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濃密機(jī)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制在廢水處理工藝中的研究與應(yīng)用

文檔作者：繆天宇1 王旭2 王慶凱1 茆薪2 文檔來(lái)源： 1.北京礦冶研究總院礦冶過(guò)程自動(dòng)控制技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2.德興銅礦		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月03日
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數(shù)控技術(shù)數(shù)字技術(shù)
與應(yīng)用
18
1 、前言
礦產(chǎn)資源是人類(lèi)文明必需的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)
展，人類(lèi)對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量日益增長(zhǎng)，在礦產(chǎn)資源的開(kāi)采和加工
過(guò)程中所產(chǎn)生的工業(yè)廢水的排放量也隨之增加。這些污染物中尤其
以有色礦山廢水污染范圍最廣，危害程度最大。因此，經(jīng)濟(jì)、適用、高
效、先進(jìn)的礦山廢水處理控制方法對(duì)于改善礦山生態(tài)環(huán)境，消除礦
山廢水的危害具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。
濃密機(jī)作為重要的選礦設(shè)備在國(guó)內(nèi)外有色、煤炭、環(huán)保、化工等
行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，用于實(shí)現(xiàn)物料的濃縮、澄清，是目前礦山廢水
處理的核心設(shè)備。但目前國(guó)內(nèi)濃縮機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中大都存在以下問(wèn)
題：生產(chǎn)過(guò)程許多關(guān)鍵環(huán)節(jié)未實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)檢測(cè)，生產(chǎn)人員只能憑感覺(jué)
和經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷生產(chǎn)情況、進(jìn)行操作；絮凝劑添加基本采用人工控制
甚至盲目添加，造成生產(chǎn)波動(dòng)大、藥劑浪費(fèi)多、環(huán)境污染嚴(yán)重；濃密
機(jī)工作負(fù)荷、濃密機(jī)溢流水濁度、濃密機(jī)即底流濃度等關(guān)鍵環(huán)節(jié)不
能得到合理、有效地控制。這些問(wèn)題都嚴(yán)重地制約了濃縮生產(chǎn)效率
的提高，影響了后續(xù)工藝和最終產(chǎn)品的質(zhì)量，亟待解決。
本文對(duì)在德興銅礦工業(yè)廢水處理站實(shí)施的濃密機(jī)自動(dòng)化控制系
統(tǒng)的研究和應(yīng)進(jìn)行介紹。該系統(tǒng)對(duì)濃密機(jī)生產(chǎn)關(guān)鍵過(guò)程檢測(cè)儀表進(jìn)行
了較好地研究與應(yīng)用，同時(shí)，設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)了基于PLC的濃密機(jī)生產(chǎn)控制
系統(tǒng)，控制算法可以有效地對(duì)濃密機(jī)生產(chǎn)和絮凝劑添加進(jìn)行控制。
2、生產(chǎn)工藝及系統(tǒng)方案簡(jiǎn)介
2.1 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝
德興銅礦精尾廠(chǎng)工業(yè)水處理站主要工藝流程為：酸性水、堿性
水、電石渣首先在一段反應(yīng)池內(nèi)中和、反應(yīng)，pH值調(diào)整至8.0左右；
然后，廢水經(jīng)過(guò)明渠和迷宮式反應(yīng)槽流到分配槽中；在分配槽中添
加高分子絮凝劑后，濃密機(jī)中進(jìn)行沉降；濃密機(jī)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應(yīng)池重新進(jìn)行反應(yīng)，用于
提高底流濃度，另外一部分則以尾礦形式排出，如圖1所示。
整個(gè)工業(yè)廢水處理生產(chǎn)工藝中濃密機(jī)關(guān)鍵生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)包括
分配槽絮凝劑添加量控制、濃密機(jī)溢流水懸浮物含量（或濁度）和底
流排礦濃度控制、返砂流量控制。
濃密機(jī)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化
控制在廢水處理工藝中的研究與應(yīng)用
繆天宇1 王旭2 王慶凱1 茆薪2
(1.北京礦冶研究總院礦冶過(guò)程自動(dòng)控制技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100070；
2.德興銅礦 江西德興 334224)
摘要：本文通過(guò)對(duì)德興銅礦工業(yè)水處理站濃密機(jī)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用情況進(jìn)行了介紹。針對(duì)主要的檢測(cè)儀表和控制算法進(jìn)
