一种智能控制型高精度选矿加药机的制作方法

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1.本发明主要用于选矿(矿物加工工程)技术领域，具体为一种连续式加药、不需配备恒压或恒液位储药槽，不需流量标定，不限于自流或扬送，可统计和显示加药量，适用药剂广、具有清水和压缩空气自动清洁药路功能、可随药液进出压力变化自动调节并保持恒量输出、安装方便、操作简单、计量精度高的智能控制型选矿加药设备。本发明加药机也可用于化工、冶金、环保等领域。


背景技术：
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2.选矿加药机是一种按选矿工艺要求在一定时间内将一种或多种选矿药剂溶液(或液体药剂原药，以下均简称药液)从药液储备容器中定量输送到特定选矿生产设备或地点的设备(装置)，按药液流动方式有连续加药和间歇加药两种方式。选矿加药机是选矿生产流水线的一种重要的技术辅助设备。
3.目前国内选矿生产中应用最多的加药设备，是一种由恒液位储药槽和plc(programmable logic controller，可编程逻辑控制器，一种专用于工业控制的具有开关量逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信及联网等功能的工业计算机)及其控制的电磁阀或气动阀组成的恒压定流式加药机，见图1。在图1中，保持恒液位储药槽3液面稳定的浮球阀2也可用循环泵替代。所述的恒液位储药槽3下部设有带手动调节阀4和电磁阀(或气动阀)5的流出管。其工作原理是：预先调节、设定手动调节阀4的开度，测量其单位时间内连续流出的药液量即瞬时流量并输入plc(阀门开度一定时，恒液位储药槽出液的瞬时流量为定值)，加药时，plc根据加药量指令自动计算并控制电磁阀(或气动阀)5按不同时间周期式通断，使间歇流出的药液量与目标加药量一致。所述恒压定流式加药机的操作采用人机交互触摸屏，加药量设定简单，并可统计和查询总加药量。所述恒压定流式加药机的主要不足为：
①
性能不佳，功能单一、仅具药液计量功能，管道易堵塞，加药量误差大(一般不小于2％)，需人工不时接取药液进行流量标定以修正误差；
②
操作不便，加药量变化大时，需频繁操作手动调节阀和标定流量，失去自动意义；
③
配置欠灵活，手动调节阀和电磁阀(或气动阀)必须与恒液位储药槽一体安装使用，且只能以自流方式间歇加药，不具扬送功能，设备体积大、重量大，安装位置与加药地点必须有一定高差，需专设高位加药平台，不仅增加基建投资，药剂运输、设备操作和管理也十分不便。
④
适用药剂种类有限，对黏度高、易沉淀的选矿药剂加药控制效果差，误差大，甚至无法使用。
4.发明人此前提交的实用新型专利(申请号：202321847911.9)“一种可自吸和扬送的数控选矿精密加药机”，拥有比所述恒压定流式加药机更丰富的数控、统计等功能，并克服了它性能不佳、功能少、配置操作不便、适用药剂种类受限等缺点，但其内含的智能化控制技术有限，药液进出压力的变化对加药精度有一定影响，仍需另配备恒液位储药槽，在设备、药路管道安装后至首次启用前，须根据现场工况对plc流量控制数学模型的参数进行校核。


技术实现要素：
