专利名称：一种水力旋流器的自动控制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及的是一种选矿生产中水力旋流器的自动控制装置及其控制方法，尤 其涉及的是一种水力旋流器的自动控制装置及其控制方法。
背景技术：
水力旋流器是选矿行业中，用于对已粉碎的产品进行粒度分离的设备，它利用 矿浆中不同直径颗粒的不同沉降速度、借助离心力的作用来达到分离效果，是目前选矿 厂最常用的分级设备。合格的分离粒度是旋流器控制的最终目标，理论分析和经验公式均表明对于 给定的旋流器，入口处矿浆浓度和压力是影响分离粒度的两个重要因素，通过调节这两 个量即可得到希望的分离粒度。实际生产中，由于各通道耦合的影响，选取哪些调节量 来调节水力旋流器的入口矿浆浓度和压力往往成为一个难题，变量配对不佳，则控制效 果不好。同时，如果只对水力旋流器入口矿浆浓度和压力进行控制，也会造成泵池液位 过满以致溢出或者泵池内矿浆抽干导致渣浆泵损毁的现象。
发明内容
发明目的本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种水力旋流器的 自动控制装置及其控制方法，不仅能实时检测水力旋流器的入口矿浆浓度、入口管路压 力、泵池液位和泵池补加水量，而且能根据检测量自动调节渣浆泵的泵速和泵池补加水 量，实现生产现场的无人值守，保证生产的安全有序进行，降低故障率，延长连续生产 的时间。技术方案本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括可编程逻辑控制 器、放射性浓度计、压力计、电磁流量计、超声波液位计、调节阀、变频器和监控计算 机；所述的可编程逻辑控制器包括模拟量输入模块、CPU模块和模拟量输出模块，其 中CPU模块分别与模拟量输入模块和模拟量输出模块相连，监控计算机和CPU模块相 连，放射性浓度计、压力计、电磁流量计、超声波液位计分别与模拟量输入模块相连以 传输输入信号，模拟量输出模块分别与调节阀和变频器相连以输出控制信号。所述的模拟量输入模块上设有若干输入端，放射性浓度计、压力计、电磁流量 计和超声波液位计通过各个输入端分别与模拟量输入模块相连。所述的变频器和渣浆泵相连，渣浆泵和压力计通过水力旋流器的入口管路相 连，模拟量输出模块通过变频器控制渣浆泵。一种水力旋流器的自动控制装置的控制方法，包括以下步骤(1)开始设置工作参数，包括泵池液位的上限和下限、水力旋流器的入口矿浆浓 度给定值和入口管路压力给定值和控制周期；(2)采集实际值，包括泵池液位、水力旋流器的入口矿浆浓度、入口管路压力和 泵池补加水量；
(3)将步骤(2)采集到的泵池液位和步骤(1)设定的泵池液位上限和下限比较， 判断泵池液位是否在正常范围内，如果是，则转步骤(4)，否则转步骤(10);(4)将步骤(2)采集的水力旋流器的实际入口矿浆浓度和入口管路压力与步骤 (1)设置的入口矿浆浓度给定值和入口管路压力给定值比较，得到水力旋流器的入口矿浆 浓度偏差和入口管路压力偏差；(5)利用步骤(4)得到的水力旋流器的入口矿浆浓度偏差，计算出泵池补加水量 的给定值；(6)利用步骤(5)得到的泵池补加水量的给定值和步骤(2)采集到的实际泵池补 加水量，得到泵池补加水量偏差；(7)利用步骤(6)得到的泵池补加水量偏差，计算出泵池给水管路上调节阀 的阀 门开度控制值；(8)利用步骤(4)得到的水力旋流器的入口管路压力偏差，计算出渣浆泵的泵速 控制值；(9)利用可编程逻辑控制器将步骤(7)得到的调节阀的阀门开度控制值和步骤 (8)得到的渣浆泵的泵速控制值输送到泵池给水管路调节阀和变频器；(10)判断步骤(2)采集到的泵池实际液位是否超过步骤(1)设置的泵池液位上 限，如果是则转步骤(11)，否则转步骤(13)；(11)泵池给水管路调节阀的阀门开度控制值设为全关，渣浆泵的泵速控制值微 升，并利用可编程逻辑控制器将控制值送到泵池给水管路调节阀和变频器；(12)采集当前的泵池实际液位，并判断其是否小于或等于泵池满液位的65%， 如果是则转步骤(4)，否则转步骤(11)；(13)泵池给水管路调节阀的阀门开度控制值设为全开，渣浆泵的泵速控制值微 降，并利用可编程逻辑控制器将控制值送到泵池给水管路调节阀和变频器；(14)采集当前的泵池实际液位，并判断其是否大于或等于泵池满液位的35%， 如果是则转步骤(4)，否则转步骤(13)。