行了詳細(xì)的說(shuō)明。系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中達(dá)到了很好的控制效果，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益。
關(guān)鍵詞：廢水處理 濃密機(jī) 自動(dòng)化控制 過(guò)程檢測(cè)儀表
中圖分類(lèi)號(hào):TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416(2012)09-0018-03
圖1 現(xiàn)場(chǎng)工藝、設(shè)備聯(lián)系圖
電石渣堿性水酸性水
高分子絮凝劑
漿料混合
1#反應(yīng)池
2#反應(yīng)池
分配池
濃密機(jī)
澄清池
循環(huán)漿外排漿
底流
溢流
尾礦庫(kù)
圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
數(shù)控技術(shù)數(shù)字技術(shù)
與應(yīng)用
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在系統(tǒng)實(shí)施前，這些生產(chǎn)關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)主要采用人工就地操
作，存在著絮凝劑無(wú)法實(shí)現(xiàn)根據(jù)水處理量比例精確地添加；濃密機(jī)
溢流水中的懸浮物含量沒(méi)有在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和控制；濃密機(jī)泥層沒(méi)有有效
測(cè)量，易導(dǎo)致濃密機(jī)“跑混”、“跑渣”情況發(fā)生；濃密機(jī)底流濃度低，
且波動(dòng)范圍較大；濃密機(jī)負(fù)荷無(wú)法得到實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和有效地控制等
問(wèn)題。
2.2 生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制方案
生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制目標(biāo)要完成絮凝劑添加量控制、濃縮過(guò)程
控制、返砂流量控制等三個(gè)方面關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)自動(dòng)控制，從而解決
影響濃密機(jī)生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題。
系統(tǒng)采用了3+2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：三層設(shè)備、兩層網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
如圖2所示。系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-300 PLC控制器，用于集成新增加
的過(guò)程檢測(cè)儀表和執(zhí)行設(shè)備信號(hào)，實(shí)現(xiàn)絮凝劑添加、濃密機(jī)底流控
制算法。S7-300 PLC控制系統(tǒng)同原有控制系統(tǒng)采用MPI通訊，進(jìn)
行過(guò)程數(shù)據(jù)交換。同上位機(jī)WinCC軟件采用西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)
行數(shù)據(jù)傳輸。能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
2.3 濃密機(jī)生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)
濃密機(jī)生產(chǎn)過(guò)程信息和設(shè)備狀態(tài)的檢測(cè)是濃密機(jī)生產(chǎn)自動(dòng)化
控制的基本。所以，系統(tǒng)對(duì)這些生產(chǎn)信息進(jìn)行了全面的檢測(cè)，主要包
括給料瞬時(shí)流量、給料Ph值、絮凝劑添加量、濃密機(jī)泥層高度、濃密
機(jī)溢流水濁度、濃密機(jī)溢流水Ph值、排礦流量、排礦濃度、循環(huán)返砂
流量等過(guò)程信號(hào)。濃縮機(jī)設(shè)備狀態(tài)主要包括攪拌機(jī)電流、濃密機(jī)電
流和扭矩、濃密機(jī)底流泵電流和轉(zhuǎn)速，絮凝劑工作狀態(tài)等信息。
3 、控制算法
3.1 絮凝劑比例添加控制算法
絮凝過(guò)程是目前國(guó)內(nèi)外眾多水處理工藝中應(yīng)用最廣泛、最普遍
的工藝操作之一，是廢水處理過(guò)程中不可缺少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。絮凝效
果的好壞往往決定了后續(xù)流程的運(yùn)行狀況。由于給料廢水性質(zhì)和水
量變化較大，導(dǎo)致了手動(dòng)調(diào)節(jié)絮凝劑添加量無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的需
要，必須實(shí)現(xiàn)絮凝劑添加的自動(dòng)化控制。
系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算出酸性水和堿性水的總流量。按照絮凝劑投加量
設(shè)定值計(jì)算出絮凝劑干藥量，并根據(jù)絮凝劑制備濃度計(jì)算出要投加
的絮凝劑溶液設(shè)定用量。然后，通過(guò)絮凝劑添加管道上安裝的流量
