浮选多槽液位控制系统的制作方法

本发明属于矿物浮选技术领域，具体涉及一种浮选多槽液位控制系统。

背景技术：

目前，大型铜矿山的浮选工艺为多台浮选槽串联组合，通常只是对单台浮选槽进行液位控制（小plc或液位控制器等方式），各浮选槽之间在工艺流程上是串级方式，但是在控制逻辑上并没有建立串联串级关系，各浮选槽之间各自为战的运行，其整体的关联性和协同性不强，没有联动自动检测运行控制机制，另外，液位控制器方式还存在开放性不好、存储空间不够等问题，长期使用面临故障处理难、cpu死机、控制失效重启等安全生产风险隐患。在生产正常运行流程平稳时，基本满足生产使用需要，但是在流程流量波动大时，就不能很好地进行自动异常情况处理，无法对流量和液位进行超前随动自动检测控制，就会出现跑冒滴漏等不良情况发生，通常需要大量的人工操作干预，才能解决异常情况，再次恢复正常生产运行。此外，异常情况造成的安全文明干净生产问题，还需要额外大量的人工善后处理。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种浮选多槽液位控制系统，以解决背景技术中存在的问题。

为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：

一种浮选多槽液位控制系统，包括控制单元，依次连接的搅拌槽、串联的若干级浮选槽和尾矿处理装置，所述搅拌槽设置有流量计，任一级浮选槽至少设有液位计和两个智能调节气动阀，同一级浮选槽中的智能调节气动阀并联设置，各智能调节气动阀均设有阀门控制器，流量计、液位计和各阀门控制器电性连接至控制单元并由控制单元控制，各级浮选槽中至少前三级浮选槽的智能调节气动阀连接至精矿处理装置，至少后三级浮选槽的智能调节气动阀连接至上一级浮选槽，所述控制单元包括hmi、plc控制器和dcs监控计算机，hmi与plc控制器和dcs监控计算机之间均采用电性连接，plc控制器采用opc通讯方式通过工业以太网传输至dcs监控计算机。

所述浮选槽设有八级，前五级浮选槽的智能调节气动阀连接至精矿处理装置，后三级浮选槽的智能调节气动阀连接至上一级浮选槽。

所述控制单元还包括声光报警器，所述声光报警器与plc控制器电性连接。

所述plc控制器内设置有软件控制模块，所述软件控制模块包括负反馈控制单元、前馈控制单元、串级控制单元、干扰处理单元，硬件电路的控制单元、干扰处理单元，

所述负反馈控制单元：针对每级浮选槽内部的自动液位控制设计，由液位计与两台被控智能调节气动阀之间组成负反馈控制闭合回路，通过阀门控制器的反馈值，判断阀门开度执行情况；

前馈控制单元：对该搅拌槽的矿浆流量进行实时在线检测，将该流量计的反馈信号作为浮选工艺第一个浮选槽的超前干扰变量e1加入到第一级浮选槽的负反馈控制单元，组合形成前馈控制系统；

串级控制单元：将各级浮选槽的负反馈控制单元进行串级组合，将上一级浮选槽的液位负反馈自动控制实时结果反馈值l给到本级浮选槽的液位负反馈自动控制实时的参变量，作为本级浮选槽负反馈的另外一个输入变量e2，进行前级液位控制情况的及时掌握和参与到本级的液位自动和上下级联动控制；

干扰处理单元：包括软件程序干扰滤波处理和外部电路的干扰滤波处理，采用信号延迟1秒滤波处理；

硬件电路的控制单元：对液位控制进行双回路冗余保险电路设计，包括液位信号输入输出、液位模拟量与阀门控制信号输入输出组成的智能调节气动阀内部pid调节，手自动切换，远程就地切换，急停，启停，故障，运行信号控制。

所述程序干扰滤波处理为经过1秒的延时高通滤波处理，如果信号持续超过1秒，则plc系统自动判断为有效信号，进入其它程序处理单元，否则自动判断为假性信号干扰，plc系统自动将其丢弃，不做任何后续程序动作，所述外部电路的干扰滤波处理为利用延时继电器1秒延时对外部电路部分进行外界假性信号进入电气控制回来的源头滤波处理，判断处理与plc程序一致。

