旋流器台数，将P₀、P₁₀、Q₀和C₀代入公式(4)、公式(5)、公式(6)和公式(2)，计算得到k₀值；

步骤四、根据公式(1)计算旋流器给矿口处压强P

PLC控制器采取料浆输送主管道压力表截面处压强P₁、料浆流量Q和料浆浓度C数据，然后将k＝k₀代入，根据公式(1)计算旋流器给矿口处压强P；

步骤五、比较P与P₀的偏差

若ΔP＝|P-P₀|小于≤允许误差，则返回步骤四；

若ΔP＝|P-P₀|大于＞允许误差，则进入步骤六；

步骤六、PLC控制器将步骤三计算得到的P值代入公式(4)、公式(5)、公式(6)和公式(2)，计算与P值对应的k值，

若k－k₀＞0

则PLC控制器发出指令k＝k₀+1，开启一台旋流器的电动阀，然后进入步骤六；

若k－k₀＜0

则PLC控制器发出指令k＝k₀－1，关闭一台旋流器的电动阀，然后进入步骤六；

步骤七、令k＝k₀，返回步骤四。

本发明的控制原理简介

如图1所示，公式(1)、公式(2)、公式(4)、公式(5)和公式(6)的推导过程如下：

一、柏努利方程

选取料浆输送主管道上压力表处截面为第一截面，单台旋流器给矿口处的截面为第二截面，以第一截面为零势能面，根据能量守恒定律得到柏努利方程如下：

其中：

Z₁，Z₂分别为第一截面和第二截面处压头；

P—旋流器给矿口处压强，MPa；

P₁—料浆输送主管道压力表截面处压强，即压力计表示数，MPa；

ρ—料浆密度，kg/m³；

g—重力加速度，m/s²；

U₁-料浆输送主管道压力表截面处料浆流速，m/h；

U₂-旋流器给矿口处料浆流速，m/h；

k-旋流器开启台数，台；

∑H_f-单台旋流器能量损失，m；

公式(7)中，料浆输送主管道压力表截面处料浆流速U₁和旋流器给矿口处料浆流速U₂分别可以用公式(8)和公式(9)表示：

公式(8)和公式(9)中：

Q-料浆输送主管道内料浆流量，即流量表示数，m³/h；

S₁-料浆输送主管道压力表截面处的截面积，m²；

S-旋流器给矿口截面积，m²；

公式(7)中，料浆密度ρ与物料的真密度和料浆浓度有关，具体关系表达式如下：

公式(3)中：

ρ_真-物料的真密度，kg/m³；

C-料浆浓度，重量百分比浓度，即浓度计表示数，％；

二、建立旋流器给矿口处压强P与旋流器开启台数k的关系式

在公式(7)中，选取第一截面和第二截面处于同一高度，此时Z₁＝Z₂＝0，然后将公式(8)和公式(9)代入公式(7)，变形整理后可得到旋流器给矿口处压强P与旋流器开启台数k的关系公式(1)

三、建立旋流器开启台数k与旋流器给矿口处压强P的关系式

将公式(3)代入到公式(1)中，变形后得到公式(10)如下：

求解公式(10)，可得旋流器开启台数k与旋流器给矿口处压强P的关系式如下：

其中，

与现有技术相比，本发明的优点是：

(1)本发明克服了通过向泵池外加补水来控制旋流器给矿压力的缺点，即补加水了改变旋流器的给矿浓度，从而改变了旋流器溢流产品和沉砂产品的浓度，影响后续作业的稳定操作和效果；本发明通过调节旋流器开启台数来控制旋流器给矿压力，无需向泵池外加补水来控制旋流器给矿压力，能够维持旋流器给矿浓度稳定，从而保证了旋流器溢流产品和沉砂产品浓度指标的稳定，对后续作业稳定操作有利。

(2)本发明操作控制简单快速，当给矿流量(即主管道内流量Q)、给矿浓度(C)和给矿压力(P)发生变化时，PLC控制***可以自动地调节旋流器开启的台数，将旋流器给料压力稳定在允许范围之内；当旋流器组中的1台或几台旋流器发生故障时，PLC***能够及时地作出反应，增加旋流器开启的数量，保障生产的正常进行。

