CN202336385U - 一种层流薄膜离心分选机控制仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种层流薄膜离心分选机控制仪，属于选矿工艺与设备控制技术领域。主要解决现有的硅藻土选矿采用自然沉降法，导致生产效率低和劳动强度大等问题。本实用新型的特征是：包括微处理器、模拟量输入模块、光电隔离电路A、模拟量输出模块、光电隔离电路B、开关量输出模块、光电隔离电路C、液晶触摸显示屏、参数保存电路和复位电路，模拟量输入模块通过光电隔离电路A与微处理器相连，模拟量输出模块通过光电隔离电路B与微处理器相连，开关量输出模块通过光电隔离电路C与微处理器相连。本实用新型使硅藻原土以最佳的条件，在层流薄膜离心分选机中强化分选，实现自动、高效、连续和稳定的生产，特别适合于黏土质矿物的分选。

Description

一种层流薄膜离心分选机控制仪

技术领域

本实用新型涉及选矿工艺与设备的控制技术领域，尤其涉及一种层流薄膜离心分选机控制仪。

背景技术

硅藻土是一种具有天然纳米微孔且分布有规律、比表面积大、堆密度小、主要成分为无定型SiO₂的天然硅质多孔的非金属矿物，广泛应用于啤酒、饮料、饮用水、工业油脂等的过滤以及污水处理、建材、化工、农业、橡胶和塑料填料、造纸填料等领域，是许多产业必不可少的功能性矿物材料，具有广阔的应用前景。

我国是硅藻土储量大国，在世界上仅次于美国，居第二位。但我国的硅藻土储量中，绝大多数为低品位资源，能直接应用的优质硅藻土资源较少。目前我国的二、三级低品位硅藻土除了用来生产低档轻质隔热保温砖以外，没有得到高效开发利用。在开采一级硅藻土资源的过程中，占75％以上的低品位(二、三级)硅藻土资源被废弃，不仅严重浪费宝贵的硅藻土资源，而且污染当地的环境。

由于低品位的黏土质硅藻土矿或含黏土、砂石与矿物碎屑的硅藻土矿不能用来生产高性能和高附加值的硅藻土制品，加上优质硅藻土资源的日渐减少和市场对硅藻土制品需求量的持续增加，硅藻土资源，特别是低品位硅藻土矿的综合利用与深加工技术是目前和未来硅藻土开发利用行业所急需。

对低品位硅藻土进行深加工的常规方法是：低品位硅藻原土经过粉碎、分散处理后，在重力作用下通过自然沉降，硅藻精土与黏土矿物实现分层，下层为硅藻精土，而黏土矿物不易沉降则悬浮于溶液中。但是矿浆在重力场中自然沉降分层的时间很长，导致生产效率低、劳动强度大、不能连续生产等问题。

层流薄膜离心分选机是在离心力场中实现硅藻土和黏土矿物高效连续分选或分离的关键设备，由于离心加速度可以为重力加速度的数倍甚至数十倍，从而加速了矿浆中不同矿物的沉降时间，强化了硅藻土和黏土矿物的分离效果。层流薄膜离心分选机的分选效率受到许多因素的影响，合理的控制和优化这些因素，是实现硅藻土和黏土矿物高效连续分选的根本保障。

发明内容

本实用新型提供了一种层流薄膜离心分选机控制仪，解决了现有硅藻土分选技术中存在的问题，它可以实现将低品位硅藻原土经分散后的矿浆在层流薄膜离心分选机中，达到快速、连续、高效地沉降、分层和分离硅藻精土和黏土矿物。

本实用新型为实现上述目的、解决目前存在的技术问题所采用的技术方案是：一种层流薄膜离心分选机控制仪，其特征是：包括微处理器、模拟量输入模块、光电隔离电路A、模拟量输出模块、光电隔离电路B、开关量输出模块、光电隔离电路C、液晶触摸显示屏、参数保存电路和复位电路；模拟量输入模块通过光电隔离电路A与微处理器相连，模拟量输出模块通过光电隔离电路B与微处理器相连，开关量输出模块通过光电隔离电路C与微处理器相连。

所述的模拟量输入模块包括悬浮物浓度计、流量计、原土矿浆罐液位计、精矿罐液位计、尾矿罐液位计和A/D转换电路；悬浮物浓度计、流量计、原土矿浆罐液位计、精矿罐液位计、尾矿罐液位计分别与A/D转换电路相连，A/D转换电路连接所述的光电隔离电路A。

