本发明涉及一种选矿
浮选机液位自动控制系统及控制方法，尤其涉及一种用于选矿行业浮选工艺中
浮选机液位控制优化升级的自动控制系统及控制方法。
背景技术：
浮选机是选矿行业浮选工艺段的主要设备，浮选过程主要通过调节药剂量、充气量和浮选机液位等参数实现精矿浮选品位的有效控制，其中浮选机液位是影响精矿浮选过程生产指标的重要参数。浮选机溢流口以下分为矿浆层和泡沫层，矿浆层和泡沫层之间的分界面为浮选液面，浮选液面所处的位置为浮选机液位，浮选机液位的高低直接决定了浮选泡沫层的厚度，浮选泡沫层的厚度直接影响到浮选机的浮选效果，所以浮选机浮选机液位的控制至关重要。
当前选矿行业浮选机液位控制存在的问题主要表现在：浮选机液位采用手动控制，依靠工人经验判断浮选机液位，然后通过手动调节浮选机锥形阀开度，从而控制浮选机底部排矿口的排矿速度。由于液位判断不够准确，且液位调整滞后，对浮选效果造成负面影响。部分采用自动控制浮选机液位的选矿厂，也会因浮球行程路线堵塞，液位计受环境影响导致测量不准确等问题，对浮选效果造成负面影响。
技术实现要素：
针对人工控制浮选机液位过程中，无法准确判断液位，且液位调整滞后，及自动控制浮选机液位过程中浮球行程路线易堵塞，液位计测量受环境影响较大等问题。本发明提供了一种选矿浮选机液位自动控制系统及控制方法以解决以上问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种选矿浮选机液位自动控制系统，其特征在于：包括浮选机液位检测装置、电动执行装置、控制装置，所述浮选机液位检测装置包括激光测距仪、反射圆盘、盘球连接杆、开放式浮球固定架、浮球；所述电动执行装置包括接近开关、定位圆盘、驱动爪、销轴、电动执行装置支架、驱动爪固定架、驱动轴、推力轴承、电机、联轴器、锁紧螺母；所述控制装置包括“西门子logo!”逻辑模块控制系统；浮选机液位检测装置中的浮球随浮选机液位变高或变低而上浮或下沉，反射圆盘在盘球连接杆的推动下随浮球移动，采用激光测距仪检测反射圆盘的位置并将信号传输至“西门子logo!”逻辑模块控制系统。“西门子logo!”逻辑模块控制系统根据收到的信号自动判断浮选机液位，并将调节浮选机液位的指令信号输出至电动执行装置。“西门子logo!”逻辑模块控制系统可实现自动控制和手动控制的切换，并有指示灯提示目前的控制模式，且可进行故障报警，同时设计有系统急停装置。电动执行装置由固定在电动执行装置支架上的电机驱动，电机通过联轴器与驱动轴连接，驱动轴与驱动爪固定架连接，驱动爪固定架通过销轴与驱动爪连接，且驱动爪固定架与驱动爪连接位置设计有可容纳驱动爪的凹槽。自动控制浮选机液位时驱动爪搭接在锥形阀手轮的梁筋上，从而驱动锥形阀手轮旋转，进而调节锥形阀的开度。手动控制浮选机液位时，可将驱动爪收入驱动爪固定架的凹槽内，从而手动旋转锥形阀手轮，进而调节锥形阀的开度。
浮选机液位检测装置的开放式浮球固定架，其结构为四根钢筋在一个圆周上均匀分布并焊接于上下两个钢圈上。
电动执行装置的推力轴承卡装在电动执行装置支架上的凹槽内。驱动轴穿装在推力轴承上，并通过自身的螺纹与锁紧螺母连接，锁紧螺母坐在推力轴承上。该结构有效避免电机轴直接受到过大的轴向力。
电动执行装置的驱动爪与锥型阀手轮连接端设计有凹型口，使驱动爪可恰好搭接在锥形阀手轮的梁筋上。
电动执行装置的驱动爪固定架，其上半部分由四根圆钢在一个圆周上均匀分布并焊接于上下两块圆形铁板上，从而形成内部中空的结构，且下面的圆形铁板与锥型阀螺旋杆对正位置有圆孔，确保锥型阀螺旋杆上升时不会产生干涉；
