招远河西金矿综合利用情况.docx

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招远河西金矿综合利用情况

招远市河西金矿综合利用情况

招远市河西金矿，国家大一型企业，位于“中国金都”——招远市西北部，南依金华山，北临渤海湾，紧靠烟潍、文三、威乌国家公路主干线。

环境优越，气候宜人，交通便利，发展前景广阔。

拥有职工740人，黄金资源丰富，开采历史悠久。

现该矿经过四十余年发展，主营金原矿采掘、选矿产品及黄金冶炼，取得了辉煌的成绩。

目前我矿拥有173名各专业技术人员，其中具有高中级职称的技术人员76人，企业生产稳定，发展后劲十足。

2014年，河西金矿选矿厂生产规模为920t/d，黄金尾矿产生量30万吨，黄金尾矿综合利用量18万吨，利用率为60%，尾矿主要用于井下充填。

河西金矿于2014年对充填站进行了改造，具体方案如下：

充填站改造自动化控制系统设计方案

6.1项目总述

6.1.1工艺流程

河西金矿充填站充填能力为80m3/h，设置3座砂仓，有效容积为1800m3；灰仓2座，有效容积为30m3。

选厂生产过程产生的尾砂经泵输送至尾砂仓，砂仓尾砂自然沉淀形成高浓度尾砂。

在充填前，将砂仓内的饱和沉淀砂通过砂仓底部喷嘴用造浆水进行松动造浆，并冲洗充填管路，再进行充填作业。

砂浆通过管道放砂至搅拌桶，灰仓内胶结料经灰仓底部的叶轮给料机，按充填强度的配比要求给至搅拌桶，经充分搅拌混合后，形成高浓度充填料浆，经过充填管道回填到地下充填区。

图6.1河西金矿充填站工艺流程图

6.1.2设计范围

该项目设计范围主要包括：

砂浆制备、浓度、流量控制系统、物位测控系统、灰砂比及胶结料下料控制系统、充填浓度和流量控制系统、启停车顺序控制及联锁保护控制系统。

具体包括各电气设备的自动化控制、过程参数的检测及分析、工艺流程的优化控制以及PLC控制器的设计和网络通讯、设备集成等内容。

6.1.3控制目标

通过自动化控制系统的改造，实现生产过程的自动化、控制智能化。

具体控制标有：

1）在控制室完成全部生产过程集中控制，由计算机代替人工对生产设备和工艺过程的在线操作和监控。

2）实施稳定化和智能化控制，重点稳定充填浓度，提高充填效率，稳定充填效果，节能降耗。

3）通过对设备状态监测与设备安全管理，达到保障设备安全、减少故障停机时间和提高设备作业率的目的。

4）设备管理功能：

形成流量、灰量、浓度等统计报表，便于生产管理。

5）通过使用自动化，减轻劳动强度，减少环境污染，改善作业环境。

6.1.4系统操作方式

1）控制系统具有两种相对独立、互为备用的控制方法：

远程上位机控制和本地手动控制。

远程上位机控制又包括顺序自动控制和设备单台控制。

远程上位机设置两台，互为备用。

2）远程控制是采用上位机自动控制操作方式即可实现所有操作和工艺参数调节。

3）本地手动操作是由岗位工在现场控制箱上将转换开关打至“手动”位置来操作完成的。

4）上位机组态画面与现场设备相对应，显示过程变量和设备状态的生产流程图，操作人员通过计算机可方便地对生产过程进行操作和监控。

5）报警功能：

现场设备、PLC出现故障或变量超出预警值时，屏幕会弹出报警画面或故障设备参数，并伴有报警提示操作人员予以处理。

6）显示变量趋势图（实时趋势和历史曲线），并具有历史数据回顾和储存功能，方便查询和数据分析。

6.2详细控制方案

6.2.1检测与控制项目

针对河西金矿充填站的工艺流程，自动化控制系统所设计的检测与控制点有：

1）砂仓料位检测；

2）上、下圈造浆水电动调节阀门控制；

3）充填料浆调浓水电动调节阀门控制；

4）砂浆浓度检测、流量检测；

5）搅拌桶液位检测与控制；

6）充填流量、浓度控制；

7）灰仓料位检测；

8）胶结料下料量控制；

6.2.2控制回路及主要实现功能

为了实现充填自动化的实施效果，将整个控制系统划分为若干个子控制回路，分别针对每个子控制回路进行有效的开环或闭环控制，确保达到各子回路的控制效果，然后再在此基础上进行整体的协调和优化，以提高充填效率，保证充填效果。

