CN105786029A - 矿池液位控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿池液位控制系统，包括矿池、从矿池中抽取矿浆的矿浆泵，其特征在于，所述矿池上方设置有用以测量矿池液位的超声波液位计；所述矿浆泵为由变频电机驱动的矿浆泵；还包括一控制系统，超声波液位计与控制系统连接，控制系统与矿浆泵的变频电机连接。本发明免去了对矿浆的无效和重复输送，节约了能源，减少了排放，达到了保护环境的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿池液位控制系统，适用于海上采矿选矿一体船、海上选矿平台或选矿船舶上的选矿作业。
背景技术
矿池在选矿系统中具有承上启下的重要作用。一方面，矿池收集上一个选矿环节产生的矿浆；另一方面，矿池收集的矿浆由矿浆泵抽取，输送到下一个选矿环节。另外，矿池还能作为调节矿浆浓度的设备。
矿池在接收上一个选矿环节产生的矿浆输入的同时，对下一个选矿环节进行矿浆输出，为保证选矿系统的持续、稳定工作，需要将矿池的液位维持在一个合适的高度。如果矿池液位过低，将会导致用于抽取矿浆的矿浆泵吸空，引起矿浆泵的工作条件恶化，并造成下一个选矿环节断流；如果矿池液位过高，将会导致矿浆溢出矿池，造成矿浆损失，还会污染环境。
在选矿系统中，所有的矿浆输入来自采矿系统的水下矿浆泵，由于浪、涌的影响，采矿装置(及水下矿浆泵吸口)与海床的距离会不断发生变化，导致水下矿浆泵的矿浆流量、浓度也会产生波动，即选矿系统的输入源本身就是不稳定的。另外，由于管路、矿浆泵的影响，各矿浆泵输出的矿浆流量、压力是在一定范围内波动的。综上两个原因，无法通过调试使选矿系统各个环节的的流量达到刚好完全一致的平衡状态。
选矿系统无法容忍出现断流的情况，因为这将会对下游所有环节产生不良影响，破坏连续运行的工况，降低系统产量。一般情况下，选矿系统的矿池会采用溢流的方式来保持最高液位，以保证系统能够连续工作，溢流的矿浆由另一个专门设置的溢流池收集起来，该溢流池的液位超过报警值后，再由专用的矿浆泵抽出重新注入到选矿系统中。
这种方法的缺点是：
A、耗能大。这种溢流的工作方式需要矿池上一个环节的流量略大于矿池下一个环节的流量，系统流程的第一个环节的流量会超出最后一个环节较多，超出的部分没有产生直接的选矿产量；溢流到溢流池的矿浆也需要由矿浆泵再次输送到选矿系统中。这种对矿浆的无效和重复输送，消耗了大量能源。
B、系统占用空间大。不同环节的矿池溢流，不能收集到同一个溢流池中，也就是说，每一个环节的矿池，都必须有对应的溢流池、矿浆泵、管路和控制阀。溢流池、矿浆泵、管路和控制阀会占用大量的空间，还会增加初始投资。在选矿系统本身流程较长、产量较大时，这个问题更为突出。
C、降低整个系统的可靠性。设备、管道和阀件数量增加后，故障率也会随之升高。
D、运营成本高。设备数量的增长会增加操作人员的数量、检修的工作量、能源的消费量和备件的消耗量，这些都会提高运营成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿池液位控制系统，以解决现有技术中的诸多问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
矿池液位控制系统，包括矿池、从矿池中抽取矿浆的矿浆泵，其特征在于，所述矿池上方设置有用以测量矿池液位的超声波液位计；所述矿浆泵为由变频电机驱动的矿浆泵；还包括一控制系统，超声波液位计与控制系统连接，控制系统与矿浆泵的变频电机连接；在测量中，超声波液位计发出高频脉冲声波，高频脉冲声波经液体表面反射后被超声波液位计接收并转换成电信号，该电信号传到控制系统中，控制系统根据超声波液位计测得的液位高度，对矿浆泵的变频电机发出频率设定信号。
在本发明的优选实施例中，超声波液位计是由微处理器控制的数字液位仪表。
在本发明的优选实施例中，所述由变频电机驱动的矿浆泵共有两台，一台正常工作用，一台备用，矿浆泵的进出口管上分别设置有液控闸阀。
在测量中，超声波液位计发出高频脉冲声波，高频脉冲声波经液体表面反射后被超声波液位计接收并转换成电信号，由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测液体表面的距离。该电信号传到控制系统中，控制系统根据超声波液位计测得的液位高度，对矿浆泵的变频电机发出频率设定信号，从而在矿池液位较高时，增大矿浆泵抽出的排量，防止发生溢流。在矿池液位较低时，减小矿浆泵的抽出排量，防止液位过低造成矿浆泵吸空。矿池液位控制系统可使矿池的液位处于动态平衡中，被控制在合理的范围内，从而保证每个矿池既不发生溢流，又不发生吸空，保证整个选矿系统的持续、稳定工作。
本发明技术方案带来的有益效果：
A、节能减排。免去了对矿浆的无效和重复输送，节约了能源，减少了排放，达到了保护环境的目的。