电动执行装置设计有接近开关和定位圆盘，定位圆盘采用对夹的设计固定在锥型阀螺旋杆上，并在定位圆盘的上下两侧各固定一个接近开关，避免锥形阀超出开启或关闭的最大预设值。
本发明一种选矿浮选机液位自动控制系统的控制方法，其特征是所述的控制方法包括以下步骤：
步骤一：液位测量值滤波：定义选矿浮选机液位值为排矿口到矿浆层和泡沫层之间分界面的距离y0,激光测距仪激光发射点与排矿口的距离为x，激光测距仪的测量值为x1，反射圆盘、盘球连接杆、浮球连接在一起的总高为x2，则液位测量值：y=x-x1-x2，通过该公式，根据激光测距仪每次的测量值计算出液位测量值y，激光测距仪的检测周期为t（t可调节），取激光测距仪最近的15次测量结果计算出最近15次液位测量值y1,y2……y15，再通过公式：ypv=(y1+y2+……+y15)/15，完成液位测量值滤波，以上过程均通过程序自动完成，最终得到滤波后的液位测量值ypv；
步骤二：液位判断调节：设定标准液位值为ysp，反馈液位值为ypv即滤波后的液位测量值，将ysp与ypv作比较，
当|ypv-ysp|＜5cm时，电机不动作，锥形阀阀芯保持不动；
当ypv-ysp＞5cm时，记录当前时间为t1，即ypvt1-ysp＞5cm，此时电机驱动锥形阀阀芯提升3秒，并从t1时间开始计时δt（δt可调）后，此时时间为t2，在t2时间点若|ypvt2-ysp|＜5cm，则调节结束；在t2时间点若ypvt2-ysp＞5cm，且ypvt1-ypvt2＞0则电机驱动锥形阀阀芯下降4秒，并从t2时间开始计时δt（δt可调）后，此时时间为t3；在t2时间点若ypvt2-ysp＞5cm，且ypvt1-ypvt2＜0则电机驱动锥形阀阀芯上升3秒，并从t2时间开始计时δt（δt可调）后，此时时间为t3；在t3时间点若|ypvt3-ysp|＜5cm，则调节结束；在t3时间点若ypvt3-ysp＞5cm，且ypvt2-ypvt3＞0则电机驱动锥形阀阀芯下降2秒，完成该动作后不计时，本轮调节结束，重新执行程序；在t3时间点若ypvt3-ysp＞5cm，且ypvt2-ypvt3＜0则电机驱动锥形阀阀芯上升3秒，完成该动作后不计时，本轮调节结束，重新执行程序；
当ypv-ysp＜5cm时，记录当前时间为t1，即ypvt1-ysp＜5cm，此时电机驱动锥形阀阀芯下降3秒，并从t1时间开始计时δt（δt可调）后，此时时间为t2，在t2时间点若|ypvt2-ysp|＜5cm，则调节结束；在t2时间点若ypvt2-ysp＜5cm，且ypvt1-ypvt2＞0则电机驱动锥形阀阀芯提升4秒，并从t2时间开始计时δt（δt可调）后，此时时间为t3；在t2时间点若ypvt2-ysp＜5cm，且ypvt1-ypvt2＜0则电机驱动锥形阀阀芯下降3秒，并从t2时间开始计时δt（δt可调）后，此时时间为t3；在t3时间点若|ypvt3-ysp|＜5cm，则调节结束；在t3时间点若ypvt3-ysp＜5cm，且ypvt2-ypvt3＞0则电机驱动锥形阀阀芯上升2秒，完成该动作后不计时，本轮调节结束，重新执行程序；在t3时间点若ypvt3-ysp＜5cm，且ypvt2-ypvt3＜0则电机驱动锥形阀阀芯下降3秒，完成该动作后不计时，本轮调节结束，重新执行程序；
以上过程均通过程序自动完成，通过有效的控制确保浮选机液位始终保持在合理的区间。
有益效果
本发明的有益效果是：
开放式浮球固定架，有效避免了浮球行程路线被堵塞，且可有效的对浮球进行导程。
采用激光测距仪作为液位计测量反射圆盘的位置，从而确定浮选机液位，可有效避免环境因素对于液位测量的影响，且测量精度高。