控制子回路主要包括：

1）启停车顺序联锁控制；

2）砂浆造浆控制；

3）充填料浆浓度控制；

4）充填料浆流量控制；

5）搅拌桶液位控制；

6）胶结料加料控制；

7）参数检测及报警功能；

6.2.2.1启停车顺序联锁控制

巡检员在现场巡检，确认各设备没有问题后，即可通知上位机操作员选择当前要运行的设备，选择自动启动时，控制系统会自动完成：

启动搅拌电机→启动造砂浆水阀门→启动放砂浆阀门→启动螺旋计量称→启动叶轮给料机→启动搅拌桶阀门进行充填作业；当砂仓料位下降到一定位置或者井下操作工通知停止充填后，要停止充填作业，控制系统会按照工艺设定顺序完成各设备的开关和启停。

6.2.2.2砂浆造浆控制

选择好要造浆的砂仓打开对应的上、下圈造浆水电动调节阀，延时一定时间后，造浆完成，控制系统自动关闭相应电动调节阀。

延时时间在进行程序调试时，根据工艺要求可进行手动更改和设定。

造浆完成后打开放砂浆阀门放砂浆。

6.2.2.3充填料浆浓度控制

在充填搅拌过程中对搅拌生成的料浆浓度进行控制是为了确保充填体的质量并能使充填作业顺利进行。

从充填机理来看，料浆浓度高，充填体质量也高，料浆浓度低，充填体质量就难以保证。

在河西金矿充填站，采用的是无动力管道自流输送，而过高的料浆浓度又极易造成堵管。

按工艺设计，充填料浆浓度的给定在65%~70％。

充填料浆浓度控制回路原理图如图6.2所示。

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图6.2砂浆浓度控制原理图

料浆浓度控制回路采用串级双闭环控制，外闭环回路由浓度给定值和检测值组成，根据偏差和控制算法给出内闭环回路即调浓水量的给定值。

内闭环回路由水量设定值和检测值组成，利用PID控制算法，实现电动阀门开度大小的自动调节。

串级双闭环控制方式相比单闭环控制能够有效的抑制干扰信号，内环能够及时地对干扰信号进行消除，比如，在稳定运行状态下，当水压发生变化引起水流量变化时，内环闭环回路能够及时的调整电动阀门开度，抑制水流量的变化，从而保证浓度的稳定，大大提高调节的及时性。

6.2.2.4充填料浆流量控制

在充填料浆输送过程中如果流量变化大，输送管道可能会剧烈摆动，极容易发生管道爆管，因此为保证充填作业的正常进行，有必要将充填料浆流量稳定在一定范围内。

充填料浆流量控制原理图如图6.3所示。

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图6.3砂浆流量控制原理图

6.2.2.5搅拌桶液位控制

在充填搅拌系统中，控制搅拌桶液位的目的一是保证各种充填物料在搅拌桶内有足够的搅拌时间进而使搅拌均匀，二是保证料浆输送管道有一个固定压头，使搅拌成的料浆在管道输送中平稳，防止堵管。

在河西金矿充填生产过程中，料浆采用无动力管道自流输送，如果在充填搅拌过程中压头太低即搅拌桶液位低，就会发生堵管使生产无法正常进行。

如果在充填搅拌过程中搅拌桶的液位变化很大，就会导致在料浆输送过程中流量变化大，输送管道就会剧烈摆动，极容易发生管道爆管。

因此为保证充填作业的正常进行，有必要将搅拌桶液位稳定在一定范围内。

影响搅拌桶液位的量有砂浆流量（进料）、充填料浆流量（出料）、胶结料进料量以及调浓水流量，考虑到胶结料的进料量与干砂量成比例关系，调浓水流量由充填料浆浓度控制，所以搅拌桶液位控制可按砂浆流量与充填料浆流量两个因素考虑，采用液位与进、出料串级控制。

搅拌桶液位控制原理如图6.4所示。

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图6.4搅拌桶液位控制原理图

6.2.2.6胶结料加料控制

在砂仓底部放砂管道上安装矿浆流量计和超声波浓度计，将砂浆流量和浓度检测出来，然后将信号送到PLC系统中，利用运算公式，将尾砂干量实时计算出来，砂浆中的尾砂干量由下列方程式计算。