計(jì)和調(diào)節(jié)閥構(gòu)成閉環(huán)控制，從而控制絮凝劑溶液實(shí)際添加量同絮凝
圖4 絮凝劑添加隨動(dòng)系統(tǒng)控制回路
P I D控制器變頻器、渣漿泵底流泵轉(zhuǎn)速
底流流量計(jì)
輸出
流量
設(shè)定值
-
圖5 濃密機(jī)底流流量控制回路圖
P ID 控制器變頻器、渣漿泵底流泵轉(zhuǎn)速
泥水界面儀
輸出
泥層
設(shè)定值
-
圖6 濃密機(jī)泥層控制回路圖
圖3 濃密機(jī)過(guò)程檢測(cè)儀表
數(shù)控技術(shù)數(shù)字技術(shù)
與應(yīng)用
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劑溶液設(shè)定用量相等。
（公式1）
公式1為絮凝劑添加量計(jì)算公式。其中， 代表絮凝劑溶液設(shè)
定用量， 代表酸性水流量， 代表堿性水流量， 代表
絮凝劑干藥投加量設(shè)定值，D代表絮凝劑溶液制備濃度。
由于工業(yè)廢水量受上游生產(chǎn)情況、季節(jié)變化等多方面因素影
響，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)波動(dòng)。所以，絮凝劑添設(shè)定加量也應(yīng)隨廢水量的變化
而變化。為了達(dá)到絮凝劑精確控制的目標(biāo)。需要構(gòu)建絮凝劑添加的
隨動(dòng)控制系統(tǒng)，即給定量按照事先未知的時(shí)間函數(shù)變化，要求輸出
量跟隨給定量的變化?？刂屏鞒倘鐖D4所示：
3.2 濃密機(jī)生產(chǎn)自動(dòng)控制算法
由于濃密機(jī)工藝機(jī)理復(fù)雜，內(nèi)部狀態(tài)不易觀(guān)察，并具有大慣性、非
線(xiàn)性、入料性質(zhì)波動(dòng)頻繁的特點(diǎn)。所以實(shí)現(xiàn)濃密機(jī)的自動(dòng)控制將會(huì)極
大提高工業(yè)廢水處理能力和質(zhì)量。系統(tǒng)根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，實(shí)
現(xiàn)了濃密機(jī)的底流流量自動(dòng)控制、泥層自動(dòng)控制、負(fù)荷連鎖控制等。
3.2.1 底流流量自動(dòng)控制
操作員可以遠(yuǎn)程設(shè)置濃密機(jī)底流流量，濃密機(jī)底流渣漿泵轉(zhuǎn)速
同底流流量構(gòu)成閉環(huán)控制，可以實(shí)現(xiàn)濃密機(jī)流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，確保
底流實(shí)際流量同濃密機(jī)設(shè)定流量基本相同。濃密機(jī)底流流量控制回
路如圖5所示：
3.2.2 濃密機(jī)泥層自動(dòng)控制
濃密機(jī)泥層的穩(wěn)定控制對(duì)于提高濃密機(jī)底流濃度、減小溢流水
懸浮物數(shù)量都有重要的作用。濃密機(jī)底流渣漿泵轉(zhuǎn)速同泥水界面儀
檢測(cè)到的泥層高度構(gòu)成閉環(huán)控制，具體算法如圖6所示：
3.2.3 濃密機(jī)負(fù)荷連鎖控制
濃密機(jī)連鎖控制是針對(duì)防止?jié)饷軝C(jī)負(fù)荷過(guò)大而設(shè)計(jì)的連鎖控
制程序。當(dāng)濃密機(jī)的負(fù)荷超過(guò)一定數(shù)值以后，則底流泵加大轉(zhuǎn)速工
作，盡快的將濃密機(jī)的泥層排出，使?jié)饷軝C(jī)到達(dá)穩(wěn)定符合狀態(tài)。達(dá)到
設(shè)定的穩(wěn)定負(fù)荷狀態(tài)以后，濃密機(jī)恢復(fù)之前的控制狀態(tài)，繼續(xù)生產(chǎn)。
3.3 排礦、返砂量遠(yuǎn)程控制
系統(tǒng)集成了濃密機(jī)底流泵控制閥、排礦閥和返砂閥的遠(yuǎn)程控
制。用戶(hù)可以在控制室中進(jìn)行底流泵控制切換、排礦管路切換和返
砂量調(diào)整的功能。
4 、工業(yè)應(yīng)用
濃密機(jī)生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)于2010年在德興銅礦精尾綜合廠(chǎng)工
業(yè)水處理站正式投入使用。在使用過(guò)程當(dāng)中對(duì)于工業(yè)廢水的處理量
和處理效率都有很大的提高。在系統(tǒng)投入使用期間，日處理工業(yè)廢
水量最高時(shí)可達(dá)到60000噸/天以上，酸性水處理能力最大時(shí)可達(dá)到
20000噸/天,較原有額定處理能力提高了20%。同時(shí)，系統(tǒng)能夠有效
地提高濃密機(jī)的底流濃度，最大底流濃度可達(dá)到30%，較系統(tǒng)應(yīng)用
前濃度提高了15%。并且，系統(tǒng)可對(duì)溢流水濁度進(jìn)行有效地檢測(cè)和
控制，保證了溢流水達(dá)標(biāo)排放。
5 、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)濃密機(jī)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制，提高了絮凝劑添加的及
時(shí)性和精度，穩(wěn)定了工業(yè)廢水處理的連續(xù)生產(chǎn)；提高了工業(yè)水站的
處理能力和外排清水的監(jiān)控能力；降低了礦山廢水排放對(duì)環(huán)境產(chǎn)生
的破壞，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益。
參考文獻(xiàn)
[1] 耿增顯,柴天佑,岳恒.濃密機(jī)生產(chǎn)過(guò)程綜合自動(dòng)化系統(tǒng).控制工
程[M],2008(4)353-356.