(3)本发明整个控制过程依靠PLC的控制功能，无需添加其它额外的设备和设施，容易实现且成本低廉。

附图说明

图1为本发明的控制***结构原理示意图。

图2为图1的俯视示意图。

图3为本发明的PLC控制方法流程结构框图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

如图1～图3所示，本发明的一种旋流器给矿压力自动控制***，包括PLC控制器，其特征在于：包括设置在料浆输送主管道上的流量表、浓度计和压力表，设置在每根料浆输送支管上的电动阀，所述的流量表、浓度计、压力表和电动阀均与PLC控制器连接。

包括泵池5、输送泵6、料浆输送主管道4、料浆输送支管组和旋流器组，所述得料浆输送主管道4连接泵池5和料浆输送支管组，在泵池5边侧的料浆输送主管道4上设置有输送泵6，所述的旋流器组包括4～8台旋流器7，每根料浆输送支管8与一台旋流器7给矿口对应连通，所述的控制***还包括流量表1、浓度计2、压力表3、电动阀9和PLC控制器10，所述流量表1、浓度计2和压力表3均设置在料浆输送主管道4上，所述的电动阀9设置在每根料浆输送支管8上，所述的流量表1、浓度计2、压力表3和电动阀9均与PLC控制器10连接；

本发明的一种基于启闭台数调节旋流器给矿压力的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在料浆输送主管道上安装流量表、浓度计和压力表，在每根料浆输送支管上的电动阀，并将所述的流量表、浓度计、压力表和电动阀均与PLC控制器连接；

步骤二、输入理论计算公式

将下述理论计算公式输入PLC控制器10，具体包括：

公式(1)和公式(2)中，

其中：

P—旋流器7给矿口处压强计算值，MPa；

k—旋流器7开启台数，台；

P₁—料浆输送主管道4压力表截面处压强，即压力计表示数，MPa；

Q—料浆输送主管道4内料浆流量，即流量计表示数，m³/h；

C—料浆浓度，重量百分比浓度，即浓度计表示数，％；

ρ—料浆密度，kg/m³；

g—重力加速度，m/s²；

S₁—料浆输送主管道4压力表处的截面积，m²；

S—旋流器7给矿口截面积，m²；

ρ_真—物料的真密度，kg/m³；

∑H_f—单台旋流器7能量损失，m；

步骤二、输入P₀、P₁₀、Q₀和C₀，根据公式(4)、公式(5)、公式(6)和公式(2)，计算k₀

P₀为旋流器7给矿口压强设定值，Q₀为料浆输送主管道4内料浆设定流量，C₀为料浆设定浓度，P₁₀为在P＝P₀、Q＝Q₀、C＝C₀时的料浆输送主管道4压力表截面处压强、k₀为在P＝P₀、Q＝Q₀、C＝C₀、P₁＝P₁₀时所开启的旋流器7台数，将P₀、P₁₀、Q₀和C₀代入公式(4)、公式(5)、公式(6)和公式(2)，计算得到k₀值；

步骤四、根据公式(1)计算旋流器7给矿口处压强P

PLC控制器10采取料浆输送主管道4压力表截面处压强P₁、料浆流量Q和料浆浓度C数据，然后将k＝k₀代入，根据公式(1)计算旋流器7给矿口处压强P；

步骤五、比较P与P₀的偏差

若ΔP＝|P-P₀|小于≤允许误差，则返回步骤四；

若ΔP＝|P-P₀|大于＞允许误差，则进入步骤六；

步骤六、PLC控制器10将步骤三计算得到的P值代入公式(4)、公式(5)、公式(6)和公式(2)，计算与P值对应的k值，

若k－k₀＞0

则PLC控制器10发出指令k＝k₀+1，开启一台旋流器7的电动阀9，然后进入步骤六；

若k－k₀＜0

则PLC控制器10发出指令k＝k₀－1，关闭一台旋流器7的电动阀9，然后进入步骤七；

步骤七、令k＝k₀，返回步骤四。

实施例：

本发明的一种基于启闭台数调节旋流器给矿压力的控制方法，某铁矿选矿厂旋流器组由规格为Φ660的8台旋流器组成，采用如权利要求1所述的控制***，其特征在于所述的控制方法包括以下步骤：