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5.本发明的目的是提出一种可根据药液进出压力变化自动调节保持药液恒量输出的智能控制型高精度选矿加药机，既拥有比背景技术中所述当前选矿主流加药设备恒压定流式加药机更丰富的数控、统计等功能，又克服它的性能不佳、功能单一、配置操作不便、适用药剂种类受限等缺点，同时与发明人此前提交的实用新型专利(申请号：202321847911.9)“一种可自吸和扬送的数控选矿精密加药机”在加药控制原理上完全不同，可与其形成互补，成为未来选矿生产中广泛使用的加药设备。
6.本发明加药机适用于现行选矿使用的水性、油性、高黏度、酸性、碱性等各种液体药剂，使用过程中不需配备恒压或恒液位储药槽，不需流量标定，加药计量精度高(不大于1％，且不受设计范围内加药量大小和药液进出压力的影响)，药液输送稳定，连续加药；设备体积小，重量轻，扬送和自吸功能可选，不限于自流加药一种方式，不需专设高位加药平台，可以安装在现场任何位置；具备清水和压缩空气自动清洁药路的功能，并可对药液温度、电机温度、药液输出压力、输入压缩空气压力、药液断流与否等进行监示或控制。
7.为实现上述目标，本发明加药机采用了图2所示的加药系统(以数控药剂泵调节加药量为例)。所述加药系统组成的基本要件是plc 2、工控触摸屏3、数控药剂泵4、电子流量计5，工作时药液通过自流或药剂泵抽吸方式从储药槽中流出，经过滤(除渣)器1、数控药剂泵4、电子流量计5和流断控制阀6，自流或压力输送至加药地点。所述的加药系统可以含一个plc或多个plc，也可以含一个工控触摸屏或多个工控触摸屏；一个plc可以控制一条药路或多条药路；一条药路配置一台数控药剂泵、一个电子流量计和一个流断控制阀。所述的工控触摸屏是配合plc工作的以触摸方式输入指令的人机交互组态显示屏。所述的数控药剂泵是由受plc控制的步进电机或伺服电机或变频电机驱动的具有扬送和一定自吸能力的齿轮泵或其它泵。所述的数控药剂泵也可无自吸功能，也可用数控调节阀替换，此时药液从储药槽流至数控药剂泵或数控调节阀时应有足够压力(自流或泵送均可)。所述的数控调节阀是受plc控制的电动或气动液体流量调节阀。所述的电子流量计是电磁流量计、涡轮流量计、涡街流量计、齿轮流量计或其它具有脉冲、电流、电压等模拟通信功能或数字通信功能、可以与plc结合进行自动控制的液体流量检测仪器。所述的流断控制阀是液体截止阀，其作用是在停止加药时截止药液，防止药液渗漏，可以是气动截止阀也可以是电动截止阀或电磁阀，也可以不用。所述的药路是指从储药槽至加药地点的药剂输送路线。
8.本发明加药机的工作原理是：药液在输送过程中，由电子流量计将在线检测到的药液流量转换为电信号并自动传输至plc，plc将电子流量计在线测定的流量与预先设定的目标流量进行对比，自动控制数控药剂泵的转速或数控调节阀的开度对药液流量进行调节，使流量计读值与设定流量一致。任何原因导致的药液从储药槽流出量的变化，系统都会自动将其调整到设定流量。
9.本发明加药机整机由plc控制柜和药液计量输送柜组成，如图3所示(以1种药剂3条药路、数控药剂泵调节加药量为例)。图3中的储药槽1属外围设备，不包含在本发明内。图3中加药机内部各部件的安装位置不一定与图3所示一致。图3中加药机内部安装的加药系统及其组成要件的数量不限。图3中加药系统组成要件及辅件按药路流向的安装位序依次是：进药阀3、过滤(除渣)器4、药液分流器5、数控药剂泵6(液气组合电磁阀与其同安装于药液分流器的不同分流口)、电子流量计7、药液流断控制阀8。图3中的压缩空气除作为药路清
洁的介质外，也为气动流断控制阀(当采用时)提供动力。图3中的清水是药路清洁的另一介质。
