朱颉斐1
中国黄金集团内蒙古矿业有限公司，内蒙古 满洲里 021400
摘 要:药剂添加是浮选过程的一个重要环节。本文介绍了一种浮选过程电位计自动加药控制系统，利用电化学分析法，计算出浮选过程所需药量，进而利用氧化还原电位计测量出浮选槽内矿浆的电位值，自动调节硫氢化钠加药泵频率，实现了浮选过程加药量的自动控制。
关键词：浮选电化学分析法；E+H电位计；PID控制系统；电位自动加药系统
1 引言
浮选电化学是现代有色矿业浮选研究的主要方向之一，其根本特征是：通过矿浆电位匹配，调节和控制导致铜钼矿的电化学反应；通过矿浆电位-Ph-捕收剂匹配，调节和控制矿浆电极反应，达到浮选与分离的目的[1]。浮选药剂的添加是浮选生产工艺中的一个重要环节，添加量的大小，准确与否都直接影响着产品的质量指标及经济指标。传统的人工调节方式很难达到准确、及时操作，电位自动加药不但克服了传统的缺点，而且降低了浮选生产的药耗，提高生产效率，为选厂带来了直接的经济效益，同时减轻了工人的劳动强度[2]。
2 系统设计
2.1系统组成
铜钼分离电位自动加药系统框图控制系统主要由GE PLC、西门子变频器、螺杆泵、DCS系统、操作员站（触摸屏）、超声波液位计、循环泵、滤网等设备组成。如图1所示：
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图1 铜钼分离自动加药系统框图
2.2系统功能
1、药剂泵的启停控制。控制柜选择开关位于“集控”、手操器在“Auto”状态，可在PCS操作员站或现场触摸屏上远程启停药剂泵。控制柜选择开关在“单启”、手操器在“Man”状态时，可就地启停药剂泵并调速。
2、药剂泵频率给定。频率给定分为本地频率给定，远程频率给定。现场控制手操器打到本地位置，可以手动调节泵的频率；将手操器打到远程，实现远程频率给定，在远程状态下，可以人工手动给定流量或是频率，也可以投入自动运行，程序自动计算需要给药流量。
3、手自动加药无扰切换。所有加药回路均可在自动、手动间切换。当回路处于手动状态时，操作员可直接设定变频器工作频率以调节药量，此时程序自动跟踪手动值，在回路切回自动时能够平缓过渡，实现无扰切换。
4、应急处理。当出现系统PLC死机或者断电，操作员站提示报警，岗位人员可以实时打到手动加药模式，不会影响药剂出现断流状态。
3 控制设计
3.1控制思想
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图2 自动加药系统功能示意图
如图2所示：通过Modbus TCP/IP通讯方式将加药系统 PLC的I/O点位传到PCS系统，使加药系统变成PCS系统的分站，这样可以通过PCS系统软件对加药进行编程和上位机组态，直接通过PCS系统操作站集成操作加药系统，避免了信息孤岛，实现PCS系统的集成。
当电位值在设定区间内时，有下降或者上升趋势时，每隔3分钟对硫氢化钠添加量做出调整，每次调整20ml/min。当电位低于设定区间时，每过30s减少硫氢化钠添用量；当电位值低于下限越多每一次调整的范围越大，增大比例为3.3。当电位值高于设定区间时每过20s增加硫氢化钠添用量。电位值高于上限越多每一次调整的范围越大，增大比例4.3。
3.2理论依据
1、PID调节器
PID调节器是一种线性调节器，将给定值SP（setpoint）与输出值CV（Current Variable）构成控制偏差E（Error）的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，简称为PID调节器。常规PID控制器的数学模型表达式如下：
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式中代表比例系数；代表积分时间常数；
为微分时间常数。比例调节器对于偏差E是即时反应的，Kp为比例系数，U0是控制量的初始值，偏差一但产生，调节器立即产生控制作用使被控量向减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数Kp。积分调节器将消除系统静差，积分系数为1/Ki。微分调节器有助于减小超调、克服振荡，使系统趋于稳定，加快了系统的动作速度，减小调整时间，改善了系统动态性能指标，微分系数为Kd。常规PID的控制是工业生产中应用最多的，既简单，适用性又强，依据一些原则：(1)被控参数对产品的质量等起着决定性因素；(2)被控参数应尽量选用直接参数，若是不行，就采取一个与之相对的时间参数；(3)被控参数灵敏度很高，手工控制很难；(4)所用仪表能够监控被控参数[4]。综上所述，浮选加药系统的控制是在常规PID控制的基础上，增加了理论的流量算法，利用这个理论流量作为PID的给定值SP。因为工业生产过程是一个动态过程，任何设定都不是一成不变的，理论的流量根据工况的变化，不断的调整PID的给定值SP，以期达到最佳的控制效果。见图3所示：
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3.3控制实现
改造后加药系统可实现无人值守全自动加药，如果操作人员发现生产异常需要人为增减药量时，可输入适当的偏差值，程序自动进行偏差调整。这套系统监视、趋势、报警、控制功能齐全，通过操作员站，可以一目了然的监控整个加药系统的运行情况，出现问题也方便及时调整。
4 应用效果
从控制功能和监视功能上来看，降低药剂成本的同时，提高了钼金属的回收率，创造了很大的经济效益，利用选矿技术和电化学分析法自动控制技术，模拟人工操作，以最终产品作为控制目标的全流程控制，其设计理念和控制思想达到国际先进水平，为我国其他矿山，提高生产指标起到了引领作用。
5结论
选矿厂氧化还原电位计自动加药系统，经过现场的考察和实验，开发这项电位自动加药系统控制技术，成功的解决了浮选流程无法稳定控制的技术瓶颈。在稳定工艺流程的基础上，使原来许多不可控的，且难以控制的关键经济效益指标得到了稳定的控制，可实现无人值守全自动加药。结果表明：该系统运行稳定可靠，判断准确度高，操作维护方便，故障率低，实现定量精确加药，节约药剂消耗，提高选矿技术经济指标。
[参考文献]
[1]顾帼华,胡岳华,徐 竞,邱冠周,王淀佐.方铅矿原生电位浮选及应用[J].矿冶工程,2002,22(1):52-55.
[2]王建昆.铅锌矿浮选过程加药量自动控制系统[J].《云南冶金》2009,03:57-60.
[3]李 荻.电化学原理[M].北京航空航天大学出版社,2008:385.
[4]杜 军. 工业自动化控制对PID的应用分析[J].中国科技纵横2013,23:49-49.