CN104316708B - 一种管道式矿浆浓度自动检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管道式矿浆浓度自动检测系统及方法，属于工业检测领域。本发明由矿浆自动取样装置、称重装置和测控装置组成；自动取样装置安装在矿浆管道上，称重装置安装在自动取样装置的下方，测控装置的测控主机安装在自动取样装置旁或者其他便于观察操作的地方，测控装置的其余部件安装在现场。本发明取样时不受管道矿浆不满管因素的影响，对矿浆沉淀和取样地点要求宽松，具有适应范围广、安装维护方便的特点；能自动周期性地进行检测、取样、测量、计算和排放，检测精度不受矿浆成份、粘度、气泡因素的影响，检测系统相对较为独立，因此可以获得较高的检测精度，其综合精度优于传统的核子浓度计。
Description
技术领域
本发明涉及一种管道式矿浆浓度自动检测系统及方法，属于工业检测领域。
背景技术
在工业生产过程中经常需要进行矿浆浓度的检测，特别在冶金和选矿等工业过程中，需要实时检测矿浆浓度，以便于生产操作调节或实现自动控制。
在以往的选矿过程中，进行矿浆浓度的检测需要操作工人在现场打开矿浆管道进行人工取样，然后进行样品的称量和查表计算，最后得到矿浆的浓度。这种方法不仅操作复杂，工作过程繁琐，而且很难实时精确检测矿浆浓度，从而对生产造成影响。人工浓度测量方法不仅劳动强度大、测量不及时，而且无法提供计算机系统需要的信号。由于管道矿浆中存在大量气泡和不满管，矿浆成分变化也比较大，采用现有的核子密度计也无法进行正常检测或者测量误差比较大。
现有的装置存在取样时受管道矿浆不满管因素的影响且对矿浆沉淀和取样地点要求严格，同时检测方法很容易受矿浆成份变化、矿浆夹带气泡或不满管等因素的影响，并且核子浓度检测依赖于放射性同位素，需要进行核辐射防护和对放射源进行严格管理。
发明内容
本发明提供了一种管道式矿浆浓度自动检测系统及方法，以用于解决现有的装置存在取样时受管道矿浆不满管因素的影响且对矿浆沉淀和取样地点要求严格，检测精度受矿浆成份、粘度、气泡影响的问题。
本发明的技术方案是：一种管道式矿浆浓度自动检测系统，由矿浆自动取样装置、称重装置和测控装置组成；自动取样装置安装在矿浆管道上，称重装置安装在自动取样装置的下方，测控装置的测控主机1安装在自动取样装置旁或者其他便于观察操作的地方，测控装置的其余部件安装在现场；
所述的自动取样装置包括执行机构2、取样阀3；其中取样阀3安装在矿浆管道上，执行机构2安装在取样阀3的上方，执行机构2输出轴与取样阀3的轴连接；
所述的称重装置包括溢流管4、悬臂6、称重传感器7、矿浆容器9、承重钢圈10、矿浆容器盖11、搅拌器12、称重传感器底座14；其中称重传感器7的一端固定在称重传感器底座14上，称重传感器7另一端通过悬臂6安装在承重钢圈10上，矿浆容器9下部出口与一个排浆电磁阀8连接，矿浆容器9上部外围焊接承重钢圈10，位于矿浆容器9上端的矿浆容器盖11上设有两根进流管，分别连接取样阀3和冲洗水电磁阀13，接头处用软橡胶连接，矿浆容器盖11上设有搅拌器12和溢流管4，溢流管4上设有一个电接点传感器5；
所述的测控装置包括测控主机1、电接点传感器5、排浆电磁阀8、冲洗水电磁阀13；其中测控主机1分别通过导线电接点传感器5、称重传感器7、排浆电磁阀8、冲洗水电磁阀13。
所述悬臂6、称重传感器7、称重传感器底座14分为左右两个且对称安装在矿浆容器9两侧。