10.所述的plc控制柜结构尺寸不一定，依实际工况需要设计，其中包含了漏电保护断路器、开关电源(由ac 220v变为dc 12～48v)、plc、工控触摸屏、步进或伺服电机驱动器、变频器(用于控制变频电机)、中间继电器、压缩空气换向电磁阀(用于控制气动阀)、压缩空气截止电磁阀(用于控制药路清洁给气)、柜内温度传感器、指示仪器(压力表、温度表、液位表、指示灯)、报警器、按钮、柜内照明灯等。所述的指示仪器也可用工控触摸屏代替。所述的柜内温度传感器不需要时也可以不安装。
11.所述的药液计量输送柜结构尺寸不一定，依实际工况需要设计，其中包含了进药阀(手动或电动)、过滤(除渣)器、药液分流器、数控药剂泵或数控调节阀、电子流量计、药液流断控制阀、液气组合电磁阀、清水进水阀(手动或电动)、压缩空气进气阀(手动或电动)、压缩空气减压阀、药液断流传感器、药液压力传感器、药液温度传感器、电机温度传感器、柜内照明灯等。所述的液气组合电磁阀是药路清洁用清水和压缩空气的入口，安装于药液分流器的分流口，其组合示意图见图4。所述的药液断流传感器和药液压力传感器安装于药液流断控制阀之后。所述的药液温度传感器安装于药液分流器分流口(见图4)。所述的电机温度传感器固定在电机外壳上。所述的药液断流传感器、药液压力传感器、药液温度传感器、电机温度传感器，若不需要时也可不安装。
12.所述的药液计量输送柜也可采用开放式，其中配置的部件不限于安装在同一个柜体或同一个空间内，可随药路管道的配置分散安装于柜外适当位置。
附图说明:
13.图1为目前国内选矿生产中应用的主流加药设备plc数控恒压定流式加药机组成示意图，图1中：1—储药箱；2—浮球阀；3—恒液位储药槽；4—手动调节阀；5—电磁阀或气动阀；6—plc控制柜；7—漏斗。图1中箭头表示药液流动方向。
14.图2为本发明加药机的加药系统示意图(以数控药剂泵调节加药量为例)，图2中：1—过滤(除渣)器；2—plc；3—工控触摸屏(人机界面)；4—数控药剂泵；5—电子流量计；6—流断控制阀；7—步进或伺服电机驱动器或变频器。图2中箭头表示药液流动方向。
15.图3为本发明加药机的总装示意图(以1种药剂、3条药路、数控药剂泵调节加药量为例)，图3中：1—储药槽；2—储药槽出液阀；3—进药阀；4—过滤(除渣)器；5—药液分流器；6—数控药剂泵；7—电子流量计；8—药液流断控制阀；9—工控触摸屏；10—压缩空气进气阀；11—压缩空气减压阀；12—清水进水阀；13—液气组合电磁阀；14—进药管；15—压缩空气进气管；16—清水进水管；17—plc控制柜；18—药液计量输送柜。图3中箭头表示液、气流动方向。
16.图4为本发明加药机中药路清洁用液气组合电磁阀和药液温度传感器的组合安装示意图(以数控药剂泵调节加药量为例)，图4中：1—药路清洁用药液阻断电磁阀；2—药路清洁用清水引入电磁阀；3—药路清洁用压缩空气引入电磁阀；4—药液温度传感器；5—药液分流器；6—数控药剂泵。图4中箭头表示液、气流动方向。
具体实施方式:
17.本发明加药机通过预先编制的程序软件和触摸屏组态驱动plc、工控触摸屏操控整个加药机硬件系统自动运行。制造商在设备出厂前预置已知硬件参数，使plc自动建立流量控制数学模型，使用者加药时只需在触摸屏上输入加药量指令参数，系统就可自动根据电子流量计在线检测到的药液流量，计算并调整数控计量泵的转速或数控调节阀的开度使其输出相应的药液流量。所述加药量指令参数包括选矿生产常用的指标如原矿处理量(t/d、t/h)、药剂浓度(％、g/100ml)或密度(g/cm3、g/ml)、药剂用量(g/t、g/h)或药液流量(ml/min、g/min)等。所述药液流量其上限是加药机设计的最大流量，下限是加药机设计的最小流量，在该上下限范围之外，加药量精度可能会有所下降或无法计量。