所述的步骤(1)中，液位的上限和下限分别是80%和20%。有益效果本发明以可编程逻辑控制器为控制核心，采用超驰控制、串级控 制、单回路控制相结合的控制结构进行调控，实现了水力旋流器入口矿浆浓度和入口管 路压力、泵池液位的自动调节，使得水力旋流器的入口矿浆浓度和入口管路压力保持稳 定，从而保证了产品的分离粒度满足生产要求，同时避免了因泵池液位过高或过低引起 的泵池矿浆溢出或渣浆泵损毁的现象，保持了生产的连续平稳运行，减少了备件消耗， 增加了生产效益；采用监控计算机进行实时监控，可以在线修改可编程逻辑控制器的工 作参数和指标参数，提高了生产效率；以可编程逻辑控制器为控制核心，增强了控制系 统的可靠性和扩展性。
图1是本发明水力旋流器的自动控制系统结构示意图；图2是本发明水力旋流器的自动控制装置结构框图；图3是本发明的模拟量输入模块的连接示意图4是本发明的模拟量输出模块的连接示意图；图5是本发明水力旋流器的自动控制方法流程图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进 行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的 实施例。如图1所示，本实施例包括调节阀1、电磁流量计2、泵池3、超声波液位计4、 可编程逻辑控制器5、渣浆泵变频器6、渣浆泵7、压力计8、放射性浓度计9和水力旋流 器10，其中泵池3补加水从泵池3给水管路流入，经过调节阀1进入泵池3与来自球 磨机的原矿浆混合，混合后的矿浆在渣浆泵7的作用下，经水力旋流器10的入口管路进 入水力旋流器10，进行分离处理，符合分离粒度要求的矿粒从水力旋流器10的上方溢出 供浮选环节处理，不符合要求的矿粒返回球磨机再磨；电磁流量计2设置在泵池给水管 路上用以检测泵池3的补加水量；超声波液位传 感器4安置在泵池3上方用以检测泵池3 液位；压力计8设置在水力旋流器10入口管路上用以检测入口管路压力；放射性浓度计 9设置在水力旋流器10入口管路上用以检测入口矿浆的浓度；渣浆泵变频器6用以控制 渣浆泵7的泵速；调节阀1用以控制泵池3的补加水量；可编程逻辑控制器5用以接收各 检测装置的采样值，并经过控制计算，将控制量输送给渣浆泵变频器6和调节阀1，以实 现水力旋流器的入口管路压力和入口矿浆浓度以及泵池液位的控制。如图2所示，所述的CPU模块的输入端和模拟量输入模块相连，CPU模块的输 出端和模拟量输出模块相连，监控计算机和CPU模块相连，用于设定可编程逻辑控制器 5的工作参数和指标参数包括泵池3液位的上限和下限、水力旋流器10的入口矿浆浓度给 定值和入口管路压力给定值、控制周期等。电磁流量计2设置在泵池3的给水管路上用以检测泵池3的补加水量，并将其调 理成标准检测电流信号(4 20mA)传输至模拟量输入模块，供CPU模块处理；超声波液位计4设置在泵池3的上方用以检测泵池3的液位，并将其调理成标准 检测电流信号(4 20mA)传输至模拟量输入模块，供CPU模块处理；压力计8设置在水力旋流器10的入口管路上用以检测水力旋流器10的入口管路 压力，并将其调理成标准检测电流信号(4 20mA)传输至模拟量输入模块，供CPU模 块处理；放射性浓度计9设置在水力旋流器10的入口管路上用以检测水力旋流器10的入 口矿浆浓度，并将其调理成标准检测电流信号(4 20mA)传输至模拟量输入模块，供 CPU模块处理；CPU模块的处理过程如下(1)对电磁流量计2、超声波液位传感器4、压力计8、放射性浓度计9的检测电 流信号进行滤波及规格化得到泵池3补加水量、泵池3液位、水力旋流器10的入口管路 压力和入口矿浆浓度；(2)将步骤⑴采集到的泵池3实际液位和设定的泵池3液位上限(满液位的 80%)与下限(满液位的20%)进行比较，判断泵池3液位是否在正常范围内，如果是则转步骤⑶，否则转步骤(9)；(3)用设定好的水力旋流器10的入口管路压力和入口矿浆浓度分别减去采集到 的水力旋流器10的入口管路压力和入口矿浆浓度，得到水力旋流器10的入口管路压力偏 差和入口矿浆浓度偏差；(4)利用离散PID算法，计算出泵池3补加水量给定值；(5)计算泵池3补加水量偏差；(6)利用离散PID算法计算出泵池3给水管 