所述矿浆容器9的材质为不锈钢，上部为圆柱形，下部为圆锥形。
一种管道式矿浆浓度自动检测方法，所述方法的具体步骤如下：
Step1、检测系统采用周期性测量方式，每个周期分为检测、取样、溢出等待、测量、排放冲洗共五个阶段；
Step2、在检测阶段，测控主机1首先控制关闭排浆电磁阀8，测控主机1接收来自称重装置计重部件的毛重并进行锁存；其中，称重装置计重部件的毛重表示矿浆容器为空时的测控主机1采样值；
Step3、在取样阶段，测控主机1控制执行机构2打开取样阀3进行取样，测控主机1接收到电接点传感器5检测到矿浆而传回的放大信号时，控制关闭取样阀3；
Step4、在溢出等待阶段，搅拌器12和排浆电磁阀8处于停止或关闭状态，多余的矿浆从矿浆溢流管4流出，当称重传感器7的输出信号稳定后，认为矿浆溢出已经结束；
Step5、在测量阶段，测控主机1接收到来自称重装置计重部件的总重量信号并对采集到数据进行数字滤波处理；接着测控主机1将总重量减毛重得到矿浆的重量，通过数学模型计算矿浆的浓度P，显示浓度数据和输出4-20mA的电流信号，对浓度数据进行锁存，在下一个检测数据刷新前，显示数据和输出信号保持不变；其中称重装置计重部件的总重量表示实时的测控主机1采样值；
Step6、在排放冲洗阶段，首先测控主机1控制运行搅拌器12，等待测控主机1中设定时间后打开排浆电磁阀8，再等待测控主机1中设定时间后打开冲洗水电磁阀13，冲洗结束后关闭冲洗水电磁阀13和搅拌器12，而排浆电磁阀8一直处于打开状态，直到下一个检测周期的开始。
所述称重装置计重部件包括溢流管4、悬臂6、矿浆容器9、承重钢圈10、矿浆容器盖11、搅拌器12。
所述数学模型为：；其中P为矿浆浓度，为矿石密度，d为液体的密度（表示除矿物之外，加入的液体的密度），N为实时的测控主机采样值，N 0为矿浆容器为空时的测控主机采样值，K为矿浆密度系数。
本发明的有益效果是：
1、取样时不受管道矿浆不满管因素的影响，对矿浆沉淀和取样地点要求宽松，具有适应范围广、安装维护方便的特点；
2、能自动周期性地进行检测、取样、测量、计算和排放，检测精度不受矿浆成份、粘度、气泡因素的影响，检测系统相对较为独立，因此可以获得较高的检测精度，其综合精度优于传统的核子浓度计。
3、通过提供浓度数据显示，以便于现场观察，提供电流信号输出，可供计算机控制系统、测控仪表利用。
附图说明
图1是本发明的结构图；
图中各标号为：1-测控主机，2-执行机构，3-取样阀，4-溢流管，5-电接点传感器6-悬臂，7-称重传感器，8-排浆电磁阀，9-矿浆容器，10-承重钢圈，11-矿浆容器盖，12-搅拌器，13-冲洗水电磁阀，14-称重传感器底座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图1所示，一种管道式矿浆浓度自动检测系统，由矿浆自动取样装置、称重装置和测控装置组成；自动取样装置安装在矿浆管道上，称重装置安装在自动取样装置的下方，测控装置的测控主机1安装在自动取样装置旁或者其他便于观察操作的地方，测控装置的其余部件安装在现场；
所述的自动取样装置包括执行机构2、取样阀3；其中取样阀3安装在矿浆管道上，执行机构2安装在取样阀3的上方，执行机构2输出轴与取样阀3的轴连接；
