CN112570153B - 一种选矿过程药液用量测控方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及选矿过程药液用量测控方法及装置，本发明包括补药装置、称重装置、数控装置、测控主机和机架五个部分。本发明通过称重传感器实时检测加药箱的药液重量，根据加药电磁阀动作时加药箱药液重量的变化值，检测和控制加药电磁阀的药液输出量。根据加药流量范围和补药流量范围，对控制周期进行加药控制时间段和补药控制时间段的计算。以加药电磁阀数量、流量及药液用量为依据，计算加药控制时间段内各加药电磁阀的控制时间。采用加药电磁阀分时控制方法，控制各加药电磁阀的动作，实现多个加药点药液用量的精确控制。本发明具有控制精度高、稳定性好、适应性强、维护量小等特点，可以适用于多种物理化学性质的药液流量控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种选矿过程药液用量测控方法及装置，属于选矿过程测控技术领域。
背景技术
浮选是选矿过程最重要的方法之一，广泛用于有色金属、稀有金属、贵金属、黑色金属、非金属、煤炭等矿物的选别。药剂添加是浮选生产过程中一个非常重要的环节，药剂添加量的大小、准确与否，都直接关系到选矿的数量、质量和经济效益。
选矿过程中，固体药剂通常加水配置成一定浓度的药液，然后按工艺要求输送到各加药点。传统的人工加药方式既不准确也不及时。现有的自动加药方式主要有电磁阀式和计量泵式。电磁阀式加药控制方法通过控制电磁阀的开关时间从而控制加药量，该方法简单易行，但很容易受到液位变化、温度变化、药液含杂质、管路结垢、阀芯磨损等因素的影响，需要频繁进行标定，不仅工作量大，而且控制精度不高；计量泵式加药控制方法可以实时测控药液输出量，但控制精度同样也容易受到压力变化、温度变化、药液含杂质、部件磨损等因素的影响，不仅制造成本高，而且随着使用时间的延长，精度逐渐变差，设备校正比较繁琐。并且上述两种方法只能适应药液粘度不高、物理性质受温度变化影响较小的药液，诸如水玻璃、脂肪酸纳、十二烷基硫酸钠、氧化石蜡皂等选矿常用的药剂，由于药液粘度大且当温度偏低时流动性很差，难以进行精确的控制。
发明内容
为了克服现有加药控制方法存在的容易受到液位压力变化、温度变化、药液含杂质、管路结垢、部件磨损等因素的影响，以及应用条件要求较苛刻等问题，本发明提供一种选矿过程药液用量测控方法及装置，该技术以检测加药箱的药液重量和采用数控式控制方法为基本手段，精确控制各加药点的药液输出量，实现多个加药点药液的输出控制，具有精度高、稳定性好、适用范围广、无需进行频繁校准和便于实现等特点。
本发明技术方案是：一种选矿过程药液用量测控装置，包括补药装置、称重装置、数控装置、测控主机和机架五个部分；
所述补药装置包括补药手阀4、补药电磁阀5和补药管道6；
所述称重装置包括加药箱7、称重传感器1和称重传感器变送器2；
所述数控装置包括加药管接头8、加药手阀9、加药电磁阀10、接药箱11和输出管道12；
所述补药手阀4和补药电磁阀5通过补药管道6连接，补药装置安装在加药箱7的上方；加药箱7安装在称重传感器1的上方，称重传感器1固定在机架3上，并且通过引线与称重传感器变送器2连接；加药管接头8、加药手阀9、加药电磁阀10依次连接，接药箱11在加药电磁阀10出口的下方，并通过输出管道12将药液输送到各加药点，测控主机与称重传感器变送器2、补药手阀4、加药电磁阀10连接，可以用于负责称重信号数据采集和处理、补药控制和加药控制等，机架3为立式，用于固定补药装置、称重装置和数控装置。
进一步地，所述测控主机包括CPU模块、高精度A/D模块和DO模块。
进一步地，所述加药电磁阀10的控制线为软导线，所有加药电磁阀10的控制线绑扎后固定在机架3上；补药装置和称重装置分别通过补药管道6、称重传感器1固定在机架3上，补药装置的控制线固定在机架3上，并保持一定的松弛度。
进一步地，所述接药箱11为开口式，上面与加药电磁阀10出口保持有一定距离。
在加药箱7上方安装补药手阀4，在加药箱7的前面下方安装加药电磁阀10，可以根据需要安装1至4个加药电磁阀10；加药电磁阀10输出的药液通过输出管道12输送到各加药点。接药箱11为开口式，上面与加药电磁阀10出口保持有一定距离，以便于观察药液输出情况和进行实际加药量的检查测定。
测控主机作为本测控装置的核心，根据测控装置的检测参数情况和药液需要量，采用本发明提供的控制方法，将重力检测与数字控制相结合，实时控制加药电磁阀和补药电磁阀的动作，从而将药液输出量控制在设定值范围内，满足生产过程各加药点对各种药液的用量要求。
一种选矿过程药液用量测控装置的校准方法，包括：由于通过加药前后加药箱药液重量的减小值计算药液的输出量，因此，对安装在加药箱7上的加药电磁阀10进行流量校准时，无需逐个进行校准，只需要校准该加药箱的重量检测装置即可。由于重量检测装置不接触药液，性能比较稳定，无需频繁校准。重量检测装置的校准步骤为：
步骤1：将加药箱7的药液排空到最低位置，在测控主机上进行校零操作。