由砂浆浓度：

D=Rt*（Rm-1）/（Rm*（Rt-1））

得出浆中的干砂量：

Qt=Rt*（Rm-1）*Qv/（Rt-1）

式中：

Rt—尾砂密度,（t/m3）

Rm—尾砂浆密度，（t/m3）

Qv—尾砂浆的体积流量，（m³/h）。

控制系统计算出尾砂干量后，将这一运算值作为添加胶结料的比值控制回路做给定值，尾砂与胶结料的比值控制的系统见图6.5所示。

6.2.2.7参数检测与报警功能

1）叶轮给料机下胶结料量自动判断与报警，把胶结料计量信号与叶轮给料机的频率信号进行比较分析，判断是否发生异常，及时报警提示。

比如：

若叶轮给料机频率很高，但胶结料计量检测值很少，则出现异常。

2）对流程中的砂仓料位、灰仓料位、搅拌桶液位等料位进行检测与报警，并与相关设备进行联锁，杜绝冒料现象发生。

3）设置报警指示器，当发生故障时，启动声光报警指示，提示操作人员。

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图6.5胶结料添加量控制原理图

6.2.2.8其它设计

1）根据生产需要，控制系统软件开发出各种生产报表，包括：

计量日月年报表、各设备运转率报表、设备故障报表等，提供查询和打印功能，为企业生产管理提供有利基础数据。

2）上位机监控操作电脑画面制作精美形象，各设备运行状态以及各种数据参数一目了然，使相关人员能够快速掌握当前生产状态，并有利于集中调度和指挥，为生产提供有利辅助作用。

6.3PLC控制系统配置设计

6.3.1PLC控制器配置

整个充填站自动控制系统采用一套主站PLC控制系统。

方案：

CPU不冗余，选用西门子CPU313C-2DP模块来完成所有程序的执行。

操作员站上位机与PLC过程控制层之间采用以太网方式通信，配备工业型以太网交换机。

I/O信号采集模块选用：

☆开关量输入模块选用8DI，DC24V；

☆开关量输出模块选用16DO，DC24V，继电器隔离；

☆模拟量输入模块选用8AI，13位精度；隔离器进行信号隔离；

☆模拟量输出模块选用8AO；

6.3.2集中控制室设计

（1）操作台：

放置操作员电脑和工程师电脑，供操作员操作和工程师维护使用。

（2）1台操作员站，1台工程师站，工程师站也兼做操作员站使用，互为冗余备用，提高系统的可靠性。

（3）工程师站与操作员站通过网络交换机与主站CPU进行通讯，网络交换机放置在CPU主站柜中。

6.3.3现场仪表箱设计

为了提高系统的可靠性和操作备用性，除了设置上位机电脑操作外，还在现场设备集中区域设置仪表柜或仪表箱，在柜或箱上安装数显表和手操器，可以查看工艺参数，同时当出现意外情况时，可以现场手动干预调节。

设置在充填站搅拌区域和高压水阀门处设置仪表柜或仪表箱，以实现上述功能。

6.3.4供电设计

为保证整套系统用电的可靠性，设计供电电源取自变电所后，经隔离变压器和UPS电源隔离净化后，再给PLC柜、现场仪表进行供电。

设计1台配电柜（内含隔离变压器、断路器等），1台UPS主机放置在操作台中。

6.4视频监控系统设计

监控系统可使操作人员及时了解生产情况，掌握各主要生产设备的使用状态，对于处理突发事件及自动化控制系统的操作提供可靠依据，有效地保护充填站主要设备和现场人员的安全。

此次方案设计根据该项目的总体需求，系统采用网络化的视频监控解决方案，利用高清晰度摄像机、专业的视频主机、网络硬盘录像机及网络设备来构建视频监控系统。

6.4.1系统构成

一个完整的视频监控系统，包括成像、采集、编码、传输、管理、显示、存储等各个组成部分。

此方案采用网络数字监控方案，监控系统架构如图6.6所示。

图6.6监控系统架构图

（1）摄像部分（视频采集）

摄像部分是监控系统的前沿部分,安装在监视现场,包括摄像机、支架等。

作用是对监视区域进行视频采集并将视频信号通过传输线路传送到局域网，网内用户可随意调用查看。

此方案采用网络高清摄像机，保证画面的绝对清晰。

（2）传输部分

前端信号采集通过网线传入硬盘录像机，以保