所述的称重装置包括溢流管4、悬臂6、称重传感器7、矿浆容器9、承重钢圈10、矿浆容器盖11、搅拌器12、称重传感器底座14；其中称重传感器7的一端固定在称重传感器底座14上，称重传感器7另一端通过悬臂6安装在承重钢圈10上，矿浆容器9下部出口与一个排浆电磁阀8连接，矿浆容器9上部外围焊接承重钢圈10，位于矿浆容器9上端的矿浆容器盖11上设有两根进流管，分别连接取样阀3和冲洗水电磁阀13，接头处用软橡胶连接，矿浆容器盖11上设有搅拌器12和溢流管4，溢流管4上设有一个电接点传感器5；
所述的测控装置包括测控主机1、电接点传感器5、排浆电磁阀8、冲洗水电磁阀13；其中测控主机1分别通过导线电接点传感器5、称重传感器7、排浆电磁阀8、冲洗水电磁阀13。
所述悬臂6、称重传感器7、称重传感器底座14分为左右两个且对称安装在矿浆容器9两侧。
所述矿浆容器9的材质为不锈钢，上部为圆柱形，下部为圆锥形。
一种管道式矿浆浓度自动检测方法，所述方法的具体步骤如下：
Step1、检测系统采用周期性测量方式，每个周期分为检测、取样、溢出等待、测量、排放冲洗共五个阶段；
Step2、在检测阶段，测控主机1首先控制关闭排浆电磁阀8，测控主机1接收来自称重装置计重部件的毛重并进行锁存；其中，称重装置计重部件的毛重表示矿浆容器为空时的测控主机1采样值；
Step3、在取样阶段，测控主机1控制执行机构2打开取样阀3进行取样，测控主机1接收到电接点传感器5检测到矿浆而传回的放大信号时，控制关闭取样阀3；
Step4、在溢出等待阶段，搅拌器12和排浆电磁阀8处于停止或关闭状态，多余的矿浆从矿浆溢流管4流出，当称重传感器7的输出信号稳定后，认为矿浆溢出已经结束；
Step5、在测量阶段，测控主机1接收到来自称重装置计重部件的总重量信号并对采集到数据进行数字滤波处理；接着测控主机1将总重量减毛重得到矿浆的重量，通过数学模型计算矿浆的浓度P，显示浓度数据和输出4-20mA的电流信号，对浓度数据进行锁存，在下一个检测数据刷新前，显示数据和输出信号保持不变；其中称重装置计重部件的总重量表示实时的测控主机1采样值；
Step6、在排放冲洗阶段，首先测控主机1控制运行搅拌器12，等待测控主机1中设定时间后打开排浆电磁阀8，再等待测控主机1中设定时间后打开冲洗水电磁阀13，冲洗结束后关闭冲洗水电磁阀13和搅拌器12，而排浆电磁阀8一直处于打开状态，直到下一个检测周期的开始。
所述称重装置计重部件包括溢流管4、悬臂6、矿浆容器9、承重钢圈10、矿浆容器盖11、搅拌器12。
所述数学模型为：；其中P为矿浆浓度，为矿石密度，d为液体的密度，N为实时的测控主机采样值，N 0为矿浆容器为空时的测控主机采样值，K为矿浆密度系数。
实施例2：如图1所示，一种管道式矿浆浓度自动检测系统及方法，具体设计如下：
在砂泵输送的矿浆管道中应用，矿浆为黄铜矿，矿石密度为3.2g/cm3，水的密度为1.0g/cm3，矿浆细度为80%（-200目），矿浆压力为0.6MPa，管道直径为DN80，浓度测量范围为0-80%。
取样阀3规格为DN80，安装在矿浆管道上，执行机构2型号为UNIC-10，安装在取样阀3的上方，其输出轴与取样阀3的轴通过轴连接器连接；
矿浆容器9的材质为316L不锈钢，上部为圆柱形（规格为Φ80X100），下部为圆锥形出口口径为Φ20，下部出口与排浆电磁阀8连接，矿浆容器9上部套有承重钢圈10；