步骤2：在加药箱7加上砝码，在测控主机上输入砝码的重量和进行校准操作。
步骤3：取下砝码，保存校准参数。
本发明提供的选矿过程药液用量测控方法的基本控制原理为：测控装置采用周期性分时控制的方法，实现加药和补药的控制；测控装置通过称重传感器1实时检测加药箱7的药液重量，通过周期性的分时、顺序控制方式，并根据加药电磁阀10动作时加药箱药液重量的变化数据，检测和控制加药电磁阀10的药液输出量，每个控制周期分为加药控制时间段和补药控制时间段，在加药控制时间段，加药电磁阀10按顺序依次动作，在补药控制时间段，补药电磁阀5动作，在加药控制时间段，以加药电磁阀数量、流量及药液用量为依据，确定各加药电磁阀10的控制时间段，采用加药电磁阀分时控制方法，控制各加药电磁阀10的动作，实现多个加药点药液用量的精确控制。
进一步地，本发明的控制方法的步骤包括：
如图1所示，以三个加药电磁阀为例进行说明。
步骤S1：根据实际需要，设定各加药点所需要的加药量，设置加药点选择开关的状态。选择开关为ON，加药电磁阀可进行加药控制，否则停止加药控制。
步骤S2：根据实际需要设定测控装置的控制时钟的周期值，一般设定在30s至120s之间。
步骤S3：控制时钟根据控制周期的设定值进行循环计时，控制时钟精度为1ms，测控装置加药电磁阀和补药电磁阀的控制采用同一个控制时钟。
步骤S4：在测控系统调试阶段，当补药电磁阀5药液压力为上、下限时，测量补药电磁阀5输出药液的流量上限和下限，并设定流量上限和下限；当加药箱7的液位为上、下限时，测量各加药电磁阀输出药液流量的上、下限，并分别进行设定；根据实际用量范围，设定各加药电磁阀10的药液流量范围。
步骤S5：根据补药电磁阀5的流量范围，以及各加药电磁阀10的药液流量设定值范围，计算各加药电磁阀的控制时间和补药电磁阀控制时间，并对控制周期时间进行加药时间和补药时间的划分，划分原则为：在控制周期内，在保证满足加药箱7能够满足补药的前提下，尽量增加总加药时间。加药时间确定后，再根据各加药电磁阀10的药液用量范围，以及加药电磁阀10流量上、下限，确定各电磁阀的动作时间。
步骤S6：根据步骤S5获得的各加药电磁阀10的动作时间以及编号按由小到大的顺序，确定各加药电磁阀10、补药电磁阀5的控制指针PA值，指针号为0至N+1，其中，N为加药电磁阀的数量。
步骤S7：根据控制指针PA的数值，按数值由小到大的顺序，控制补药电磁阀5和加药电磁阀10的动作。
步骤S8：以3个加药电磁阀10为例。PA＝0，所有电磁阀停止动作；PA＝1，进入补药电磁阀控制阶段，测控装置根据加药箱7设定的药液重量范围，控制补药电磁阀的动作，并保持加药箱7的药液重量在设定值范围内；PA＝2、3、4，分别进入1#、2#、3#电磁阀的分时控制阶段，三个加药电磁阀10各有一个二次控制时钟，在各自的控制阶段分别计时。
步骤S9：进入加药电磁阀分时控制阶段，各加药电磁阀10的分时控制方法基本相同，通过该控制方法，将各加药电磁阀10的输出药液量控制在各自的设定值范围内。
所有加药电磁阀10采用相同的分时控制方法进行加药量的控制，该控制方法的步骤为：
步骤S11：关闭加药电磁阀10，延时0.5至2秒后，计算加药箱药液重量的平均值，记录该平均值，作为该加药电磁阀10加药前的药液重量初始值。
步骤S12：打开加药电磁阀10输出药液，计算药液的减少量，直到药液减少量接近加药的设定值。
步骤S13：关闭加药电磁阀10，延时0.5至2秒，同时计算加药箱药液重量的平均值，步骤S11得到的药液重量初始值减去当前药液重量的平均值即为药液实际输出量。
步骤S14：步骤S13作为药液流量粗略控制，得到的药液输出量略小于加药设定值，需要进行细调，以提高控制精度，如果采用逐步加药的控制的方式，必然占用较多的时间，不适合时间安排紧凑的药液输出控制，需要根据步骤S13的加药时间以及药液输出量，计算下一步加药电磁阀的动作时间，计算公式是：加药电磁阀动作时间＝步骤S13药液输出量÷步骤S13的加药时间+补偿时间，其中补偿时间为调试时确定。
步骤S15：按步骤S14计算的加药电磁阀的动作时间，控制当前加药电磁阀10的动作，计算本次动作的药液输出量。
步骤S16：经步骤S15控制后，实际输出药液量已经很接近加药设定值，为了获得很高的精测精度，加药电磁阀10暂停0.5至1秒，计算该加药电磁阀当前的实际输出量，以步骤S15的控制时间和药液输出量为依据，计算下一步加药电磁阀的动作时间，计算公式是：加药电磁阀动作时间＝步骤S15药液输出量/步骤S15的加药时间+补偿时间。。
步骤S17：以经步骤S16得到的加药电磁阀的动作时间，控制当前加药电磁阀10的动作，以此精确控制药液输出量。
步骤S18：加药电磁阀10暂停0.5至1秒，计算本控制周期内的当前加药电磁阀10输出药液的重量。到这一步，药液输出控制精度已经能满足生产的要求，如果要获得更高的控制精度，只需要重复步骤S16和步骤S17。
本发明的有益效果是：
(1)可以克服现有加药控制系统存在的容易受到液位压力变化、温度变化、药液含杂质、管路结垢、部件磨损等因素的影响，应用范围更广，适应性更强。