电动执行装置结构的设计，可及时精准的调节锥形阀开度，从而精准控制浮选机液位。且可确保手动控制和自动控制切换使用。同时可有效避免锥形阀因开启或关闭超行程而受到损伤。
“西门子logo!”逻辑模块控制系统实现了及时精准的全自动控制浮选机液位，可实现自动控制和手动控制的切换，并有指示灯提示目前的控制模式，且可进行故障报警，同时设计有系统急停装置。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
附图标记如下：1.排矿口，2.锥形阀阀芯，3.锥形阀螺旋杆，4.接近开关，5.定位圆盘，6.锥形阀手轮，7.驱动爪，8.销轴，9.“西门子logo!”逻辑模块控制系统，10.电动执行装置支架，11.驱动爪固定架，12.驱动轴，13.推力轴承，14.电机，15.联轴器，16.锁紧螺母，17.激光测距仪，18.反射圆盘，19.盘球连接杆，20.开放式浮球固定架，21.钢筋，22.浮球，23.浮选机溢流堰。
具体实施方式
在图1中浮选机溢流堰（23）以下分为矿浆层和泡沫层，浮球（22）漂浮在矿浆层和泡沫层之间的浮选液面上，浮球（22）随浮选液面变化而移动，反射圆盘（18）在盘球连接杆（19）的推动下随浮球（22）移动。采用激光测距仪（17）检测反射圆盘（18）的位置并将信号传输至“西门子logo!”逻辑模块控制系统（9）。“西门子logo!”逻辑模块控制系统（9）根据收到的信号自动判断浮选机液位，并判断如何调节浮选机液位，将判断结果转化为指令信号输出至电动执行装置的电机（14）。电机（14）通过联轴器（15）与驱动轴（12）连接，驱动轴（12）与驱动爪固定架（11）连接，驱动爪固定架（11）通过销轴（8）与驱动爪（7）连接。自动控制浮选机液位时驱动爪（7）搭接在锥形阀手轮（6）的梁筋上，从而驱动锥形阀手轮（6）旋转，锥形阀螺旋杆（3）随锥形阀手轮（6）旋转而移动，锥形阀阀芯（2）随锥形阀螺旋杆（3）移动，从而调节锥形阀的开度。锥形阀开度决定了浮选机底部排矿口的排矿速度，进而实现对浮选机液位的控制。
“西门子logo!”逻辑模块控制系统（9）可进行自动控制和手动控制的切换，并有指示灯提示目前的控制模式，且可进行故障报警，同时设计有系统急停装置。
电动执行装置设计有接近开关（4）和定位圆盘（5），定位圆盘（5）采用对夹的设计固定在锥型阀螺旋杆（3）上，并在定位圆盘（5）的上下两侧各固定一个接近开关（4），避免锥形阀超出开启或关闭的最大预设值。
切换至手动控制浮选机液位时，可将驱动爪（7）收入驱动爪固定架（11）的凹槽内，从而手动旋转锥形阀手轮（6），进而调节锥形阀的开度。
技术特征：
1.一种选矿浮选机液位自动控制系统，其特征在于：包括浮选机液位检测装置、电动执行装置、控制装置，所述浮选机液位检测装置包括激光测距仪（17）、反射圆盘（18）、盘球连接杆（19）、开放式浮球固定架（20）、浮球（22）；所述电动执行装置包括接近开关（4）、定位圆盘（5）、驱动爪（7）、销轴（8）、电动执行装置支架（10）、驱动爪固定架（11）、驱动轴（12）、推力轴承（13）、电机（14）、联轴器（15）、锁紧螺母（16）；所述控制装置包括“西门子logo!”逻辑模块控制系统（9）；浮选机液位检测装置中的浮球（22）随浮选机液位变高或变低而上浮或下沉，反射圆盘（18）在盘球连接杆（19）的推动下随浮球（22）移动，采用激光测距仪（17）检测反射圆盘（18）的位置并将信号传输至“西门子logo!”逻辑模块控制系统（9）；“西门子logo!”