矿浆容器盖11上设有两根Φ20进流管，分别连接取样阀3和冲洗水电磁阀13，接头处用软橡胶连接，矿浆容器盖11上设有一个搅拌器12和一个规格为Φ10的溢流管4，溢流管4上设有一个电接点传感器5，矿浆容器盖11连同其上连接的部件一同安装在矿浆容器9上；
称重传感器7为悬臂式，其一端固定在称重传感器底座14上，另一端通过悬臂6安装在承重钢圈10上，称重传感器7分为左右两个，安装方式基本相同；
测控主机1采用S7-200PLC运算控制部件，分别通过导线称重传感器7、电接点传感器5、冲洗水电磁阀13、排浆电磁阀8。
称重传感器7型号为CPR11-10kg，搅拌器12型号为LSX700，电接点传感器5型号为DJM1615-115，冲洗水电磁阀13型号为GEERTE-2W-250-15，排浆电磁阀8型号为KEYSTON-20。
自动取样装置安装在矿浆管道上，称重装置安装在自动取样装置的下方约0.5m的位置，测控装置的测控主机1安装在厂房的墙壁上。
在检测阶段，测控主机1首先控制关闭排浆电磁阀8，并且测控主机1检测到矿浆容器的重量（作为下一步测量计算矿浆重量的毛重）。在取样阶段，测控主机1控制运行执行机构2，执行机构2带动取样阀3转动，矿浆通过取样阀3两侧的小孔均匀的取得矿浆样本。矿浆随取样阀流入Ф80mm的矿浆容器9。自开始取样20s后，矿浆逐渐溢满矿浆容器9，电接点传感器5接通，测控主机1控制执行机构2停止运作，取样阀3停止转动，停止取样。多余的矿浆从矿浆溢流管4流出，经过4s后，测控主机1接收到称重传感器7的输出信号基本稳定，认为矿浆溢出已经结束，进入测量阶段。测控主机1测量矿浆容器的总重量和对采集数据进行数字滤波处理，总重量减毛重即可得到矿浆的重量，通过数学模型计算矿浆的浓度，显示浓度数据P，同时输出4-20mA的电流信号，4-20mA与矿浆浓度测量范围0-80%线性对应，并对浓度数据进行锁存。在排放阶段，测控主机1控制运行搅拌器12，待搅拌器12运行时间达到测控主机1中设定时间10s后，自动打开排浆电磁阀8，矿浆从排矿口流出，10秒后打开冲洗水电磁阀13，矿浆容器壁上沉积的矿砂脱落随冲洗水流出，冲洗15秒钟后关闭冲洗水电磁阀13和搅拌器12，而排浆电磁阀8一直处于打开状态，直到下一个检测周期的开始。
其中：为3.2g/cm3；d为1.0g/cm3；N为20101；N 0为12560；K为1.92x10-4g/cm3；得到矿浆的浓度值P为45%。
实施例3：如图1所示，一种管道式矿浆浓度自动检测系统及方法，具体设计如下：
在自流式矿浆管道中应用，矿浆为磁铁矿，矿石密度为2.9g/cm3，水的密度为1.02g/cm3，矿浆细度为70%（-200目），管道直径为DN125，浓度测量范围为0-70%。
取样阀3规格为DN125，安装在矿浆管道上，执行机构2型号为UNIC-20，安装在取样阀3的上方，其输出轴与取样阀3的轴通过轴连接器连接；
矿浆容器9的材质为314不锈钢，上部为圆柱形规格为Φ100X120），下部为圆锥形出口口径为Φ25，下部出口与排浆电磁阀8连接，矿浆容器9上部套有承重钢圈10；
矿浆容器盖11上设有两根Φ25进流管，分别连接取样阀3和冲洗水电磁阀13，接头处用软橡胶连接，矿浆容器盖11上设有一个搅拌器12和一个规格为Φ10的溢流管4，溢流管4上设有一个电接点传感器5，矿浆容器盖11连同其上连接的部件一同安装在矿浆容器9上；
称重传感器7为悬臂式，其一端固定在称重传感器底座14上，另一端通过悬臂6安装在承重钢圈10上，称重传感器7分为左右两个，安装方式基本相同；