所述的模拟量输出模块包括调速控制器和D/A转换电路，调速控制器与D/A转换电路相连，D/A转换电路连接所述的光电隔离电路B。

所述的开关量输出模块包括给料电磁阀、冲水电磁阀、精尾矿电磁阀、补水电磁阀、液压阀门、分选机电机、搅拌电机和固态继电器组；所述的给料电磁阀、冲水电磁阀、精尾矿电磁阀、补水电磁阀、液压阀门、分选机电机、搅拌电机分别与固态继电器组相连；固态继电器组连接所述的光电隔离电路C。

所述的复位电路与微处理器相连，用于系统上电初始化，并起看门狗作用。所述的参数保存电路与微处理器相连，用于停机后保存系统参数。

所述的微处理器还包括运算器、RAM、程序存贮器、定时器、中断系统和I/O接口。所述的微处理器为单片微型计算机。

层流薄膜离心分选机控制仪实现矿浆浓度控制、给料流量控制和分选控制等功能。

矿浆浓度控制的作用是将给入层流薄膜离心分选机转鼓的矿浆调配到设定的给料浓度。经过分散后的硅藻土原土矿浆浓度很高，根据悬浮物浓度计检测的数值，控制补水电磁阀的通电或断电时间，改变补加清水或回用水的用量，将矿浆浓度降低到设定值。

所述的悬浮物浓度计带4～20mA输出，该输出信号经A/D转换和光电隔离后，与补水电磁阀(经隔离和电流驱动后)分别和所述的微处理器相连，采用PID算法，形成闭环控制。

给料流量控制的作用是控制给入层流薄膜离心分选机转鼓的矿浆流量。根据流量计检测的数值，控制液压阀门调节阀门的开度，使矿浆流量达到设定值。

所述的流量计带4～20mA输出，该输出信号和液压阀门与所述的微处理器，采用PID算法，形成闭环控制。

分选控制用于将满足分选工艺浓度要求的矿浆按照一定的时序给入到层流薄膜离心分选机的转鼓内，矿浆在随转鼓旋转的同时，沿鼓壁作斜面流动，构成在空间的螺旋形运动轨迹。矿浆在相对于转鼓内壁流动过程中发生分层，进入底层的重矿物即附着在鼓壁上做缓慢移动，而上层轻矿物则随矿浆流从转鼓的大端排出。当重矿物沉积到一定的厚度时，停止给矿，冲水电磁阀导电，高压水由冲矿管给入转鼓，冲洗向转鼓内壁沉积的精矿。

层流薄膜离心分选机是间断工作的，但给矿、断矿、冲矿和分排精尾矿却是由控制仪和执行机构自动进行的。执行机构包括给料电磁阀、冲水电磁阀、精尾矿电磁阀、分选机电机和调速控制器，所述的调速控制器与分选机电机相连，通过控制仪输出0～10mA(或4～20mA)电流信号至调速控制器，再由调速控制器调节分选机电机的转速，从而达到控制转鼓的转速。所述的调试控制器可以为电磁调速控制器，也可以为变频调速控制器。

所述的给料电磁阀在断电的时候，给料斗中的翻板偏向回流侧，原土矿浆经过给料泵，至给料斗中的翻板，回流到原土矿浆罐；而当给料电磁阀通电的时候，给料斗中的翻板偏向加料侧，原土矿浆经过给料泵，至给料斗中的翻板，将矿浆给入分选机转鼓里。

所述的精尾矿电磁阀在断电的时候，排矿斗中的翻板偏向尾矿侧，从分选机转鼓排出的物料(尾矿)，经过排矿斗中的翻板流入到尾矿罐中；而当精尾矿电磁阀在通电的时候，排矿斗中的翻板偏向精矿侧，从分选机转鼓排出的物料(精矿或冲洗水)，经过排矿斗中的翻板流入到精矿罐中。

层流薄膜离心分选机控制仪按预先设定的时间向执行机构通入或切断电源，完成硅藻土原矿浆的分选过程，具体包括四个阶段：给矿→间歇1→冲矿→间歇2，这四个阶段构成一个分选过程，并循环重复实现层流薄膜离心分选机的连续分选工作。