[2] 楊慧.高壓縮性濃密機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)控制.礦冶工程[M],2004(8)44-46.
以太網(wǎng)傳輸無(wú)干擾。RJ45連接器的屏蔽將被連接到CP 243-1的接
地端子。
3.2 CPU 和 CP 243-1 通訊處理器的組態(tài)
安裝好后，所有模塊上電通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接，必須使用S T E P 7
Micro/WIN 32（版本3.2.1或以上）軟件，PC/PPI電纜或MPI電纜，
使用STEP 7 Micro/WIN 32中的向?qū)С绦驅(qū)P 243-1進(jìn)行組
態(tài)，將1號(hào)泵的CP 243-1 IP地址設(shè)為192.168.3.1、2號(hào)泵設(shè)192.
168.3.2、3號(hào)泵設(shè)為192.168.3.2、4號(hào)泵設(shè)為192.168.3.4、5號(hào)泵設(shè)
為192.168.3.5，子網(wǎng)掩碼255.255.255.0也必須進(jìn)行組態(tài)，子網(wǎng)掩
碼255.255.255.0。設(shè)置完成后分別下到各自的PLC系統(tǒng)中。如果CP
243-1識(shí)別到一個(gè)無(wú)效的組態(tài)，它將嘗試通過(guò)BOOTP服務(wù)器檢索其
TCP/IP地址參數(shù)（IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)的IP地址）。CP 243-1
繼續(xù)該嘗試將持續(xù)大約1分鐘。如果在該時(shí)間內(nèi)它不能從BOOTP服
務(wù)器中收到一個(gè)響應(yīng)，或如果響應(yīng)無(wú)效或錯(cuò)誤，紅色指示燈（“SF”）
將閃亮大約30秒鐘。該步驟將循環(huán)進(jìn)行，直到CP 243-1在S7-200
CPU存儲(chǔ)器中找到一個(gè)有效的組態(tài)或從BOOTP服務(wù)器中接收到一
個(gè)有效的響應(yīng)。
4 、系統(tǒng)功能
PLC可控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)的控制，使深井泵處
于最佳工作狀態(tài)，能保證恒定的冶煉系統(tǒng)提供水壓，能穩(wěn)定的運(yùn)行。
人際交互界面能方便的提供電機(jī)運(yùn)行、水壓、流量的參數(shù)。操作員可
以隨時(shí)了解整個(gè)水泵系統(tǒng)的工況、相關(guān)參數(shù)及時(shí)處理一些問(wèn)題，以
滿(mǎn)足系統(tǒng)控制要求。由于系統(tǒng)的顯示和通訊功能,可以對(duì)系統(tǒng)工作
情況進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。考慮到管網(wǎng)覆蓋面積大,泵站遠(yuǎn)端供水壓力需
維持0.4MPa，因此泵站出水口壓力必須維持0.5Mpa。
(1)集中監(jiān)控系統(tǒng)完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行中
的狀態(tài)參數(shù)，跟蹤供水工藝情況。
(2)集中監(jiān)控系統(tǒng)完成控制每一臺(tái)泵的變頻器和工頻的啟動(dòng)、
停止。
(3)集中監(jiān)控系統(tǒng)可以查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以根據(jù)數(shù)
據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
(4)集中監(jiān)控系統(tǒng)可以完成自動(dòng)調(diào)整變頻器的頻率改變所需供
水水壓。
(5)集中監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)每一臺(tái)泵的通訊、非正常停機(jī)、電流、
溫度、壓力異常的故障進(jìn)行報(bào)警。
5 、結(jié)語(yǔ)
該恒壓供水系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行一年多了，系統(tǒng)比較穩(wěn)定。對(duì)設(shè)備運(yùn)
行起到很好的監(jiān)控作用，提高供水的自動(dòng)化程度，大大降低了工人
的勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)成本，而且保證了我公司冶煉系統(tǒng)的恒壓供水，
確保了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
參考文獻(xiàn)
[1] CP 243-1 工業(yè)以太網(wǎng)通訊處理器手冊(cè).
[2] 智慧.世紀(jì)星與西門(mén)子S7200 以太網(wǎng).世紀(jì)星月刊.
[3] 張建奇.數(shù)字PID 變頻調(diào)速在PLC 恒壓供水中的應(yīng)用.北京:微計(jì)
算機(jī)信息.
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