(2)采用称重方式检测药液重量，并根据药液重量的变化计算药液的输出量，检测部件不接触药液，检测和控制在一个相对独立的环境下进行，精度更高，稳定性更好。
(3)可以适用于高粘度、流动性变化大的药液的精确检测与控制。
(4)当需要校准时，只需一个标准砝码，校正重力检测装置即可校正加药箱上所有加药电磁阀流量，避免现有加药控制系统需要逐个对加药部件进行校验的不足。
附图说明
图1是本发明的测控装置结构图。
图2是本发明的测控装置原理图。
图3是本发明的加药电磁阀分时控制原理图。
图中，1-称重传感器，2-称重传感器变送器，3-机架，4-补药电磁阀，5-补药电磁阀，6-补药管道，7-加药箱，8-加药管接头，9-加药手阀，10-加药电磁阀，11-接药箱，12-输出管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-3所示，一种选矿过程药液用量测控装置，应用于选矿厂硫酸铜药液的加药控制。药液浓度为5％，加药点为3个，编号为1#―3#，对应加药点药液用量范围为：3000―4000g/min、2000―3000g/min、1000―2000g/min。
本发明提供的测控装置的构建方法为：
该测控装置由补药装置、称重装置、数控装置、测控主机和机架五个部分组成。
补药装置包括1个补药手阀4、1个补药电磁阀5和1个补药管道6。各部件的选择为：补药手阀4材质为304不锈钢，口径为1.5英寸；补药电磁阀5材质为304不锈钢，口径为1.5英寸，电压为24VDC；补药管道6材质为304不锈钢，管径为1.5英寸。
称重装置包括1个加药箱7、1个称重传感器1和1个称重传感器变送器2。各部件的选择为：加药箱7材质为304不锈钢，长*高*厚＝400*300*200；称重传感器1为悬臂式，量程为0-20kg；称重传感器变送器2为三线制，供电为24VDC，输出信号为4-20mA。
数控装置包括3个加药管接头8、3个加药手阀9、3个加药电磁阀10、3个接药箱11和3个输出管道12。加药管接头8材质为304不锈钢，管径为1英寸；加药手阀9材质为304不锈钢，口径为1英寸；加药电磁阀10材质为304不锈钢，口径为1英寸，电压为24VDC；接药箱11材质为304不锈钢，长*高*厚＝150*200*150；输出管道12材质为PVC，管径为4分。
测控主机包括CPU模块、高精度A/D模块和DO模块。测控主机CPU为S7-300PLC，A/D模块为16位分辨率，DO模块为共阳极晶体管输出。
机架3为立式，材质为普通钢材，长*高*厚＝500*1000*500，用于固定补药装置、称重装置和数控装置。
所述补药手阀4和补药电磁阀5通过补药管道6连接，补药装置安装在加药箱7的上方；加药箱7安装在称重传感器1的上方，称重传感器1固定在机架3上，并且通过引线与称重传感器变送器2连接；加药管接头8、加药手阀9、加药电磁阀10依次连接，接药箱11在加药电磁阀10出口的下方，并通过输出管道12将药液输送到各加药点，测控主机与称重传感器变送器2、补药手阀4、加药电磁阀10连接，可以用于负责称重信号数据采集和处理、补药控制和加药控制等，机架3为立式，用于固定补药装置、称重装置和数控装置。
进一步地，所述测控主机包括CPU模块、高精度A/D模块和DO模块。
进一步地，所述加药电磁阀10的控制线为软导线，所有加药电磁阀10的控制线绑扎后固定在机架3上，并有足够的长度余量；补药装置和称重装置分别通过补药管道6、称重传感器1固定在机架3上，补药装置的控制线固定在机架3上，并保持一定的松弛度。
进一步地，所述接药箱11为开口式，上面与加药电磁阀10出口保持有一定距离。
在加药箱7上方安装补药电磁阀5，在加药箱7的前面下方安装加药电磁阀10，共安装3个加药电磁阀10；加药电磁阀10输出的药液通过输出管道12输送到各加药点。接药箱11为开口式，上面与加药电磁阀10出口保持有一定距离，以便于观察药液输出情况和进行实际加药量的检查测定。
测控主机作为本测控装置的核心，根据测控装置的检测参数情况和药液需要量，采用本发明提供的控制方法，将重力检测与数字控制相结合，实时控制加药电磁阀和补药电磁阀的动作，从而将药液输出量控制在设定值范围内，满足生产过程各加药点对各种药液的用量要求。
本发明提供的重量检测装置的校准步骤为：
步骤1：将加药箱7的药液排空到最低位置，在测控主机上进行校零操作，这时的药液重量显示值为0。
步骤2：在加药箱7加上砝码，砝码重量为2000g，在测控主机上输入砝码的重量2000g和进行校准操作，这时的药液重量显示值为砝码的重量2000g。
步骤3：取下砝码，保存校准参数。
本发明提供的控制方法的基本控制原理为：
测控装置采用周期性分时控制的方法，实现加药和补药的控制。测控装置通过称重传感器1实时检测加药箱7的药液重量，通过周期性的分时、顺序控制方式，并根据加药电磁阀10动作时加药箱药液重量的变化数据，检测和控制加药电磁阀10的药液输出量；每个控制周期分为加药控制时间段和补药控制时间段。在补药控制时间段，补药电磁阀5动作，在加药控制时间段，加药电磁阀10按顺序动作。根据加药控制时间段，以加药电磁阀数量、流量及药液用量为依据，确定各加药电磁阀10的控制时间段。采用加药电磁阀分时控制方法控制各加药电磁阀10的动作，实现多个加药点药液用量的精确控制。