本发明的技术效果有：

本发明通过以目前市场上性价比高plc+hmi为核心，外加电路联锁控制的双回路冗余控制模式。通过软件程序及外部电路的方案制作，包含：软件程序的反馈控制单元、前馈控制单元、串级控制单元、干扰处理单元，硬件电路的控制单元、干扰处理单元。实现多台浮选槽串联组合的自动检测与串级跟随控制，从根本上有效解决流程波动造成的跑冒滴漏等安全文明干净生产问题。

附图说明

图1为本发明多级浮选槽连接结构示意图；

图2为前三级浮选槽连接结构示意图；

图3本发明控制系统连接关系示意图；

图4本发明软件控制模块分布关系示意图；

图中：1、搅拌槽；2、浮选槽；3、尾矿处理装置；4、智能调节气动阀；5、精矿处理装置；6、流量计。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例1

如图1、图2所示，本发明提出一种浮选多槽液位控制系统，包括控制单元、依次连接的搅拌槽1、串联的若干级浮选槽2和尾矿处理装置3，搅拌槽1用于收集磨矿溢流矿浆，矿浆经浮选槽2进行浮选筛选。

本实施例以八台浮选槽为例，依次为第一级浮选槽至第八级浮选槽，各浮选槽底部串联。每级浮选槽设有液位计和两个智能调节气动阀4，智能调节气动阀4用于浮选槽的泡沫浮选输出。同一级浮选槽2中的智能调节气动阀4并联设置，各智能调节气动阀4均设有智能阀门控制器，各阀门控制器连接至控制单元并由控制单元控制，使同一级浮选槽中的智能调节气动阀4总溢流量在预设范围内。各级浮选槽中至少前三级浮选槽的智能调节气动阀连接至精矿处理装置5，至少后三级浮选槽的智能调节气动阀连接至上一级浮选槽。本实施例的前五级浮选槽的智能调节气动阀连接至精矿处理装置5，后三级浮选槽的智能调节气动阀连接至上一级浮选槽2，重复进行浮选筛选。

本实施例通过各级浮选槽2上并联设置的智能调节气动阀4，通过控制单元控制，控制单元根据智能调节气动阀4反馈的阀门开度情况调节同级浮选槽2上其余的智能调节气动阀开度，使得同一级浮选槽中的智能调节气动阀总溢流量在预设范围内，从而使得流程流量波动大时，能很好地进行自动异常情况处理，防止出现跑冒滴漏等不良情况。同时本发明通过并联设置的智能调节气动阀，在其中一个智能调节气动阀损坏时，可通过其余智能调节气动阀工作，防止智能调节气动阀损坏时浮选系统只能停机维修，控制单元包括hmi、plc控制器和dcs监控计算机，hmi与plc控制器和dcs监控计算机之间均采用电性连接，plc控制器采用opc通讯方式通过工业以太网传输至dcs监控计算机，dcs监控计算机用于以曲线图形式显示当前浮选情况，并且对以太网传输过程中的异常情况进行报警与显示噪声值。

如图3、图4所示，浮选多槽液位控制系统调控方案包含：软件程序的反馈控制单元、前馈控制单元、串级控制单元、干扰处理单元，硬件电路的控制单元、干扰处理单元。

负反馈控制单元：

信号源：各浮选槽的一台液位计反馈信号、两台智能阀门控制器的给定与反馈信号。

控制关系：针对单槽浮选槽内部的自动液位控制设计，由液位计与两台被控气动智能调节气动阀之间组成负反馈控制闭合回路。液位的设定值sp与反馈信号pv的偏差值e实现pid调节输出op，pid的预设值为p=0.8、i=0.5、d=0，op输出为智能阀门控制器的输入设定值，通过阀门控制器的反馈值，判断阀门开度执行情况，最终实现对单台浮选槽的矿浆液位和泡沫进行溢流恒定值稳定控制。

