球磨机分级作业是选矿流程中重要的环节，也是能耗最高的环节，球磨机运行特性复杂，具有惯性大和时滞时间长等特性，其随即干扰因素众多，各工艺参数之间的相关性很强，一个参数的变化会引起多个参数乃至整个过程发生变化，目前国内外选矿厂多以人工经验来判断磨机运行状态，人工操作不易及时和准确地判断与调整各操作参数，加之工人经验和责任心不同，导致生产过程中球磨机处于“欠磨”和“胀肚”等非正常运行状态，降低了磨矿过程的运行效率，增大了选矿过程的能耗。因此实现对关键工艺参数的自动控制，实现在线对现场车间进行实时监控，不仅能减轻操作的工作强度，而且能够产生巨大的经济效益。
1、球磨机自控控制原理
球磨机自动控制的目的是提高磨矿分级机组的磨矿效率：即在保证分级溢流粒度满足选别工艺要求的前提下，提高系统磨矿的台时处理能力，动态确定给矿量、并使给矿量、溢流浓度和磨矿浓度保持在最佳状态。选取球磨机音量、磨机功率给矿流量、给水量、磨矿浓度和溢流浓度作为检测数据。选取给矿流量、给水量、返砂水量、排矿水量作为控制变量，而球磨机装载量作为参考变量，其他变量都作为系统的随机干扰因素进行考虑。首先根据声强、功率及其变化由系统微机通过模糊推理确定最佳的给矿量和溢流浓度，磨矿浓度最佳值由人工设定并逐步修正。然后在上述设定值下，通过自动调整给矿量（控制原矿量）、返砂水量（控制磨矿浓度）、排矿水量（控制溢流浓度）来进行控制，并利用球荷检测、异常报警等协助方法提供可靠的保护，防止如球磨机胀肚、空砸等非正常情况的出现。原矿量通过给矿皮带电机变频调速器进行调节。溢流浓度的调节由排矿水管路上的电动调节阀加电磁流量计实现。溢流浓度和磨矿浓度的信号均通过安装在相应位置的射线浓度计测得。
2、系统功能设计及集成
2.1功能设计
根据上述控制方法，我们将下位机测控系统分解为磨矿能力测控、原矿量测控、溢流浓度测控、磨矿浓度测控四个模块，分述如下。
2.1.1磨矿能力的测控。采用电耳检测现场音强信号，采用功率变送器同步检测球磨机功率信号，双信号的结合即可对矿石与球荷等因素进行准确的分析，又为系统磨矿效率的检测提供了基础数据。球磨机运行过程中，球磨机矿石充填率低时，磨机功率小；随着充填率增高，球磨机电耳信号降低同时球磨机功率消耗增高；达到一定充填率时，电耳信号继续降低，但是球磨机功率开始下降。在功率最高时的磨矿效率最佳，所以要控制系统保证球磨机工作在功率信号接近最佳值的领域内。利用上述的特点，可预防球磨机空砸和胀肚确保球磨机处于最佳负荷区域。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆以胀肚保护为例，电耳信号接近胀肚信号临界点表明球磨机存矿过多或矿石粒度变粗或矿石硬度升高，可通过控制信号减小给矿量或使给矿停止一段时间（在特殊情况下），直到电耳信号升高，接近某个定值后再恢复原给矿量，控制信号如何减少及每次减少量采用模糊控制算法控制。
2.1.2原矿量测控。通过对球磨机声强、功率的采样值计算、趋势值计算、趋势变化率计算，并通过模糊控制原理在主控机内设定矿量的给定值，检测值为电子皮带秤测定的瞬时流量值，比较检测值与给定值，如产生偏差，超出允许调节限，则主控机进行调节控制，并将控制信号输出至变频调速器，调节矿量使其消除给矿量的偏差。该过程的连续运行，能保证给矿量维持在给定值附近，保持系统的正常运行。
2.1.3溢流浓度测控。分级机溢流粒度与溢流浓度是直接相关的。根据球磨机声强信号和球磨功率信号，通过模糊推理设定最佳分级溢流浓度设定值。采用浓度计实现分级溢流浓度的检测，并将其与最佳分级溢流浓度设定值比较，如有偏差，则调节排矿水电动调节阀的开度，控制排矿水量的大小，直到偏差消除、过程稳定为止。
2.1.4磨矿浓度测控。对具体的磨矿分级过程来说，磨矿浓度应有一个最佳范围，磨矿浓度过高或过低都不利于磨矿效果，最佳磨矿浓度范围可以由磨矿分级过程的工艺指标分析得到，同时在自动控制系统的现场安装调试过程中逐步修正达到最佳。通常情况下，当原矿粒度较细、硬度较低、品味较高、目矿物结晶粒度较粗时，磨矿浓度可适当降低；反之原矿性质较差时，可是当提高磨矿浓度。
2.2系统集成
2.2.1硬件集成
在原选矿厂的基础设备上，根据以上控制方案，需要配备的设备有：电子皮带秤1台（包括S7-300、变频器、变频电机、皮带缓冲机、皮带秤体、编码器等），电子流量计1台，核子浓度计2台，110KW变频器2台，电动执行器3个，胶管阀3个，超声波液位计1个，美国HoneyWell公司的UMC800控制器1台（Al/AO模板，DI/DO模板若干），电脑1台。
2.2.2软件集成
软件集成的主要内容是：根据以上控制方案，用控制器自带编程软件进行编程，实现控制要求，同时根据现场需要做出监控画面和动画连接，实现实时监控。
3、小结
该系统能对整个磨矿过程实现自动化控制，对提高回收率和精矿品位起着积极的作用。但由于现场环境恶劣，操作工素质和现场维护能力有限，因此在程序设计时，除了在软件上考虑手自动两套方案，在硬件上也安排了整套手动方案，即在自动系统因故障不能及时排队时，能够脱离自控控制系统，完全手动控制，以免影响生产。球磨机分级自控化控制系统能够使机器设备在最佳状态工作，减少人工误操作，使各工艺参数得到稳定控制，减少设备故障发生率和维修工作量，提高了生产效率，并带来较好的经济效益。
论文作者:廖莎
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/8/21
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