本发明的控制方法的总体控制步骤为：
步骤S1：根据实际需要，设定各加药点所需要的加药量，设置加药点选择开关的状态。选择开关为ON，加药电磁阀可进行加药控制，否则停止加药控制。
步骤S2：根据实际需要设定测控装置的控制时钟的周期值，本控制时钟周期设定值为60s。
步骤S3：控制时钟根据控制周期的设定值进行循环计时，控制时钟精度为1ms，测控装置加药电磁阀和补药电磁阀的控制采用同一个控制时钟。
步骤S4：在测控装置调试阶段，当药液压力为上、下限时，测量补药电磁阀5输出药液的流量上、下限，得到补药电磁阀的流量范围为：30000―50000g/min，分别将该流量上、下限值输入测控主机；加药箱7的液位为上、下限时，测量各加药电磁阀输出药液流量的上、下限，1#—3#三个加药电磁阀的流量范围分别为：12000―16000g/min、8000―12000g/min、4000―8000g/min，分别将该流量上、下限输入测控主机；根据实际用量范围，设定1#—3#加药电磁阀10的药液流量范围分别为：3000―4000g/min、2000―3000g/min、1000―2000g/min。
步骤S5：根据补药电磁阀5的流量范围，以及各加药电磁阀10的药液流量设定值范围，计算各加药电磁阀的控制时间和补药电磁阀控制时间，并对控制周期时间进行加药时间和补药时间的划分。加药时间确定后，再根据各加药电磁阀10的药液用量范围，以及加药电磁阀10流量上、下限，确定各电磁阀的动作时间，1#―3#加药电磁阀的控制时间为20s、15s和10s，补药电磁阀控制时间为15s。
步骤S6：根据步骤S5获得的各加药电磁阀10的动作时间以及编号按由小到大的顺序，确定补药电磁阀5、各加药电磁阀10的控制指针PA值，指针号为0至4。
步骤S7：根据控制指针PA的数值，按数值由小到大的顺序，控制补药电磁阀5和加药电磁阀10的动作。
步骤S8：PA＝0，所有电磁阀停止动作；PA＝1，进入补药电磁阀控制阶段，测控装置根据加药箱7设定的药液重量范围，控制补药电磁阀的动作，并保持加药箱7的药液重量在设定值范围内；PA＝2、3、4，分别进入1#、2#、3#电磁阀的分时控制阶段，三个加药电磁阀10各有一个二次控制时钟，在各自的控制阶段分别计时。
步骤S9：进入加药电磁阀分时控制阶段，各加药电磁阀10的分时控制方法基本相同，通过该控制方法，将各加药电磁阀10的输出药液量控制在各自的设定值范围内。
所有加药电磁阀10采用相同的分时控制方法进行加药量的控制，该控制方法的步骤为：
步骤S11：为了精确检测加药前加药箱7的药液重量，需要关闭加药电磁阀10，延时1秒后，计算加药箱药液重量的平均值，并记录该平均值，作为该加药电磁阀10加药前的药液重量初始值。
步骤S12：打开加药电磁阀10，输出药液，计算药液的减少量，直到药液减少量达到设定值的85％。
步骤S13：关闭加药电磁阀10，延时1秒，同时计算加药箱药液重量的平均值，步骤S11得到的药液重量初始值减去当前药液重量的平均值即为药液实际输出量。
步骤S14：根据步骤S13的加药时间以及药液输出量，计算下一步加药电磁阀的动作时间，计算公式为：动作时间＝步骤S13药液输出量÷步骤S13的加药时间+补偿时间，其中补偿时间为调试时确定，本例取值为0.2s。
步骤S15：按步骤S14计算的加药电磁阀的动作时间，控制当前加药电磁阀10的动作，计算本次动作的药液输出量。
步骤S16：经步骤S15控制后，实际输出药液量已经很接近加药设定值，为了获得很高的精测精度，加药电磁阀10暂停0.5秒，计算该加药电磁阀当前的实际输出量，以步骤S15的控制时间和药液输出量为依据，计算下一步加药电磁阀的动作时间，计算公式为：动作时间＝步骤S15药液输出量÷步骤S15的加药时间+补偿时间，其中补偿时间为调试时确定，本例取值为0.1s。
步骤S17：按经步骤S16得到的加药电磁阀的动作时间，控制当前加药电磁阀10的动作，以此精确控制药液输出量。
步骤S18：加药电磁阀10暂停0.5秒，同时计算本控制周期内的当前加药电磁阀10输出药液的重量。
实施例2：
应用于选矿厂黄药药液的加药控制。药液浓度为10％，加药点为2个，编号为1#、2#，对应加药点药液用量范围为：400―600g/min、200―400g/min。
本实施例的部件配置种类与部件连接方法与实施例1相同。
本发明提供的测控装置的构建方法为：
该测控装置由补药装置、称重装置、数控装置、测控主机和机架五个部分组成。
补药装置包括1个补药手阀4、1个补药电磁阀5和1个补药管道6。各部件的选择为：补药手阀4材质为PVC，口径为1英寸；补药电磁阀5材质为PVC，口径为1英寸，电压为24VDC；补药管道6材质为PVC，管径为1英寸。