测控主机1采用ATMEGE128单片机为运算控制部件，配以固态继电器作为开关部件，分别通过导线称重传感器7、电接点传感器5、冲洗水电磁阀13、排浆电磁阀8。
称重传感器7型号为JHBL-Ⅱ-15kg，搅拌器12型号为LSX700，电接点传感器5型号为YA1-M18*1.5，冲洗水电磁阀13型号为JO11SA-15，排浆电磁阀8型号为ZCSA-DN15。
自动取样装置安装在矿浆管道上，称重装置安装在自动取样装置的下方约0.5m的位置，测控装置的测控主机1安装在厂房的墙壁上。
其中：为2.9g/cm3；d为1.0g/cm3；N为10648；N 0为9463；K为1.05x10-3g/cm3；得到矿浆的浓度值P为30%。
实施例4：如图1所示，一种管道式矿浆浓度自动检测系统及方法，具体设计如下：
在浓密机底流管道中应用，矿浆为硫化锡铜矿，矿石密度为3.1g/cm3，水的密度为0.99g/cm3，矿浆细度为90%（-200目）管道直径为DN65，浓度测量范围为0-60%。
取样阀3规格为DN65，安装在矿浆管道上，执行机构2型号为UNIC-40，安装在取样阀3的上方，其输出轴与取样阀3的轴通过轴连接器连接；
矿浆容器9的材质为06Cr19Ni10不锈钢，上部为圆柱形（规格为Φ50X60），下部为圆锥形出口口径为Φ10，下部出口与排浆电磁阀8连接，矿浆容器9上部套有承重钢圈10；
矿浆容器盖11上设有两根Φ10进流管，分别连接取样阀3和冲洗水电磁阀13，接头处用软橡胶连接，矿浆容器盖11上设有一个搅拌器12和一个规格为Φ8的溢流管4，溢流管4上设有一个电接点传感器5，矿浆容器盖11连同其上连接的部件一同安装在矿浆容器9上；
称重传感器7为悬臂式，其一端固定在称重传感器底座14上，另一端通过悬臂6安装在承重钢圈10上，称重传感器7分为左右两个，安装方式基本相同；
测控主机1采用S7-300PLC为运算控制部件，配以固态继电器作为开关部件，分别通过导线称重传感器7、电接点传感器5、冲洗水电磁阀13、排浆电磁阀8。
称重传感器7型号为HVC-S01-10kg，搅拌器12型号为LSX7001-30，电接点传感器5型号为UDZ-01S，冲洗水电磁阀13型号为ZBS-10，排浆电磁阀8型号为ZCD-10。
自动取样装置安装在矿浆管道上，称重装置安装在自动取样装置的下方约0.5m的位置，测控装置的测控主机1安装在控制柜内，控制柜安装在自动取样装置附近的厂房内。
其中：为3.1g/cm3；d为1.0g/cm3；N为14719g；N 0为14578g；K为8.53x10-3g/cm3；得到矿浆的浓度值P为25%。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种管道式矿浆浓度自动检测系统，其特征在于：由矿浆自动取样装置、称重装置和测控装置组成；自动取样装置安装在矿浆管道上，称重装置安装在自动取样装置的下方，测控装置的测控主机（1）安装在自动取样装置旁或者其他便于观察操作的地方，测控装置的其余部件安装在现场；
所述的自动取样装置包括执行机构（2）、取样阀（3）；其中取样阀（3）安装在矿浆管道上，执行机构（2）安装在取样阀（3）的上方，执行机构（2）输出轴与取样阀（3）的轴连接；