逻辑模块控制系统（9）根据收到的信号自动判断浮选机液位，并将调节浮选机液位的指令信号输出至电动执行装置；“西门子logo!”逻辑模块控制系统（9）可实现自动控制和手动控制的切换，并有指示灯提示目前的控制模式，且可进行故障报警，同时设计有系统急停装置；电动执行装置由固定在电动执行装置支架（10）上的电机（14）驱动，电机（14）通过联轴器（15）与驱动轴（12）连接，驱动轴（12）与驱动爪固定架（11）连接，驱动爪固定架（11）通过销轴（8）与驱动爪（7）连接，且驱动爪固定架（11）与驱动爪（7）连接位置设计有可容纳驱动爪（7）的凹槽；自动控制浮选机液位时驱动爪（7）搭接在锥形阀手轮（6）的梁筋上，从而驱动锥形阀手轮（6）旋转，进而调节锥形阀的开度；手动控制浮选机液位时，可将驱动爪（7）收入驱动爪固定架（11）的凹槽内，从而手动旋转锥形阀手轮（6），进而调节锥形阀的开度。
2.根据权利要求1一种选矿浮选机液位自动控制系统，其特征是所述浮选机液位检测装置的开放式浮球固定架（20），其结构为四根钢筋（22）在一个圆周上均匀分布并焊接于上下两个钢圈上。
3.根据权利要求1一种选矿浮选机液位自动控制系统，其特征是所述电动执行装置的推力轴承（13）卡装在电动执行装置支架（10）上的凹槽内；驱动轴（12）穿装在推力轴承（13）上，并通过自身的螺纹与锁紧螺母（16）连接，锁紧螺母（16）坐在推力轴承上；该结构有效避免电机轴直接受到过大的轴向力。
4.根据权利要求1一种选矿浮选机液位自动控制系统，其特征是所述电动执行装置的驱动爪（7）与锥型阀手轮（6）连接端设计有凹型口，使驱动爪（7）可恰好搭接在锥形阀手轮（6）的梁筋上。
5.根据权利要求1一种选矿浮选机液位自动控制系统，其特征是所述电动执行装置的驱动爪固定架（11），其上半部分由四根圆钢在一个圆周上均匀分布并焊接于上下两块圆形铁板上，从而形成内部中空的结构，且下面的圆形铁板与锥型阀螺旋杆（3）对正位置有圆孔，确保锥型阀螺旋杆（3）上升时不会产生干涉。
6.根据权利要求1一种选矿浮选机液位自动控制系统，其特征是所述电动执行装置设计有接近开关（4）和定位圆盘（5），定位圆盘（5）采用对夹的设计固定在锥型阀螺旋杆（3）上，并在定位圆盘（5）的上下两侧各固定一个接近开关（4），避免锥形阀超出开启或关闭的最大预设值。
7.根据权利要求1一种选矿浮选机液位自动控制系统的控制方法，其特征是所述的控制方法包括以下步骤：
步骤一：液位测量值滤波：定义选矿浮选机液位值为排矿口（1）到矿浆层和泡沫层之间分界面的距离y0,激光测距仪（17）激光发射点与排矿口（1）的距离为x，激光测距仪（17）的测量值为x1，反射圆盘（18）、盘球连接杆（19）、浮球（22）连接在一起的总高为x2，则液位测量值：y=x-x1-x2，通过该公式，根据激光测距仪（17）每次的测量值计算出液位测量值y，激光测距仪（17）的检测周期为t（t可调节），取激光测距仪（17）最近的15次测量结果计算出最近15次液位测量值y1,y2……y15，再通过公式：ypv=(y1+y2+……+y15)/15，完成液位测量值滤波，以上过程均通过程序自动完成，最终得到滤波后的液位测量值ypv；
步骤二：液位判断调节：设定标准液位值为ysp，反馈液位值为ypv即滤波后的液位测量值，将ysp与ypv作比较，
当|ypv-ysp|＜5cm时，电机（14）不动作，锥形阀阀芯（2）保持不动；