称重装置包括1个加药箱7、1个称重传感器1和1个称重传感器变送器2。各部件的选择为：加药箱7材质PVC，长*高*厚＝300*300*200；称重传感器1为悬臂式，量程为0-15kg；称重传感器变送器2为三线制，供电为24VDC，输出信号为4-20mA。
数控装置包括2个加药管接头8、2个加药手阀9、2个加药电磁阀10、2个接药箱11和2个输出管道12。所有加药电磁阀10的控制线绑扎后固定在机架3上，控制线的长度为0.6m；加药管接头8材质为PVC，管径为4分；加药手阀9材质为PVC，管径为4分；加药电磁阀10材质为PVC，管径为4分，电压为24VDC；接药箱11材质PVC，长*高*厚＝150*200*150；输出管道12材质为PVC，管径为4分。
测控主机包括CPU模块、高精度A/D模块和DO模块。测控主机CPU为S7-1200PLC，A/D模块为16为分辨率，DO模块为共阳极晶体管输出。
机架3为立式，材质为普通钢材，长*高*厚＝400*1000*500，用于固定补药装置、称重装置和数控装置。
本发明提供的重量检测装置的校准步骤为：
步骤1：将加药箱7的药液排空到最低位置，在测控主机上进行校零操作，这时的药液重量显示值为0。
步骤2：在加药箱7加上砝码，砝码重量为1500g，在测控主机上输入砝码的重量1500g和进行校准操作，这时的药液重量显示值为砝码的重量1500g。
步骤3：取下砝码，保存校准参数。
本发明的控制方法的总体控制步骤为：
步骤S1：根据实际需要，设定各加药点所需要的加药量，设置加药点选择开关的状态。选择开关为ON，加药电磁阀可进行加药控制，否则停止加药控制。
步骤S2：根据实际需要设定测控装置的控制时钟的周期值，控制时钟周期设定值为60s。
步骤S3：控制时钟根据控制周期的设定值进行循环计时，控制时钟精度为1ms，测控装置的加药电磁阀和补药电磁阀的控制采用同一个控制时钟。
步骤S4：在测控装置调试阶段，在药液压力为上、下限时，测量补药电磁阀5输出药液的流量上、下限，补药电磁阀的流量范围为：5000―9000g/min，分别将该流量上、下限值输入测控主机；当加药箱7的液位为上、下限时，测量各加药电磁阀输出药液流量的上、下限，1#、2#加药电磁阀的流量范围分别为：2000―3000g/min、1500―2000g/min，分别将该流量范围值输入测控主机；根据实际用量范围，设定1#、2#加药电磁阀10的药液流量范围分别为：400―600g/min、200―400g/min。
步骤S5：根据补药电磁阀5的流量范围，以及各加药电磁阀10的药液流量设定值范围，计算各加药电磁阀的控制时间和补药电磁阀控制时间，并对控制周期时间进行加药时间和补药时间的划分。加药时间确定后，再根据各加药电磁阀10的药液用量范围，以及加药电磁阀10流量上、下限，确定各电磁阀的动作时间，1#、2#加药电磁阀的控制时间为25s和15s，补药电磁阀控制时间为20s。
步骤S6：根据步骤S5获得的各加药电磁阀10的动作时间以及编号按由小到大的顺序，确定各加药电磁阀10、补药电磁阀5的控制指针PA值，指针号为0至3。
步骤S7：根据控制指针PA的数值，按数值由小到大的顺序，控制补药电磁阀5和加药电磁阀10的动作。
步骤S8：PA＝0，所有电磁阀停止动作；PA＝1，进入补药电磁阀控制阶段，测控装置根据加药箱7设定的药液重量范围，控制补药电磁阀的动作，并保持加药箱7的药液重量在设定值范围内；PA＝2、3，分别进入1#、2#电磁阀的分时控制阶段，两个加药电磁阀10各有一个二次控制时钟，在各自的控制阶段分别计时。
步骤S9：进入加药电磁阀分时控制阶段，各加药电磁阀10的分时控制方法基本相同，通过该控制方法，将各加药电磁阀10的输出药液量控制在各自的设定值范围内。
所有加药电磁阀10采用相同的分时控制方法进行加药量的控制，该控制方法的步骤为：
步骤S11：为了精确检测加药前加药箱7的药液重量，需要关闭加药电磁阀10，延时1秒，同时计算加药箱药液重量的平均值，并记录该平均值，作为该加药电磁阀10加药前的药液重量的初始值。
步骤S12：打开加药电磁阀10，输出药液，计算药液的减少量，直到药液减少量达到设定值的90％。
步骤S13：为了精确检测加药前加药箱7的药液重量，需要关闭加药电磁阀10，延时1秒，同时计算加药箱药液重量的平均值，步骤S11得到的药液重量平均值减去当前药液重量的平均值即为药液实际输出量。
步骤S14：根据步骤S13的加药时间以及药液输出量，计算下一步加药电磁阀的动作时间，计算公式为：动作时间＝步骤S13药液输出量÷步骤S13的加药时间+补偿时间，其中补偿时间为调试时确定，本例取值为0.0s。
步骤S15：按步骤S14计算的加药电磁阀的动作时间，控制当前加药电磁阀10的动作，计算本次动作的药液输出量。
步骤S16：经步骤S15控制后，实际输出药液量已经很接近加药设定值，为了获得很高的精测精度，加药电磁阀10暂停0.5秒，计算该加药电磁阀当前的实际输出量，以步骤S15的控制时间和药液输出量为依据，计算下一步加药电磁阀的动作时间，计算公式为：动作时间＝步骤S15药液输出量÷步骤S15的加药时间+补偿时间，其中补偿时间为调试时确定，本例取值为0.0s。