为了提高层流薄膜离心分选机的分选效果，在给矿阶段，转鼓处于高速状态，矿物的分离因素大，强化了不同矿物的分层，而在冲矿阶段，为了改善冲矿效果和降低精矿浓度，需要在低速下冲洗转鼓内壁的硅藻精土料层。这两个阶段之间的间隔保证了转鼓内残液的充分流出，避免精矿和尾矿之间的污染，同时为转鼓的高速→低速或低速→高速变化实现线性递增或递减，避免因控制电流变化幅度过大导致电机损坏或转鼓的剧烈振动。

所述的液晶触摸显示屏和所述的微处理器相连，用于显示分选工艺流程和工艺参数，反映设备的状态，同时还包括启动按钮、停止按钮和参数修改等功能按钮。各阶段的时间可以在屏幕上直接修改。

在准备阶段或初始状态，各执行机构的状态为：给料泵为通电运行状态，其余为断电停止状态；当按下启动按钮，矿物的沉降分选按如下时序进行：

四个阶段的时间以及高速和低速的速度可以通过层流薄膜离心分选机控制仪进行在线修改和自动存储，速度的变化按如下关系式自动进行。

$D{=D}_L+\frac{D_H-D_L}{u_H-u_L}(u-u_L)$

其中D为速度u对应的控制仪内部数值(0～4096)，D_H为高速u_H对应的控制仪内部数值，D_L为低速u_L对应的控制仪内部数值；

对于速度从高速u_H降到低速u_L，设间隔时间为t_J，则

$u=u_H-\frac{t}{t_J}(u_H-u_L)$

对于速度从低速u_L升到高速u_H，设间隔时间为t_J，则

$u=u_L+\frac{t}{t_J}(u_H-u_L)$

其中t为微处理器的内部定时器实时值。

附图说明

图1为本实用新型层流薄膜离心分选机控制仪的控制原理框图；

图2为本实用新型层流薄膜离心分选机控制仪的结构示意图；

图3为本实用新型层流薄膜离心分选机控制仪的设备联系图；

图中：1为悬浮物浓度计，2为液压阀门，3为流量计，4为冲水电磁阀，5为补水电磁阀，6为给料电磁阀，7为精尾矿电磁阀，8为原土矿浆罐液位计，9为精矿罐液位计，10为尾矿罐液位计，11为原土矿浆罐搅拌电机，12为精矿罐搅拌电机，13为尾矿罐搅拌电机，14为给料泵，15为分选机转鼓，16为分选机电机，17为给料斗，18为排矿斗，19为调速控制器，20为层流薄膜离心分选机控制仪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1是层流薄膜离心分选机控制仪的控制原理框图，对层流薄膜离心分选机的控制包括矿浆浓度控制、给料流量控制和分选控制。

矿浆浓度控制的作用是将给入层流薄膜离心分选机转鼓的矿浆调配到设定的给料浓度。经过分散后的硅藻土原土矿浆浓度很高，根据悬浮物浓度计检测的数值，控制补水电磁阀的通电或断电时间，改变补加清水或回用水的用量，将矿浆浓度降低到设定值。所述的悬浮物浓度计带4～20mA输出，该输出信号经A/D转换和光电隔离后，与补水电磁阀(经隔离和电流驱动后)分别和所述的微处理器相连，采用PID算法，形成闭环控制。

给料流量控制的作用是控制给入层流薄膜离心分选机转鼓的矿浆流量。根据流量计检测的数值，控制液压阀门调节阀门的开度，使矿浆流量达到设定值。所述的流量计带4～20mA输出，该输出信号和液压阀门与所述的微处理器相连，采用PID算法，形成闭环控制。

分选控制用于将满足分选工艺浓度要求的矿浆按照一定的时序给入到层流薄膜离心分选机的转鼓内，矿浆在随转鼓旋转的同时，沿鼓壁作斜面流动，构成在空间的螺旋形运动轨迹。矿浆在相对于转鼓内壁流动过程中发生分层，进入底层的重矿物即附着在鼓壁上做缓慢移动，而上层轻矿物则随矿浆流从转鼓的大端排出。当重矿物沉积到一定的厚度时，停止给矿，冲水电磁阀导电，高压水由冲矿管给入转鼓，冲洗向下沉积的精矿。

图2是层流薄膜离心分选机控制仪的结构示意图。一种层流薄膜离心分选机控制仪，其特征是：包括微处理器、模拟量输入模块、光电隔离电路A、模拟量输出模块、光电隔离电路B、开关量输出模块、光电隔离电路C、液晶触摸显示屏、参数保存电路和复位电路；模拟量输入模块通过光电隔离电路A与微处理器相连，模拟量输出模块通过光电隔离电路B与微处理器相连，开关量输出模块通过光电隔离电路C与微处理器相连。