路调节阀1的阀门开度控制值；(7)利用离散PID算法计算出渣浆泵7的泵速控制值；(8)将计算得到的控制值输送到模拟量输出模块，从而控制水力旋流器10的入 口矿浆浓度、入口管路压力和泵池3液位；(9)判断泵池3实际液位是高于所设定泵池3液位的上限，还是低于所设定泵池 3液位的下限，如果高于上限，则转步骤(10)，如果低于下限则转步骤(12)；(10)设泵池3给水管路调节阀1的阀门开度控制值为全关，使渣浆泵7的泵速控 制值微升，将控制值送模拟量输出模块，控制水力旋流器10的入口矿浆浓度、入口管路 压力和泵池3液位；(11)采集当前泵池3实际液位，判断泵池3液位是否小于或者等于满液位的 65%,是则转步骤(3)，否则转步骤(10)；(12)设泵池3给水管路调节阀1的阀门开度控制值为全开，使渣浆泵7的泵速控 制值微降，将控制值送模拟量输出模块，控制水力旋流器10的入口管路压力、入口矿浆 浓度和泵池3液位；(13)采集当前泵池3实际液位，判断泵池3液位是否大于或者等于满液位时的 35%,是则转步骤(3)，否则转步骤(12)。本实施例中，可编程逻辑控制器1包括一个模拟量输入模块和一个模拟量输出 模块。如图3所示，所述的模拟量输入模块中2和3号通道连接到放射性浓度计9 ； 4和5号通道连接到压力计8 ； 6和7号通道连接到超声波液位计4 ； 8和9号通道连接到 电磁流量计2;其余通道为预留通道。如图4所示，所述的模拟量输出模块中3和6号通道连接到泵池给水管路调节 阀1 ； 7和10号通道连接到渣浆泵7变频器；其余为预留通道。CPU模块与上述模拟量输入模块、模拟量输出模块通过模块间的背板总线连接。如图5所示，一种水力旋流器的自动控制方法，采用超驰控制、串级控制和单 回路控制相结合的控制结构，选取泵池补加水量为水力旋流器入口矿浆浓度的调节量， 选取渣浆泵的泵速为水力旋流器入口管路压力的调节量，选取泵池补加水量和渣浆泵的 泵速为泵池液位的调节量，包括如下步骤(1)开始设置工作参数，包括泵池液位的上限(满液位的80% )和下限(满液位 的20%)、水力旋流器的入口矿浆浓度给定值和入口管路压力给定值、控制周期等；(2)采集实际值，包括泵池液位、水力旋流器的入口矿浆浓度和入口管路压力、 泵池补加水量；
(3)将步骤⑵采集到的泵池液位和步骤⑴设定的泵池液位上限和下限比较， 判断泵池液位是否在正常范围(上限与下限之间)，如果是，则转步骤(4)，否则转步骤 (10)；(4)将步骤(2)采集的水力旋流器的实际入口矿浆浓度和入口管路压力与步骤 (1)设置的入口矿浆浓度给定值和入口管路压力给定值比较，得到水力旋流器的入口矿浆 浓度偏差和入口管路压力偏差；(5)利用步骤⑷得到的水力旋流器的入口矿浆浓度偏差，采用数字PID算法， 计算出泵池补加水量的给定值；(6)利用步骤(5)得到的泵池补加水量的给定值和步骤(2)采集到的实际泵池补 加水量，得到泵池补加水量偏差；(7)利用步骤(6)得到的泵池补加水量偏差，采用数字PID算法，计算出泵池给 水管路上调节阀的阀门开度控制值；(8)利用步骤(4)得到的水力旋流器的入口管路压力偏差，采用数字PID算法， 计算 出渣浆泵的泵速控制值；(9)利用可编程逻辑控制器将步骤(7)得到的调节阀的阀门开度控制值和步骤 (8)得到的渣浆泵的泵速控制值输送到泵池给水管路调节阀和渣浆泵变频器；(10)判断步骤(2)采集到的泵池实际液位是否超过步骤(1)设置的泵池液位上 限，如果是则转步骤(11)，否则转步骤(13)；(11)泵池给水管路调节阀的阀门开度控制值设为为全关，渣浆泵的泵速控制值 微升，并利用可编程逻辑控制器将控制值送到泵池给水管路调节阀和渣浆泵变频器；(12)采集当前的泵池实际液位，并判断其是否小于或等于泵池满液位的65%， 如果是则转步骤(4)，否则转步骤(11)；(13)泵池给水管路调节阀的阀门开度控制值设为为全开，渣浆泵的泵速控制值 微降，并利用可编程逻辑控制器将控制值送到泵池给水管路调节阀和渣浆泵变频器；(14)采集当前的泵池实际液位，并判断其是否大于或等于泵池满液位的35%， 如果是则转步骤(4)，否则转步骤(13)。
权利要求