步骤S17：按经步骤S16得到的加药电磁阀的动作时间，控制当前加药电磁阀10的动作，以此精确控制药液输出量。
步骤S18：加药电磁阀10暂停0.5秒，计算本控制周期内的当前加药电磁阀10输出药液的重量。
实施例3：
应用于选矿厂碳酸钠与氢氧化钠混合药液的加药控制。碳酸钠与氢氧化钠配比为4:1，药液浓度为5％，加药点为4个，编号为1#―4#，对应加药点药液用量范围为：1000―1200g/min、800―1000g/min、600―800g/min、400―600g/min。
本实施例的部件配置种类与部件连接方法与实施例1相同。
本发明提供的测控装置的构建方法为：
该测控装置由补药装置、称重装置、数控装置、测控主机和机架五个部分组成。
补药装置包括1个补药手阀4、1个补药电磁阀5和1个补药管道6。各部件的选择为：补药手阀4材质为PVC，口径为1.2英寸；补药电磁阀5材质为PVC，口径为1.2英寸，电压为24VDC；补药管道6材质为PVC，管径为1.2英寸。
称重装置包括1个加药箱7、1个称重传感器1和1个称重传感器变送器2。各部件的选择为：加药箱7材质PVC，长*高*厚＝450*300*200；称重传感器1为悬臂式，量程为0-25kg；称重传感器变送器2为三线制，供电为24VDC，输出信号为4-20mA。
数控装置包括4个加药管接头8、4个加药手阀9、4个加药电磁阀10、4个接药箱11和4个输出管道12。所有加药电磁阀10的控制线绑扎后固定在机架3上，控制线的长度为1m；加药管接头8材质为PVC，管径为6分；加药手阀9材质为PVC，管径为6分；加药电磁阀10材质为PVC，管径为6分，电压为24VDC；接药箱11材质PVC，长*高*厚＝160*200*150；输出管道12材质为PVC，管径为6分。
测控主机包括CPU模块、高精度A/D模块和DO模块。测控主机CPU为S7-300PLC，A/D模块为16为分辨率，DO模块为共阳极晶体管输出。
机架3为立式，材质为普通钢材，长*高*厚＝550*1000*500，用于固定补药装置、称重装置和数控装置。
本发明提供的重量检测装置的校准步骤为：
步骤1：将加药箱7的药液排空到最低位置，在测控主机上进行校零操作，这时的药液重量显示值为0。
步骤2：在加药箱7加上砝码，砝码重量为3000g，在测控主机上输入砝码的重量3000g和进行校准操作，这时的药液重量显示值为砝码的重量3000g。
步骤3：取下砝码，保存校准参数。
本发明的控制方法的总体控制步骤为：
步骤S1：根据实际需要，设定各加药点所需要的加药量，设置加药点选择开关的状态。选择开关为ON，加药电磁阀可进行加药控制，否则停止加药控制。
步骤S2：根据实际需要设定测控装置的控制时钟的周期值，控制时钟周期设定值为60s。
步骤S3：控制时钟根据控制周期的设定值进行循环计时，控制时钟精度为1ms，测控装置加药电磁阀和补药电磁阀的控制采用同一个控制时钟。
步骤S4：在测控装置调试阶段，在药液压力为上、下限时，测量补药电磁阀5输出药液的流量上、下限，补药电磁阀的流量范围为：15000―18000g/min，分别将该流量范围值输入测控主机；当加药箱7的液位为上、下限时，测量各加药电磁阀输出药液流量的上、下限，1#―4#加药电磁阀的流量范围分别为：4000―5000g/min、3000―5000g/min、2500―3200g/min、1600―2400g/min，分别将该流量上、下限值输入测控主机；根据实际用量范围，设定1#―4#加药电磁阀10的药液流量范围分别为：1000―1200g/min、800―1000g/min、600―800g/min、400―600g/min。
步骤S5：根据补药电磁阀5的流量范围，以及各加药电磁阀10的药液流量设定值范围，计算各加药电磁阀的控制时间和补药电磁阀控制时间，并对控制周期时间进行加药时间和补药时间的划分。加药时间确定后，再根据各加药电磁阀10的药液用量范围，以及加药电磁阀10流量上、下限，确定各电磁阀的动作时间。1#--4#加药电磁阀的控制时间为15s、12s、10s和8s，补药电磁阀控制时间为15s。。
步骤S6：根据步骤S5获得的各加药电磁阀10的动作时间以及编号按由小到大的顺序，确定补药电磁阀5、各加药电磁阀10的控制指针PA值，指针号为0至5。
步骤S7：根据控制指针PA的数值，按数值由小到大的顺序，控制补药电磁阀5和加药电磁阀10的动作。
步骤S8：PA＝0，所有电磁阀停止动作；PA＝1，进入补药电磁阀控制阶段，测控装置根据加药箱7设定的药液重量范围，控制补药电磁阀的动作，并保持加药箱7的药液重量在设定值范围内；PA＝2、3、4、5，分别进入1#―4#电磁阀的分时控制阶段，四个加药电磁阀10各有一个二次控制时钟，在各自的控制阶段分别计时。
步骤S9：进入加药电磁阀分时控制阶段，各加药电磁阀10的分时控制方法基本相同，通过该控制方法，将各加药电磁阀10的输出药液量控制在各自的设定值范围内。
所有加药电磁阀10采用相同的分时控制方法进行加药量的控制，该控制方法的步骤为：