所述的模拟量输入模块包括悬浮物浓度计、流量计、原土矿浆罐液位计、精矿罐液位计、尾矿罐液位计和A/D转换电路；悬浮物浓度计、流量计、原土矿浆罐液位计、精矿罐液位计、尾矿罐液位计分别与A/D转换电路相连，A/D转换电路连接所述的光电隔离电路A。

所述的模拟量输出模块包括调速控制器和D/A转换电路，调速控制器与D/A转换电路相连，D/A转换电路连接所述的光电隔离电路B。

所述的开关量输出模块包括给料电磁阀、冲水电磁阀、精尾矿电磁阀、补水电磁阀、液压阀门、分选机电机、搅拌电机和固态继电器组；所述的给料电磁阀、冲水电磁阀、精尾矿电磁阀、补水电磁阀、液压阀门、分选机电机、搅拌电机分别与固态继电器组相连；固态继电器组连接所述的光电隔离电路C。

所述的复位电路与微处理器相连，用于系统上电初始化，并起看门狗作用。所述的参数保存电路与微处理器相连，用于停机后保存系统参数。所述的微处理器还包括运算器、RAM、程序存贮器、定时器、中断系统和I/O接口。

本实用新型层流薄膜离心分选机控制仪按预先设定的时间向执行机构通入或切断电源，完成硅藻土原矿浆的分选过程，具体包括四个阶段：给矿→间歇1→冲矿→间歇2，这四个阶段构成一个分选过程，并循环重复实现层流薄膜离心分选机的连续分选工作。

为了提高层流薄膜离心分选机的分选效果，在给矿阶段，转鼓处于高速状态，矿物的分离因素大，强化了不同矿物的分层，而在冲矿阶段，为了改善冲矿效果和降低精矿浓度，需要在低速下冲洗转鼓内壁的硅藻精土料层。这两个阶段之间的间隔保证了转鼓内残液的充分流出，避免精矿和尾矿之间的污染，同时为转鼓的高速→低速或低速→高速变化实现线性递增或递减，避免因控制电流变化幅度过大导致电机损坏或转鼓的剧烈振动。

所述的液晶触摸显示屏和所述的微处理器相连，是控制仪的人机接口界面，用于显示分选工艺流程和工艺参数，反映设备的状态，同时还包括启动按钮、停止按钮和参数修改等功能按钮。分选过程的四个阶段的时间可以在屏幕上直接修改。

图3为本实用新型层流薄膜离心分选机控制仪的设备联系图。硅藻土的分选工艺包括原土矿浆罐、精矿罐、尾矿罐、层流薄膜离心分选机、为防止矿浆沉降的搅拌电机等设备组成。层流薄膜离心分选机是间断工作的，但给矿、断矿、冲矿和分排精尾矿却是由控制仪和执行机构自动进行的。执行机构包括给料电磁阀6、冲水电磁阀4、精尾矿电磁阀7、分选机电机16和调速控制器19，所述的调速控制器19与分选机电机16相连，通过控制仪20输出0～10mA(或4～20mA)电流信号至调速控制器19，再由调速控制器19调节分选机电机16的转速，从而达到控制转鼓15的转速。所述的调速控制器19可以为电磁调速控制器，也可以为变频调速控制器。

所述的给料电磁阀6在断电的时候，给料斗17中的翻板偏向回流侧，原土矿浆经过给料泵14，至给料斗17中的翻板，回流到原土矿浆罐；而当给料电磁阀6通电的时候，给料斗17中的翻板偏向加料侧，原土矿浆经过给料泵14，至给料斗17中的翻板，将矿浆给入分选机转鼓15里。

所述的精尾矿电磁阀7在断电的时候，排矿斗18中的翻板偏向尾矿侧，从分选机转鼓15排出的物料(尾矿)，经过排矿斗18中的翻板流入到尾矿罐中；而当精尾矿电磁阀7在通电的时候，排矿斗18中的翻板偏向精矿侧，从分选机转鼓15排出的物料(精矿或冲洗水)，经过排矿斗18中的翻板流入到精矿罐中。