1.一种水力旋流器的自动控制装置，包括可编程逻辑控制器和监控计算机；所述的 可编程逻辑控制器包括模拟量输入模块、CPU模块和模拟量输出模块，其特征在于， 还包括放射性浓度计、压力计、电磁流量计、超声波液位计、调节阀和变频器，其中 CPU模块分别与模拟量输入模块和模拟量输出模块相连，监控计算机和CPU模块相连， 放射性浓度计、压力计、电磁流量计、超声波液位计分别与模拟量输入模块相连以传输 输入信号，模拟量输出模块分别与调节阀和变频器相连以输出控制信号。
2.根据权利要求1所述的水力旋流器的自动控制装置，其特征在于所述的模拟量 输入模块上设有若干输入端，放射性浓度计、压力计、电磁流量计和超声波液位计通过 各个输入端分别与模拟量输入模块相连。
3.根据权利要求1所述的水力旋流器的自动控制装置，其特征在于所述的调节阀 通过泵池给水管路和电磁流量计相连，模拟量输出模块通过调节阀控制泵池给水管路。
4.根据权利要求1所述的水力旋流器的自动控制装置，其特征在于所述的变频器 和渣浆泵相连，渣浆泵和压力计通过水力旋流器的入口管路相连，模拟量输出模块通过 变频器控制渣浆泵。
5.根据权利要求1所述的水力旋流器的自动控制装置的控制方法，其特征在于，包括 以下步骤(1)开始设置工作参数，包括泵池液位的上限和下限、水力旋流器的入口矿浆浓度给 定值和入口管路压力给定值和控制周期；(2)采集实际值，包括泵池液位、水力旋流器的入口矿浆浓度、入口管路压力和泵池 补加水量；(3)将步骤(2)采集到的泵池液位和步骤(1)设定的泵池液位上限和下限比较，判断 泵池液位是否在正常范围内，如果是，则转步骤(4)，否则转步骤(10);(4)将步骤(2)采集的水力旋流器的实际入口矿浆浓度和入口管路压力与步骤(1)设 置的入口矿浆浓度给定值和入口管路压力给定值比较，得到水力旋流器的入口矿浆浓度 偏差和入口管路压力偏差；(5)利用步骤(4)得到的水力旋流器的入口矿浆浓度偏差，计算出泵池补加水量的给 定值；(6)利用步骤(5)得到的泵池补加水量的给定值和步骤(2)采集到的实际泵池补加水 量，得到泵池补加水量偏差；(7)利用步骤(6)得到的泵池补加水量偏差，计算出泵池给水管路上调节阀的阀门开 度控制值；(8)利用步骤(4)得到的水力旋流器的入口管路压力偏差，计算出渣浆泵的泵速控制值；(9)利用可编程逻辑控制器将步骤(7)得到的调节阀的阀门开度控制值和步骤(8)得 到的渣浆泵的泵速控制值输送到泵池给水管路调节阀和变频器；(10)判断步骤(2)采集到的泵池实际液位是否超过步骤(1)设置的泵池液位上限，如 果是则转步骤(11)，否则转步骤(13)；(11)泵池给水管路调节阀的阀门开度控制值设为全关，渣浆泵的泵速控制值微升， 并利用可编程逻辑控制器将控制值送到泵池给水管路调节阀和变频器；(12)采集当前的泵池实际液位，并判断其是否小于或等于泵池满液位的65%，如果 是则转步骤(4)，否则转步骤(11)；(13)泵池给水管路调节阀的阀门开度控制值设为全开，渣浆泵的泵速控制值微降， 并利用可编程逻辑控制器将控制值送到泵池给水管路调节阀和变频器；(14)采集当前的泵池实际液位，并判断其是否大于或等于泵池满液位的35%，如果 是则转步骤(4)，否则转步骤(13)。
6.根据权利要求5所述的水力旋流器的自动控制装置的控制方法，其特征在于，所述 的步骤(1)中，液位的上限和下限分别是80%和20%。
全文摘要
本发明公开了一种水力旋流器的自动控制装置及其控制方法，包括可编程逻辑控制器、放射性浓度计、压力计、电磁流量计、超声波液位计、调节阀、变频器和监控计算机；所述的可编程逻辑控制器包括模拟量输入模块、CPU模块和模拟量输出模块，本发明能实时监测水力旋流器的入口矿浆浓度、入口管路压力、泵池液位和泵池补加水量，还能自动调节渣浆泵的泵速和泵池补加水量，实现水力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，满足了产品的分离粒度要求，实现了生产现场的无人值守，保证了生产的安全有序，可以在线修改可编程逻辑控制器的工作参数、指标参数，提高了生产效率。
文档编号B03B5/34GK102008998SQ20101052456
公开日2011年4月13日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者李世华, 李奇, 杨俊 , 王洪超, 胡晓嵬, 郭聪, 陈夕松 申请人:东南大学