步骤S11：为了精确检测加药前加药箱7的药液重量，需要关闭加药电磁阀10，延时0.5秒，同时计算加药箱药液重量的平均值，记录该平均值，作为该加药电磁阀10加药前的药液重量的初始值。
步骤S12：打开加药电磁阀10，输出药液，计算药液的减少量，直到药液减少量达到设定值的80％。
步骤S13：为了精确检测加药前加药箱7的药液重量，需要关闭加药电磁阀10，延时0.5秒，同时计算加药箱药液重量的平均值，步骤S11得到的药液重量平均值减去当前药液重量的平均值即为药液实际输出量。
步骤S14：根据步骤S13的加药时间以及药液输出量，计算下一步加药电磁阀的动作时间，计算公式为：动作时间＝步骤S13药液输出量÷步骤S13的加药时间+补偿时间，其中补偿时间为调试时确定，本例取值为0.3s。
步骤S15：按步骤S14计算的加药电磁阀的动作时间，控制当前加药电磁阀10的动作，计算本次动作的药液输出量。
步骤S16：经步骤S15控制后，实际输出药液量已经很接近加药设定值，为了获得很高的精测精度，加药电磁阀10暂停0.5秒，同时计算该加药电磁阀当前的实际输出量，以步骤S15的控制时间和药液输出量为依据，计算下一步加药电磁阀的动作时间，计算公式为：动作时间＝步骤S15药液输出量÷步骤S15的加药时间+补偿时间，其中补偿时间为调试时确定，本例取值为0.1s。
步骤S17：以经步骤S16得到的加药电磁阀的动作时间，控制当前加药电磁阀10的动作，以此精确控制药液输出量。
步骤S18：加药电磁阀10暂停0.5秒，同时计算本控制周期内的当前加药电磁阀10输出药液的重量。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，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 (4)
1.一种选矿过程药液用量测控装置，其特征在于：包括补药装置、称重装置、数控装置、测控主机和机架五个部分；
所述补药装置包括补药手阀(4)、补药电磁阀(5)和补药管道(6)；
所述称重装置包括加药箱(7)、称重传感器(1)和称重传感器变送器(2)；
所述数控装置包括加药管接头(8)、加药手阀(9)、加药电磁阀(10)、接药箱(11)和输出管道(12)；
所述补药手阀(4)和补药电磁阀(5)通过补药管道(6)连接，补药装置安装在加药箱(7)的上方；加药箱(7)安装在称重传感器(1)的上方，称重传感器(1)固定在机架(3)上，并且通过引线与称重传感器变送器(2)连接；加药管接头(8)、加药手阀(9)、加药电磁阀(10)依次连接，接药箱(11)在加药电磁阀(10)出口的下方，并通过输出管道(12)将药液输送到各加药点，测控主机与称重传感器变送器(2)、补药手阀(4)、加药电磁阀(10)连接，机架(3)为立式，用于固定补药装置、称重装置和数控装置；
所述测控主机包括CPU模块、高精度A/D模块和DO模块；
所述加药电磁阀(10)的控制线为软导线，所有加药电磁阀(10)的控制线绑扎后固定在机架(3)上；补药装置和称重装置分别通过补药管道(6)、称重传感器(1)固定在机架(3)上，补药装置的控制线固定在机架(3)上，并保持一定的松弛度；
所述接药箱(11)为开口式，上面与加药电磁阀(10)出口保持有一定距离；
利用所述选矿过程药液用量测控装置进行选矿过程药液用量测控的方法，包括：测控装置采用周期性分时控制的方法，实现加药和补药的控制；测控装置通过称重传感器(1)实时检测加药箱(7)的药液重量，通过周期性的分时、顺序控制方式，并根据加药电磁阀(10)动作时加药箱药液重量的变化数据，检测和控制加药电磁阀(10)的药液输出量；每个控制周期分为加药控制时间段和补药控制时间段，在加药控制时间段，加药电磁阀(10)按顺序依次动作，在补药控制时间段，补药电磁阀(5)动作，在加药控制时间段，以加药电磁阀数量、流量及药液用量为依据，确定各加药电磁阀(10)的控制时间段，采用加药电磁阀分时控制方法，控制各加药电磁阀(10)的动作，实现多个加药点药液用量的精确控制。
2.利用权利要求1所述选矿过程药液用量测控装置进行校准的方法，其特征在于：只需要校准加药箱的重量检测装置即可实现所有加药电磁阀的流量校准,重量检测装置的校准步骤为：
步骤1：将加药箱(7)的药液排空到最低位置，在测控主机上进行校零操作；
步骤2：在加药箱(7)加上砝码，在测控主机上输入砝码的重量和进行校准操作；
步骤3：取下砝码，保存校准参数。
3.根据权利要求1所述的选矿过程药液用量测控装置，其特征在于：所述选矿过程药液用量测控的方法的步骤包括：
步骤S1：根据实际需要，设定各加药点所需要的加药量，设置加药点选择开关的状态，选择开关为ON，加药电磁阀可进行加药控制，否则停止加药控制；
步骤S2：根据实际需要设定测控装置的控制时钟的周期值，设定在30s至120s之间；
步骤S3：控制时钟根据控制周期的设定值进行循环计时，控制时钟精度为1ms，测控装置加药电磁阀和补药电磁阀的控制采用同一个控制时钟；