当ypv-ysp＞5cm时，记录当前时间为t1，即ypvt1-ysp＞5cm，此时电机（14）驱动锥形阀阀芯（2）提升3秒，并从t1时间开始计时δt（δt可调）后，此时时间为t2，在t2时间点若|ypvt2-ysp|＜5cm，则调节结束；在t2时间点若ypvt2-ysp＞5cm，且ypvt1-ypvt2＞0则电机（14）驱动锥形阀阀芯（2）下降4秒，并从t2时间开始计时δt（δt可调）后，此时时间为t3；在t2时间点若ypvt2-ysp＞5cm，且ypvt1-ypvt2＜0则电机（14）驱动锥形阀阀芯（2）上升3秒，并从t2时间开始计时δt（δt可调）后，此时时间为t3；在t3时间点若|ypvt3-ysp|＜5cm，则调节结束；在t3时间点若ypvt3-ysp＞5cm，且ypvt2-ypvt3＞0则电机（14）驱动锥形阀阀芯（2）下降2秒，完成该动作后不计时，本轮调节结束，重新执行程序；在t3时间点若ypvt3-ysp＞5cm，且ypvt2-ypvt3＜0则电机（14）驱动锥形阀阀芯（2）上升3秒，完成该动作后不计时，本轮调节结束，重新执行程序；
当ypv-ysp＜5cm时，记录当前时间为t1，即ypvt1-ysp＜5cm，此时电机（14）驱动锥形阀阀芯（2）下降3秒，并从t1时间开始计时δt（δt可调）后，此时时间为t2，在t2时间点若|ypvt2-ysp|＜5cm，则调节结束；在t2时间点若ypvt2-ysp＜5cm，且ypvt1-ypvt2＞0则电机（14）驱动锥形阀阀芯（2）提升4秒，并从t2时间开始计时δt（δt可调）后，此时时间为t3；在t2时间点若ypvt2-ysp＜5cm，且ypvt1-ypvt2＜0则电机（14）驱动锥形阀阀芯（2）下降3秒，并从t2时间开始计时δt（δt可调）后，此时时间为t3；在t3时间点若|ypvt3-ysp|＜5cm，则调节结束；在t3时间点若ypvt3-ysp＜5cm，且ypvt2-ypvt3＞0则电机（14）驱动锥形阀阀芯（2）上升2秒，完成该动作后不计时，本轮调节结束，重新执行程序；在t3时间点若ypvt3-ysp＜5cm，且ypvt2-ypvt3＜0则电机（14）驱动锥形阀阀芯（2）下降3秒，完成该动作后不计时，本轮调节结束，重新执行程序；
以上过程均通过程序自动完成，通过有效的控制确保浮选机液位始终保持在合理的区间。
技术总结
本发明涉及一种选矿浮选机液位自动控制系统及控制方法，尤其涉及一种用于选矿行业浮选工艺中浮选机液位控制优化升级的自动控制系统。解决了人工控制浮选机液位过程中，无法准确判断液位，且液位调整滞后，及自动控制浮选机液位过程中浮球行程路线易堵塞，液位计测量受环境影响较大等问题。其技术方案为：应用独创设计的浮选机液位检测装置精准测量浮选机液位。应用具有特殊结构的电动执行装置及时、高效、精准的调节锥形阀开度，进而有效调节浮选机液位。整套选矿浮选机液位自动控制系统通过“西门子LOGO!”逻辑模块实现全过程自动控制，可实现自动控制和手动控制的切换，且可进行故障报警。整套系统安全可靠，安装检修便捷。
技术研发人员：王子亮;王晨光;蒋宝庆;李晓刚;麦强;杜国军;毕文;关兵;宋海峰;李立国;王建辉;张生祥
受保护的技术使用者：丹东东方测控技术股份有限公司
技术研发日：2019.11.14
技术公布日：2020.01.14
声明：
“选矿浮选机液位自动控制系统及控制方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：丹东东方测控技术股份有限公司
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2024年07月25日 ~ 27日 