本实用新型层流薄膜离心分选机控制仪按照以下步骤完成层流薄膜离心分选机的连续而高效的生产：

(1)给料电磁阀断电，同时启动给料泵；

(2)将调速电流从零线性递增，直至转鼓在高速u_H下旋转；

(3)给料电磁阀通电、精尾矿电磁阀断电，并保持t₁秒，分选机处于给料阶段；

(4)给料电磁阀断电、精尾矿电磁阀仍断电，并保持t₂秒，在t₂秒内调速电流线性递减，直至转鼓在u_L下旋转，分选机处于间歇1阶段；

(5)给料电磁阀仍断电、精尾矿电磁阀通电、冲水电磁阀通电，并保持t₃秒，分选机转鼓在低速下旋转，此时分选机处于冲矿阶段；

(6)给料电磁阀仍断电、冲水电磁阀断电、精尾矿电磁阀通电，并保持t₄秒，在t₄秒内调速电压逐渐增加，转鼓转速从u_L线性升到u_H，分选机处于间歇2阶段；

(7)重复(3)～(6)，分选过程连续而循环地工作，直至按停止按钮，分选过程终止。

给料阶段执行机构的状态和物料的流向是：给料电磁阀6通电、精尾矿电磁阀7断电；原土矿浆→给料泵14→液压阀门2→流量计3→给料斗17翻板→分选机转鼓15；控制仪20输出电流信号，控制调速控制器19，使转鼓15处于高速运行；硅藻精土沉积于转鼓内壁，黏土等尾矿随溢流→排矿斗18翻板→尾矿罐。

间歇1阶段执行机构的状态和物料的流向是：给料电磁阀6断电、精尾矿电磁阀7断电；原土矿浆→给料泵14→液压阀门2→流量计3→给料斗17翻板→原土矿浆罐，残余的黏土等尾矿随溢流→排矿斗18翻板→尾矿罐；控制仪20输出电流信号逐渐降低，控制调速控制器19，使转鼓15转速逐渐降至低速。

冲矿阶段执行机构的状态和物料的流向是：给料电磁阀6断电、精尾矿电磁阀7通电、冲水电磁阀通电；原土矿浆→给料泵14→液压阀门2→流量计3→给料斗17翻板→原土矿浆罐，转鼓15保持低速运转，沉积于转鼓内壁的硅藻精土在高压清水或回用水的冲刷下，随水流经排矿斗18翻板→精矿罐。

间歇2阶段执行机构的状态和物料的流向是：给料电磁阀6断电、精尾矿电磁阀7通电、冲水电磁阀断电；原土矿浆→给料泵14→液压阀门2→流量计3→给料斗17翻板→原土矿浆罐，转鼓内的残留液流经排矿斗18翻板→精矿罐。外部调速电流逐渐升高，使转鼓15转速逐渐升至高速。

间歇2结束后再重复给料阶段→间歇1阶段→冲矿阶段→间歇2阶段→……，循环往复，实现低品位硅藻土连续、高效和自动的分选。

Claims (4)

1.一种层流薄膜离心分选机控制仪，其特征在于：包括微处理器、模拟量输入模块、光电隔离电路A、模拟量输出模块、光电隔离电路B、开关量输出模块、光电隔离电路C、液晶触摸显示屏、参数保存电路和复位电路，模拟量输入模块通过光电隔离电路A与微处理器相连，模拟量输出模块通过光电隔离电路B与微处理器相连，开关量输出模块通过光电隔离电路C与微处理器相连。

2.根据权利要求1所述的层流薄膜离心分选机控制仪，其特征在于：所述的模拟量输入模块包括悬浮物浓度计、流量计、原土矿浆罐液位计、精矿罐液位计、尾矿罐液位计和A/D转换电路；悬浮物浓度计、流量计、原土矿浆罐液位计、精矿罐液位计、尾矿罐液位计分别与A/D转换电路相连，A/D转换电路连接所述的光电隔离电路A。

3.根据权利要求1所述的层流薄膜离心分选机控制仪，其特征在于：所述的模拟量输出模块包括调速控制器和D/A转换电路，调速控制器与D/A转换电路相连，D/A转换电路连接所述的光电隔离电路B。

4.根据权利要求1所述的层流薄膜离心分选机控制仪，其特征在于：所述的开关量输出模块包括给料电磁阀、冲水电磁阀、精尾矿电磁阀、补水电磁阀、液压阀门、分选机电机、搅拌电机和固态继电器组；所述的给料电磁阀、冲水电磁阀、精尾矿电磁阀、补水电磁阀、液压阀门、分选机电机、搅拌电机分别与固态继电器组相连，固态继电器组连接所述的光电隔离电路C。

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