步骤一、计算公式所需固定参数值，与计算公式一起输入PLC控制器10

根据设备管道配置选择和矿石性质可以确定计算公式所需固定参数如下：

S₁—料浆输送主管道4压力表处的截面积，0.1425m²；

S—旋流器7给矿口截面积，0.0137m²；

ρ_真—物料的真密度，3100kg/m³；

∑H_f—单台旋流器7能量损失，0.10m。

计算公式所需检测参数包括：P₁为料浆输送主管道4压力表截面处压强，即压力计表示数，MPa；Q为料浆输送主管道4内料浆流量，即流量计表示数，m³/h；C为料浆浓度，重量百分比浓度，即浓度计表示数，％。

计算公式的计算参数包括：P为旋流器7给矿口处压强计算值，MPa；k为旋流器7开启台数，台。

步骤二、确定初始旋流器开启台数k₀

根据现场旋流器组处理的矿量及最佳工艺参数可以确定初始旋流器开启台数k₀

给定P₀＝0.15为旋流器7给矿口压强的设定控制值，Q₀＝1000为料浆输送主管道4内料浆设定流量值，C₀＝58为料浆设定浓度值，P₁₀＝1.00为在P＝P₀、Q＝Q₀、C＝C₀时的料浆输送主管道4压力表截面处压强值，将P₀、P₁₀、Q₀和C₀代入公式(4)、公式(5)、公式(6)和公式(2)，计算得到在P＝P₀、Q＝Q₀、C＝C₀、P₁＝P₁₀时所开启的旋流器台数值k₀，k₀＝6，见表1：

表1初始旋流器开启台数k₀

参数	P<sub>0</sub>(MPa)	P<sub>10</sub>(MPa)	Q<sub>0</sub>(m<sup>3</sup>·h<sup>-1</sup>)	C<sub>0</sub>(％)	k<sub>0</sub>(台)
						最佳值	0.15	1.00	1000	58	6

步骤三、根据公式(1)计算旋流器7给矿口处压强P

PLC控制器10采取料浆输送主管道4压力表截面处压强P₁、料浆流量Q和料浆浓度C数据，然后将k＝k₀代入，根据公式(1)计算旋流器7给矿口处压强P；

步骤四、比较P与P₀的偏差

若ΔP＝|P-P₀|≤0.02，则返回步骤三；

若ΔP＝|P-P₀|＞0.02，则进入步骤五；

步骤五、PLC控制器10将步骤三计算得到的P值代入公式(4)、公式(5)、公式(6)和公式(2)，计算与P值对应的k值，

若k－k₀＞0

则PLC控制器10发出指令k＝k₀+1，开启一台旋流器7的电动阀9，然后进入步骤六；

若k－k₀＜0

则PLC控制器10发出指令k＝k₀－1，关闭一台旋流器7的电动阀9，然后进入步骤六；

步骤六、令k＝k₀，返回步骤三。

本发明的一种基于启闭台数调节旋流器给矿压力的控制方法，在控制过程中存在三种状态，一种是∣P-P₀∣≤0.02的状态，另一种是∣P-P₀∣＞0.02的两种状态，具体控制过程的三种状态及相关检测和计算数据如表2所示：

表2具体控制过程及相关数据

由表2可知，在状态1情况中，将k₀＝6及其它PLC控制器10采取的相关检测参数P₁、Q和C代入公式(1)，可以求得P为0.15，由于|P-P₀|＝|0.14-0.15|＝0.01MPa，小于允许误差值0.02MPa，此时PLC控制器10发出指令直接返回步骤三，进行下一个数据采集、计算判定和发出指令的控制循环。

由表2可知，在状态2情况中，将k₀＝6及其它PLC控制器10采取的相关参数P₁、Q和C代入公式(1)，可以求得P为0.18，由于|P-P₀|＝|0.18-0.15|＝0.03MPa，大于允许误差值0.02MPa，因此需要进入步骤五，求得P为0.18MPa下的k值。将P＝0.18MPa代入公式(2)中，求得k＝6.71台，此时k-k₀＝6.71-6＝0.71>0，因此PLC控制器10发出指令k＝6+1＝7，同时发出指令给一个电动阀9开启，旋流器7多开一台；然后进入步骤六，再令k＝7＝k₀，返回步骤三，进行下一个数据采集、计算判定和发出指令的控制循环。