步骤S4：在测控装置调试阶段，当补药电磁阀(5)药液压力为上、下限时，测量补药电磁阀(5)输出药液的流量上限和下限，并设定流量上限和下限；当加药箱(7)的液位为上、下限时，测量各加药电磁阀输出药液流量的上、下限，并分别进行设定；根据实际用量范围，设定各加药电磁阀(10)的药液流量范围；
步骤S5：根据补药电磁阀(5)的流量范围，以及各加药电磁阀(10)的药液流量设定值范围，计算各加药电磁阀的控制时间和补药电磁阀控制时间，并对控制周期时间进行加药时间和补药时间的划分，划分原则为：在控制周期内，在保证满足加药箱(7)能够满足补药的前提下，尽量增加总加药时间；加药时间确定后，再根据各加药电磁阀(10)的药液用量范围，以及加药电磁阀(10)流量上、下限，确定各电磁阀的动作时间；
步骤S6：根据步骤S5获得的各加药电磁阀(10)的动作时间以及编号按由小到大的顺序，确定补药电磁阀(5)、各加药电磁阀(10)的控制指针PA值，指针号为0至N+1，其中，N为加药电磁阀的数量；
步骤S7：根据控制指针PA的数值，按数值由小到大的顺序，控制补药电磁阀(5)和加药电磁阀(10)的动作；
步骤S8：PA＝0，所有电磁阀停止动作；PA＝1，进入补药电磁阀控制阶段，测控装置根据加药箱(7)设定的药液重量范围，控制补药电磁阀(5)的动作，并保持加药箱(7)的药液重量在设定值范围内；PA大于1时，分别进入各加药电磁阀(10)的分时控制阶段，每个加药电磁阀(10)拥有一个二次控制时钟，在各自的控制阶段分别计时；
步骤S9：进入加药电磁阀分时控制阶段，各加药电磁阀(10)的分时控制方法相同，通过该控制方法，将各加药电磁阀(10)的输出药液量控制在各自的设定值范围内。
4.根据权利要求1所述的选矿过程药液用量测控方法，其特征在于：所述加药电磁阀(10)采用分时控制方法进行加药量的控制，分时控制方法的控制步骤为：
步骤S11：关闭加药电磁阀(10)，延时0.5至2秒后，计算加药箱药液重量的平均值，记录该平均值，作为该加药电磁阀(10)加药前的药液重量初始值；
步骤S12：打开加药电磁阀(10)输出药液，计算药液的减少量，直到药液减少量接近加药的设定值；
步骤S13：关闭加药电磁阀(10)，延时0.5至2秒，同时计算加药箱药液重量的平均值，步骤S11得到的药液重量初始值减去当前药液重量的平均值即为药液实际输出量；
步骤S14：根据步骤S13的加药时间以及药液输出量，计算下一步加药电磁阀的动作时间，计算公式是：加药电磁阀动作时间＝步骤S13药液输出量÷步骤S13的加药时间+补偿时间，其中补偿时间为调试时确定；
步骤S15：按步骤S14计算的加药电磁阀的动作时间，控制当前加药电磁阀(10)的动作，计算本次动作的药液输出量；
步骤S16：加药电磁阀(10)暂停0.5至1秒，计算该加药电磁阀当前的实际输出量，以步骤S15的控制时间和药液输出量为依据，计算下一步加药电磁阀的动作时间；
步骤S17：以经步骤S16得到的加药电磁阀的动作时间，控制当前加药电磁阀(10)的动作，以此精确控制药液输出量；
步骤S18：加药电磁阀(10)暂停0.5至1秒，计算本控制周期内的当前加药电磁阀(10)输出药液的重量；如果需要获得更高的控制精度，重复步骤S16和步骤S17。
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| CN202011224939.8A Active CN112570153B (zh) | 2020-11-05 | 2020-11-05 | 一种选矿过程药液用量测控方法及装置 |
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Citations (7)
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|---|---|---|---|---|
| KR20010000052A (ko) * | 1999-11-29 | 2001-01-05 | 김기중 | 도징시스템 |
| KR200314231Y1 (ko) * | 2003-02-21 | 2003-05-22 | 이성호 | 액체 약품 자동투입기 |
| CN2734335Y (zh) * | 2004-05-25 | 2005-10-19 | 中国地质科学院成都矿产综合利用研究所 | 自动加药系统 |
| CN202735856U (zh) * | 2012-07-30 | 2013-02-13 | 昆明理工大学 | 一种称重式液体流量测控装置 |
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-
2020
- 2020-11-05 CN CN202011224939.8A patent/CN112570153B/zh active Active
Patent Citations (7)
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