18.本发明加药机的加药方法(以图3示例)：接通电源，开启储药槽出液阀2，开启加药机进药阀3、压缩空气进气阀10、清水进水阀12，调整加药机压缩空气减压阀11使进气压力为0.4～0.6mpa，加药机即进入待机状态；在工控触摸屏9上输入加药量指令参数并点击加药虚拟键，药液即在加药机内置的数控药剂泵6的自吸作用下，经过滤(除渣)器4、药液分流器5沿进药管14进入数控药剂泵6，然后在泵压作用下，经电子流量计7和药液流断控制阀8沿出药管输出至加药机外或直达加药地点；此过程中电子流量计会自动检测药液流量并将检测结果传送至plc，plc经计算比对后不断且迅速调整数控药剂泵的转速，使输出的药液流量与目标加药量趋于一致，在流量相对误差小于1％时达到稳定。所述的输出至加药机外的药液可通过另设的自流管路或输送泵进一步输送至加药地点。改变加药量时，可在工控触摸屏9上直接修改加药量指令参数，加药机会自动按新指令输出修改后的目标药液流量。停止加药时可在工控触摸屏9上点击停药虚拟键使加药机回到待机状态。当数控药剂泵采用无自吸能力的泵或采用数控调节阀代替时，加药机的进药必须有一定压力，使药液能够顺利流至数控药剂泵或加药地点。
19.本发明加药机药路的自动清洁方法(以图3示例)：在待机状态下，在工控触摸屏9上选择清洁介质(清水或压缩空气)、清洁时间、清洁次数、清洁路段等，然后点击药路清洁虚拟键，清水或压缩空气即可通过液气组合电磁阀13自动进入药路进行清洁。清洁从数控药剂泵6、电子流量计7、药液流断控制阀8至加药地点间的药路时，须关闭进药阀3及过滤(除渣)器4的排渣阀门，此时，药液流断控制阀8会自动开启、数控药剂泵6会自动低速运行以协助排除泵、管内残余药液。清洁过滤(除渣)器4时，须关闭进药阀3，打开过滤(除渣)器4的排渣阀门，此时数控药剂泵6及药液流断控制阀8会自动停止或关闭，以防止清水或压缩空气进入后段药路。清洁进药阀3及其前段药路时，须打开储药槽出液阀2及进药阀3并关闭过滤(除渣)器4的排渣阀门，此时数控药剂泵6和药液流断控制阀8也会自动停止和关闭。在清洁过程中若要停止清洁时可随时在工控触摸屏9上点击停止清洁虚拟键。药路清洁完毕，须关闭过滤(除渣)器4的排渣阀门，打开进药阀3(需要时)，使加药机回到待机状态。
20.影响本发明加药机加药量精度的因素：
①
电子流量计的精度，电子流量计的精度直接影响在线检测所获药液流量的精度，进而影响加药机的加药精度；
②
进药管道的通畅，进药管道通径不足或不通畅时，可能会因供药不足影响电子流量计检测结果的稳定性，进而影响加药机的加药精度；
③
进药管道的密封性，进药管道密封不严时，可能会因吸入空气影响电子流量计检测结果的稳定性，进而影响加药机的加药精度；
④
药液中的固体颗粒，进药中混入固体颗粒时，可能会影响电子流量计检测结果的稳定性，进而影响加药机的加药
精度；
⑤
电子流量计内部结垢或腐蚀，受药液性质影响电子流量计出现内部结垢或腐蚀时，可能会影响电子流量计检测结果的稳定性和准确性，进而影响加药机的加药精度；
⑥
数控药剂泵或数控调节阀的选型，加药工艺要求和药路管道的配置形式会影响数控药剂泵或数控调节阀的选型，选型不当则影响加药精度。
