浓密机生产过程自动化控制在废水处理工艺中的研究与应用-缪天宇

数控技术数字技术与应用181、前言矿产资源是人类文明必需的物质基础。随着国民经济的加速发展，人类对矿产资源的需求量日益增长，在矿产资源的开采和加工过程中所产生的工业废水的排放量也随之增加。这些污染物中尤其以有色矿山废水污染范围最广，危害程度最大。因此，经济、适用、高效、先进的矿山废水处理控制方法对于改善矿山生态环境，消除矿山废水的危害具有十分重要的理论意义和现实意义。浓密机作为重要的选矿设备在国内外有色、煤炭、环保、化工等行业得到广泛的应用，用于实现物料的浓缩、澄清，是目前矿山废水处理的核心设备。但目前国内浓缩机生产过程中大都存在以下问题：生产过程许多关键环节未实现在线检测，生产人员只能凭感觉和经验来判断生产情况、进行操作；絮凝剂添加基本采用人工控制甚至盲目添加，造成生产波动大、药剂浪费多、环境污染严重；浓密机工作负荷、浓密机溢流水浊度、浓密机即底流浓度等关键环节不能得到合理、有效地控制。这些问题都严重地制约了浓缩生产效率的提高，影响了后续工艺和最终产品的质量，亟待解决。本文对在德兴铜矿工业废水处理站实施的浓密机自动化控制系统的研究和应进行介绍。该系统对浓密机生产关键过程检测仪表进行了较好地研究与应用，同时，设计、开发了基于PLC的浓密机生产控制系统，控制算法可以有效地对浓密机生产和絮凝剂添加进行控制。2、生产工艺及系统方案简介2.1现场生产工艺德兴铜矿精尾厂工业水处理站主要工艺流程为：酸性水、碱性水、电石渣首先在一段反应池内中和、反应，pH值调整至8.0左右；然后，废水经过明渠和迷宫式反应槽流到分配槽中；在分配槽中添加高分子絮凝剂后，浓密机中进行沉降；浓密机溢流水收集到澄清池后外排；沉降后的泥渣部分返回一段反应池重新进行反应，用于提高底流浓度，另外一部分则以尾矿形式排出，如图1所示。整个工业废水处理生产工艺中浓密机关键生产控制环节包括分配槽絮凝剂添加量控制、浓密机溢流水悬浮物含量（或浊度）和底流排矿浓度控制、返砂流量控制。浓密机生产过程自动化控制在废水处理工艺中的研究与应用缪天宇1王旭2王庆凯1茆薪2(1.北京矿冶研究总院矿冶过程自动控制技术北京市重点实验室北京100070；2.德兴铜矿江西德兴334224)摘要：本文通过对德兴铜矿工业水处理站浓密机生产过程自动化控制系统设计和使用情况进行了介绍。针对主要的检测仪表和控制算法进行了详细的说明。系统在工业应用中达到了很好的控制效果，取得了巨大的经济效益、生态效益和社会效益。关键词：废水处理浓密机自动化控制过程检测仪表中图分类号:TP273文献标识码：A文章编号：1007-9416(2012)09-0018-03图1现场工艺、设备联系图电石渣碱性水酸性水高分子絮凝剂浆料混合1#反应池2#反应池分配池浓密机澄清池循环浆外排浆底流溢流尾矿库图2系统网络架构数控技术数字技术与应用19在系统实施前，这些生产关键控制环节主要采用人工就地操作，存在着絮凝剂无法实现根据水处理量比例精确地添加；浓密机溢流水中的悬浮物含量没有在线监测和控制；浓密机泥层没有有效测量，易导致浓密机“跑混”、“跑渣”情况发生；浓密机底流浓度低，且波动范围较大；浓密机负荷无法得到实时的监测和有效地控制等问题。2.2生产过程自动化控制方案生产过程自动化控制目标要完成絮凝剂添加量控制、浓缩过程控制、返砂流量控制等三个方面关键生产环节自动控制，从而解决影响浓密机生产过程稳定运行的问题。系统采用了3+2网络结构：三层设备、两层网络。系统网络结构如图2所示。系统采用西门子S7-300PLC控制器，用于集成新增加的过程检测仪表和执行设备信号，实现絮凝剂添加、浓密机底流控制算法。S7-300PLC控制系统同原有控制系统采用MPI通讯，进行过程数据交换。同上位机WinCC软件采用西门子工业以太网进行数据传输。能够保证系统的稳定性和可靠性。2.3浓密机生产过程检测浓密机生产过程信息和设备状态的检测是浓密机生产自动化控制的基本。所以，系统对这些生产信息进行了全面的检测，主要包括给料瞬时流量、给料Ph值、絮凝剂添加量、浓密机泥层高度、浓密机溢流水浊度、浓密机溢流水Ph值、排矿流量、排矿浓度、循环返砂流量等过程信号。浓缩机设备状态主要包括搅拌机电流、浓密机电流和扭矩、浓密机底流泵电流和转速，絮凝剂工作状态等信息。3、控制算法3.1絮凝剂比例添加控制算法絮凝过程是目前国内外众多水处理工艺中应用最广泛、最普遍的工艺操作之一，是废水处理过程中不可缺少的关键环节。絮凝效果的好坏往往决定了后续流程的运行状况。由于给料废水性质和水量变化较大，导致了手动调节絮凝剂添加量无法适应现场生产的需要，必须实现絮凝剂添加的自动化控制。系统通过计算出酸性水和碱性水的总流量。按照絮凝剂投加量设定值计算出絮凝剂干药量，并根据絮凝剂制备浓度计算出要投加的絮凝剂溶液设定用量。然