所述的称重装置包括溢流管（4）、悬臂（6）、称重传感器（7）、矿浆容器（9）、承重钢圈（10）、矿浆容器盖（11）、搅拌器（12）、称重传感器底座（14）；其中称重传感器（7）的一端固定在称重传感器底座（14）上，称重传感器（7）另一端通过悬臂（6）安装在承重钢圈（10）上，矿浆容器（9）下部出口与一个排浆电磁阀（8）连接，矿浆容器（9）上部外围焊接承重钢圈（10），位于矿浆容器（9）上端的矿浆容器盖（11）上设有两根进流管，分别连接取样阀（3）和冲洗水电磁阀（13），接头处用软橡胶连接，矿浆容器盖（11）上设有搅拌器（12）和溢流管（4），溢流管（4）上设有一个电接点传感器（5）；
所述的测控装置包括测控主机（1）、电接点传感器（5）、排浆电磁阀（8）、冲洗水电磁阀（13）；其中测控主机（1）分别通过导线连接电接点传感器（5）、称重传感器（7）、排浆电磁阀（8）、冲洗水电磁阀（13）。
2.根据权利要求1所述的管道式矿浆浓度自动检测系统，其特征在于：所述悬臂（6）、称重传感器（7）、称重传感器底座（14）分为左右两个且对称安装在矿浆容器（9）两侧。
3.根据权利要求1所述的管道式矿浆浓度自动检测系统，其特征在于：所述矿浆容器（9）的材质为不锈钢，上部为圆柱形，下部为圆锥形。
4.一种使用权利要求1至3中任一项所述的管道式矿浆浓度自动检测系统的管道式矿浆浓度自动检测方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
Step1、检测系统采用周期性测量方式，每个周期分为检测、取样、溢出等待、测量、排放冲洗共五个阶段；
Step2、在检测阶段，测控主机（1）首先控制关闭排浆电磁阀（8），测控主机（1）接收来自称重装置计重部件的毛重并进行锁存；其中，称重装置计重部件的毛重表示矿浆容器为空时的测控主机（1）采样值；
Step3、在取样阶段，测控主机（1）控制执行机构（2）打开取样阀（3）进行取样，测控主机（1）接收到电接点传感器（5）检测到矿浆而传回的放大信号时，控制关闭取样阀（3）；
Step4、在溢出等待阶段，搅拌器（12）和排浆电磁阀（8）处于停止或关闭状态，多余的矿浆从矿浆溢流管（4）流出，当称重传感器（7）的输出信号稳定后，认为矿浆溢出已经结束；
Step5、在测量阶段，测控主机（1）接收到来自称重装置计重部件的总重量信号并对采集到数据进行数字滤波处理；接着测控主机（1）将总重量减毛重得到矿浆的重量，通过数学模型计算矿浆的浓度P，显示浓度数据和输出4-20mA的电流信号，对浓度数据进行锁存，在下一个检测数据刷新前，显示数据和输出信号保持不变；其中称重装置计重部件的总重量表示实时的测控主机（1）采样值；
Step6、在排放冲洗阶段，首先测控主机（1）控制运行搅拌器（12），等待测控主机（1）中设定时间后打开排浆电磁阀（8），再等待测控主机（1）中设定时间后打开冲洗水电磁阀（13），冲洗结束后关闭冲洗水电磁阀（13）和搅拌器（12），而排浆电磁阀（8）一直处于打开状态，直到下一个检测周期的开始；
所述数学模型为：；其中P为矿浆浓度，为矿石密度，d为液体的密度，N为实时的测控主机采样值，N 0为矿浆容器为空时的测控主机采样值，K为矿浆密度系数。
5.根据权利要求4所述的管道式矿浆浓度自动检测方法，其特征在于：所述称重装置计重部件包括溢流管（4）、悬臂（6）、矿浆容器（9）、承重钢圈（10）、矿浆容器盖（11）、搅拌器（12）。
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