前馈控制单元：

信号源：第一台浮选槽的一台液位计反馈信号、两台智能阀门控制器的给定与反馈信号，浮选搅拌槽的进料流量计反馈信号。

控制关系：该前馈控制主要是针对浮选流程的原始来料进行提前预判的干扰情况进行处理进行设计，该方案的源头变化变量为：浮选槽第一槽之前的搅拌槽，该搅拌槽用于收集来自磨矿溢流矿浆。对该搅拌槽的矿浆流量进行实时在线检测，将该流量计的反馈信号作为浮选工艺第一个浮选槽的超前干扰变量e1（e1=δq/t，矿浆流量变化率），加入到第一个浮选槽的负反馈控制单元，组合形成前馈控制系统，相对于负反馈单元的pid控制器来说，在软件编程pid选择时，选带前馈控制变化量接口的pid模块进行编程，pid的预设值为p=0.8、i=0.5、d=3（需要快速超前判断处理，需要进行d参数设置预设值）。对浮选原始来料的磨矿溢流矿浆流量进行超前判断，及时参与浮选槽第一槽的液位与阀门的闭环自动控制。保证该槽液位和泡沫基本处于在恒定值运行，后续工艺的浮选槽液位和泡沫运行情况不受影响，也处于恒定值附近运行，这样就能及时消除上级矿浆流量波动对后续浮选全流程液位恒定自动控制的影响。

串级控制单元：

信号源：8台浮选槽的8台液位计反馈信号、16台智能阀门控制器的给定与反馈信号，浮选搅拌槽的进料1台流量计反馈信号。

控制关系：为了加强各个系列的浮选工艺流程多台浮选槽之间的相关性，和连锁自动控制的协同性，将各浮选槽的负反馈控制单元进行串级组合，将上一级浮选槽的液位负反馈自动控制实时结果反馈值l给到本级浮选槽的液位负反馈自动控制实时的参变量，作为本级浮选槽简单负反馈的另外一个输入变量e2（e2=δl/t，上一级液位控制的实际反馈变化率），对本级浮选槽就形成了串级控制模型，进行前级液位控制情况的及时掌握和参与到本级的液位自动和上下级联动控制，各浮选槽的液位控制pid模块选择为在简单负反馈基础上增加多变量输入接口类型，类似前馈控制系统，只是根据参变量的来源不同，将其称为串级控制关系，pid的预设值为p=0.8、i=0.5、d=0（第一槽浮选槽除外，它为前馈控制，后续的浮选槽关联控制均为串级控制）。以此类推，在所有浮选槽之间的形成全流程的浮选槽液位串级自动控制。

干扰处理单元：

信号源：8台浮选槽的8台液位计反馈信号、16台智能阀门控制器的给定与反馈信号，浮选搅拌槽的进料1台流量计反馈信号，单系列各浮选槽的就地远程转换信号，手动自动信号，启停信号，急停信号等，均属于一套plc控制柜，带一台hmi和plc控制器。

控制关系：除了前面的生产工艺有用各变化变量的控制处理外，还对各外部检测信号进行了软件程序干扰滤波处理和外部电路的干扰滤波处理。

程序干扰滤波处理：对所有外部输入信号，在程序内部使用前，先经过1秒的延时高通滤波处理，如果信号持续超过1秒，则plc系统自动判断为有效信号，进入其它程序处理单元，否则自动判断为假性信号干扰，plc系统自动将其丢弃，不做任何后续程序动作；

外部电路的干扰滤波处理：外部电路利用延时继电器1秒延时对外部电路部分进行外界假性信号进入电气控制回来的源头滤波处理，判断处理与plc程序一致，只是在plc外部增加了一套纯电气控制回路，确保在plc出现任何异常情况时，切换到本地电气控制回路即可继续正常运行，同时不需要停止浮选槽液位控制，在线就可以完成plc液位控制回路的检查故障处理。

防止外部信号失真，产生假性信号到plc控制器内部，在无信号甄别的情况下，plc的液位检测与自动控制程序段对浮选槽的液位控制发出错误指令，导致浮选槽智能气动阀门误动作，液位不受控制等生产事件事故的发生，严重影响正常安全生产。

硬件电路的控制单元：

信号源：8台浮选槽的8台液位计反馈信号、16台智能阀门控制器的给定与反馈信号，浮选搅拌槽的进料1台流量计反馈信号，单系列各浮选槽的就地远程转换信号，手动自动信号，启停信号，急停信号等，均属于一套plc控制柜，带一台hmi和plc控制器。

控制关系：对液位控制系统的双回路冗余保险设计：类似干扰处理单元的外部电路的干扰滤波处理一样，是程序干扰滤波处理的冗余热备液位控制电气回路，它包括plc程序实现的所有液位自动控制功能，以智能调节气动阀智能控制器为核心，加入如：液位信号输入输出、液位模拟量与阀门控制信号输入输出组成的智能调节气动阀智能控制器内部pid调节，手自动切换，远程就地切换，急停，启停，故障，运行等。防止液位控制器或plc控制回路死机、重启、故障等异常情况处理切换时，浮选槽液位波动不受控制。