由表2可知，在状态3情况中，将k₀＝6及其它PLC控制器10采取的相关参数P₁、Q和C代入公式(1)，可以求得P为0.11，由于|P-P₀|＝|0.11-0.15|＝0.04MPa，大于允许误差值0.02MPa，因此需要进入步骤五，求得P为0.11MPa下的k值。将P＝0.11MPa代入公式(2)中，求得k＝5.13台，此时k-k₀＝5.13-6＝-0.87＜0，因此PLC控制器10发出指令k＝k₀-1＝6-1＝5，同时发出指令给一个电动阀9关闭，旋流器7关闭一台；然后进入步骤六，再令k＝5＝k₀，返回步骤三，进行下一个数据采集、计算判定和发出指令的控制循环。

在下一个控制循环中，如果是状态1情况下，新的k₀＝6，PLC控制器10继续采取相关参数P₁、Q和C检测值进行计算判定和发出指令控制k，实现对旋流器组中的各个电动阀9的开启关闭进行控制。

在下一个控制循环中，如果是状态2情况下，新的k₀＝7，PLC控制器10继续采取相关参数P₁、Q和C检测值进行计算判定和发出指令控制k，实现对旋流器组中的各个电动阀9的开启关闭进行控制。

在下一个控制循环中，如果是状态3情况下，新的k₀＝5，PLC控制器10继续采取相关参数P₁、Q和C的检测值进行计算判定和发出指令控制k，实现对旋流器组中的各个电动阀9的开启关闭进行控制。

通过重复以上步骤，PLC控制器对旋流器组中的各个电动阀9的开启关闭进行控制，以实现将旋流器给矿压力控制在允许范围之内。

Claims (2)

1.一种旋流器给矿压力自动控制***，包括PLC控制器，其特征在于：包括设置在料浆输送主管道上的流量表、浓度计和压力表，设置在每根料浆输送支管上的电动阀，所述的流量表、浓度计、压力表和电动阀均与PLC控制器连接。

2.一种旋流器给矿压力自动控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、在料浆输送主管道上安装流量表、浓度计和压力表，在每根料浆输送支管上的电动阀，并将所述的流量表、浓度计、压力表和电动阀均与PLC控制器连接；

步骤二、输入理论计算公式

将下述理论计算公式输入PLC控制器，具体包括：

公式(1)和公式(2)中，

其中：

P—旋流器给矿口处压强计算值，MPa；

k—旋流器开启台数，台；

P₁—料浆输送主管道压力表截面处压强，即压力计表示数，MPa；

Q—料浆输送主管道内料浆流量，即流量计表示数，m³/h；

C—料浆浓度，重量百分比浓度，即浓度计表示数，％；

ρ—料浆密度，kg/m³；

g—重力加速度，m/s²；

S₁—料浆输送主管道压力表处的截面积，m²；

S—旋流器给矿口截面积，m²；

ρ_真—物料的真密度，kg/m³；

∑H_f—单台旋流器能量损失，m；

步骤三、输入P₀、P₁₀、Q₀和C₀，根据公式(4)、公式(5)、公式(6)和公式(2)，计算k₀

P₀为旋流器给矿口压强设定值，Q₀为料浆输送主管道内料浆设定流量，C₀为料浆设定浓度，P₁₀为在P＝P₀、Q＝Q₀、C＝C₀时的料浆输送主管道压力表截面处压强、k₀为在P＝P₀、Q＝Q₀、C＝C₀、P₁＝P₁₀时所开启的旋流器台数，将P₀、P₁₀、Q₀和C₀代入公式(4)、公式(5)、公式(6)和公式(2)，计算得到k₀值；

步骤四、根据公式(1)计算旋流器给矿口处压强P

PLC控制器采取料浆输送主管道压力表截面处压强P₁、料浆流量Q和料浆浓度C数据，然后将k＝k₀代入，根据公式(1)计算旋流器给矿口处压强P；

步骤五、比较P与P₀的偏差

若Δ&＝|&-&₍|小于≤允许误差，则返回步骤四；

若ΔP＝|P-P₍|大于＞允许误差，则进入步骤六；

步骤六、PLC控制器将步骤三计算得到的P值代入公式(4)、公式(5)、公式(6)和公式(2)，计算与P值对应的k值，

若k－k₀＞0

则PLC控制器发出指令k＝k₀+1，开启一台旋流器的电动阀，然后进入步骤六；

若k－k₀＜0

则PLC控制器发出指令k＝k₀－1，关闭一台旋流器的电动阀，然后进入步骤六；

步骤七、令k＝k₀，返回步骤四。

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