21.以上所述仅为本发明的一个普通实施例，不可用以限制本发明。凡在本发明的原理和思想之内，所作的任何修改、变化、变型、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种智能控制型高精度选矿加药机，由plc控制柜、药液计量输送柜组成，其特征在于：所述的plc控制柜包含了漏电保护断路器、开关电源、plc、工控触摸屏、步进或伺服电机驱动器或变频器、中间继电器、压缩空气换向电磁阀、压缩空气截止电磁阀、柜内温度传感器、指示仪器、报警器、按钮、柜内照明灯等；所述的药液计量输送柜包含了进药阀、过滤(除渣)器、分流器、数控药剂泵或数控调节阀、电子流量计、药液流断控制阀、清水进水阀、压缩空气进气阀、压缩空气减压阀、液气组合电磁阀、药液断流传感器、药液压力传感器、药液温度传感器、电机温度传感器、柜内照明灯等。所述的指示仪器包含压力表、温度表、液位表、指示灯等，可以是具体指示仪器，也可用工控触摸屏代替；所述开关电源的电压是由ac 220v变为dc 12～48v。2.权利要求1所述的一种智能控制型高精度选矿加药机，其加药系统组成要件包含了plc、工控触摸屏、数控药剂泵或数控调节阀、电子流量计，其辅助系统组成部件包含了进药阀、过滤(除渣)器、药液分流器、药液流断控制阀、清水进水阀、压缩空气进气阀、压缩空气减压阀、液气组合电磁阀、药液断流传感器、药液压力传感器、药液温度传感器、电机温度传感器。所述的加药系统组成要件及辅件按药液流动方向的安装位序依次为进药阀、过滤(除渣)器、药液分流器、数控药剂泵或数控调节阀(药液温度传感器、液气组合电磁阀与其同安装于药液分流器的不同分流口)、电子流量计、药液流断控制阀、药液断流传感器、药液压力传感器。3.权利要求1和权利要求2所述的数控药剂泵，是由受plc控制的步进电机或伺服电机或变频电机驱动的齿轮泵或其它泵，该泵有无自吸能力均可。4.权利要求1和权利要求2所述的数控调节阀，是受plc控制的电动液体流量调节阀或气动液体流量调节阀。5.权利要求1和权利要求2所述的电子流量计，是电磁流量计、涡轮流量计、涡街流量计、齿轮流量计或其它液体流量检测仪器，具有脉冲、电流、电压等模拟通信功能或数字通信功能，可与plc结合进行自动控制。6.权利要求1和权利要求2所述的液气组合电磁阀由药液阻断电磁阀、压缩空气引入电磁阀和清水引入电磁阀组成，用于药路清洁，受plc控制。7.权利要求1所述的plc控制柜、药液计量输送柜的结构尺寸不一定，依实际工况需要设计确定。所述的药液计量输送柜也可以是开放型设计，其中配置的部件不限于安装在同一个柜体或同一个空间内，可随药路管道的配置分散安装于柜外适当位置。

技术总结
一种智能控制型高精度选矿加药机，加药系统组成要件包含PLC、触摸屏、数控药剂泵或数控调节阀、电子流量计，辅助功能组件包含过滤器、分流器、流断控制阀，液气组合电磁阀、断流传感器、压力传感器、温度传感器。其原理是：加药过程中电子流量计自动将在线检测到的药液流量信号传输至PLC，PLC自动控制数控药剂泵或数控调节阀对药液流量进行调节，使流量计读值与设定流量一致。因药液进出压力变化导致流量变化时，系统会自动将其调整到设定流量。其特点是连续式加药、不需配备恒压或恒液位储药槽，不需流量标定，不限于自流或扬送，可统计和显示加药量，适用于水性、油性、高黏度、腐蚀性等各种液体选矿药剂，具有清水和压缩空气自动清洁药路功能。药路功能。药路功能。


技术研发人员：张建乐
受保护的技术使用者：郑州乐为来智能科技有限公司
技术研发日：2023.07.21
技术公布日：2023/10/20