B、节约大量系统空间，减少初始投资。去除溢流池、矿浆泵及相关管道、控制阀的设置，占用空间大大减少，这对空间十分紧张的采选矿船来说尤为重要。一方面，节约空间对船舶来说即是减小尺度，直接降低了船舶造价。另一方面，在有限的空间内，节约空间意味着在同样的空间中可以布置更多的生产设备，能够提高产量，缩短投资回收期。
C、系统可靠性得到提高。选矿系统中的设备数量减少，意味着故障源减少，故障率降低，从而提高了可靠性和作业时间利用率。
D、提高劳动生产率，精简操作人员数量，降低人员劳动强度。减少了设备数量和维修工作量，提高了系统自动化程度，达到了精简操作人员数量的目的，直接降低了人员工资和运营成本。
E、受海上恶劣作业环境的制约以及风浪的影响，海上采选矿作业的有效作业天数较少，如何从有限的作业天数中，挤出更多的有效作业时间，是一个重大的综合性课题。矿池液位控制系统能帮助整个选矿系统在动态平衡中，稳定、持续地生产，避免因故障、系统失稳损失有效工作时间，增加单位时间产量，提高经济效益。
本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为矿池液位PID控制框图
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。
参见图1和2，矿池液位控制系统，包括矿池30、从矿池中抽取矿浆的矿浆泵，矿池上方设置有用以测量矿池液位的超声波液位计10；矿浆泵为由变频电机驱动的矿浆泵20；还包括一控制系统，超声波液位计与控制系统连接，控制系统与矿浆泵的变频电机连接；在测量中，超声波液位计发出高频脉冲声波，高频脉冲声波经液体表面反射后被超声波液位计接收并转换成电信号，该电信号传到控制系统中，控制系统根据超声波液位计测得的液位高度，对矿浆泵的变频电机发出频率设定信号。
超声波液位计是由微处理器控制的数字液位仪表。
由变频电机驱动的矿浆泵共有两台，一台正常工作用，一台备用，矿浆泵的进出口管上分别设置有液控闸阀，以实现主用、备用泵的遥控切换。
在测量中，超声波液位计发出高频脉冲声波，高频脉冲声波经液体表面反射后被超声波液位计接收并转换成电信号，由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测液体表面的距离。该电信号传到控制系统中，控制系统根据超声波液位计测得的液位高度，对矿浆泵的变频电机发出频率设定信号，从而在矿池液位较高时，增大矿浆泵抽出的排量，防止发生溢流。在矿池液位较低时，减小矿浆泵的抽出排量，防止液位过低造成矿浆泵吸空。矿池液位控制系统可使矿池的液位处于动态平衡中，被控制在合理的范围内，从而保证每个矿池既不发生溢流，又不发生吸空，保证整个选矿系统的持续、稳定工作。
具体实现方法有两种：
查表法
选矿控制系统根据矿池的当前液位高度，从表格中查得矿浆泵的转速，再将该转速信号发送给对应的变频器，即可使该矿浆泵以查得的转速运行，从而调节矿浆泵的排量，使矿池维持合理的液位。
表1矿池液位-矿浆泵转速对照表
注：液位高度位于表内值之间时，频率设定值可用插值法确定，精度为1％。表中流量与转速的对应关系根据离心泵的相似定律得出，公式为Q1/Q2＝n1/n2，其中Q1、Q2是与转速n1、n2对应的流量。
设定值法
选矿控制系统为每个矿池提供一个给操作人员输入液位设定值的接口，由操作人员根据需要以百分比或绝对值输入，操作人员未输入任何值时，系统会以默认的一个缺省值运行。选矿控制系统得到该设定值a后，将该设定值a与矿池当前液位值b比较，如果a＞b，则降低矿浆泵转速，减小排量，如果a＜b，则提高矿浆泵转速，加大排量。选矿控制系统以一定时间间隔，进行液位检测->液位比较->矿浆泵调速的循环，但其调速的范围不超出80～100％的范围。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (3)
1.矿池液位控制系统，包括矿池、从矿池中抽取矿浆的矿浆泵，其特征在于，所述矿池上方设置有用以测量矿池液位的超声波液位计；所述矿浆泵为由变频电机驱动的矿浆泵；还包括一控制系统，超声波液位计与控制系统连接，控制系统与矿浆泵的变频电机连接；在测量中，超声波液位计发出高频脉冲声波，高频脉冲声波经液体表面反射后被超声波液位计接收并转换成电信号，该电信号传到控制系统中，控制系统根据超声波液位计测得的液位高度，对矿浆泵的变频电机发出频率设定信号。
2.根据权利要求1所述的矿池液位控制系统，其特征在于：超声波液位计是由微处理器控制的数字液位仪表。
3.根据权利要求1所述的矿池液位控制系统，其特征在于：所述由变频电机驱动的矿浆泵共有两台，一台正常工作用，一台备用，矿浆泵的进出口管上分别设置有液控闸阀。
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