選礦自動化就是利用現(xiàn)有的信息檢測技術，對選礦過程進行控制的過程。而選礦過程控制是指為滿足選礦生產(chǎn)過程的各類需求（包括生產(chǎn)安全性、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效益、環(huán)境保護和操作規(guī)模等）而采用的連續(xù)監(jiān)測和自動控制技術，其基本的實施方式是采用適當?shù)臋z測儀表、執(zhí)行機構、控制器、計算機等控制設備，并以人工參與相配合（包括設計人員、現(xiàn)場操作人員）來實現(xiàn)的。選礦過程控制技術的發(fā)展始于20世紀50年代末，至今已有50多年的歷史。由于選礦生產(chǎn)過程的復雜性和特殊性，如性質(zhì)多變的物料流，復雜礦物加工工藝流程，及其中物理化學過程的復雜性和物料本身的腐蝕性、磨損性，制約了選礦過程控制的普及程度、應用水平和發(fā)展速度，與石油化工、冶金等行業(yè)比較相對落后。但由于選礦自動化技術在提高選廠勞動生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量和金屬回收率、降低成本等方面效果顯著，因此近年來正日益受到業(yè)內(nèi)人士的重視。據(jù)國外資料統(tǒng)計，選礦廠采用自動控制技術一般可使設備能力提高10%~15%，勞動生產(chǎn)率提高25%~50%，生產(chǎn)成本降低3%~5%。
1、選礦自動化發(fā)展現(xiàn)狀
    選礦工業(yè)是傳統(tǒng)的基礎工業(yè)，已具備相當規(guī)模，從業(yè)入員眾多。突出的問題是能耗高、效率低、自動化水平低，勞動強度大，選礦技術經(jīng)濟指標低，而且隨礦石性質(zhì)及操作條件的變化很不穩(wěn)定。隨著礦物加工工業(yè)的發(fā)展，品位低、嵌布粒度細、礦物組成復雜的難選礦石所占比例日益增大，而冶金、材料等用戶對選礦產(chǎn)品的質(zhì)量要求愈來愈高，加之環(huán)境保護、經(jīng)濟效益等方面的壓力，各種先進的生產(chǎn)過程控制方法都隨之應運而生。
1.1破碎作業(yè)的監(jiān)測和控制
    破碎工序是選礦作業(yè)的第一道工序，該工序能否穩(wěn)定正常的工作直接影響后續(xù)作業(yè)。破碎自動化控制系統(tǒng)通過對油溫、油壓的檢測，實施對破碎機安全工作狀態(tài)的分析和報警；通過對破碎機負荷的檢測和分析，實施破碎機優(yōu)化給礦的控制；通過對料倉料位的檢測和各破碎機能力的分析，實施自動布料和破碎機負荷優(yōu)化平衡控制；此外還對主要皮帶的跑偏、打滑實施控制，以及對相關設備實施邏輯連鎖與保護控制。確保整個系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效地運行。
    對于國產(chǎn)圓錐破碎機，由于其排礦口尺寸不能動態(tài)調(diào)整，生產(chǎn)中采用固定排礦口，定期進行人工重新調(diào)整的方法來控制產(chǎn)品粒度�？刂葡到y(tǒng)主要選取主傳動電機的功率（或電流）作為被控參數(shù)，控制一般采用恒功率或優(yōu)化功率方式，動態(tài)調(diào)整給礦機給礦量的大小，使主機的負荷穩(wěn)定在設定的要求之內(nèi)；同時檢測破碎機潤滑系統(tǒng)的溫度、壓力、流量等，具有完備的保護功能。
    國外圓錐破碎機控制系統(tǒng)的主參數(shù)控制選取了主傳動電機功率和破碎機排礦口尺寸兩個參數(shù)作為被控變量，通過檢測給礦量、油壓、功率、油溫、排礦口尺寸等來動態(tài)調(diào)整排礦口尺寸和給礦速率，其目標函數(shù)是排礦口尺寸最小、給礦量最大。系統(tǒng)的所有控制動作均是向這兩個目標逼近。
1.2磨礦分級作業(yè)控制
    磨礦分級是選廠耗能最多、成本最高的環(huán)節(jié)，也是直接關系到產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的重要環(huán)節(jié)。磨礦分級自動化控制系統(tǒng)采用先進的控制方式，通過對磨機負荷和給礦性質(zhì)等因素的綜合分析判斷．實現(xiàn)對磨機給礦、磨礦濃度、分級溢流濃度和粒度的優(yōu)化控制，磨機球荷球比的分析和調(diào)整，磨機油路潤滑系統(tǒng)的安全保護等。同時，系統(tǒng)還實現(xiàn)磨礦分級作業(yè)參數(shù)的自動檢測、顯示和各種故障報警，最終使磨礦分級作業(yè)始終在最優(yōu)的狀態(tài)下運行。
1.2.1磨礦回路的模糊控制
    模糊控制是用語言歸納操作人員的控制方式，運用語言變量和模糊集合理論形成控制算法的一種控制。它不需要對控制對象建立精確的數(shù)學模型，只要求把現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗和資料總結(jié)成較完善的語言規(guī)則，因此它能繞過對象的不確定性、噪音以及非線性、時變性、時滯等的影響，系統(tǒng)性強，尤其適用于非線性、時變、滯后系統(tǒng)的控制。據(jù)報道，南非利烏多爾金礦的月產(chǎn)量為12萬t，采用2臺半自磨機（單段），分級設備為二次水力旋流器，最終產(chǎn)品粒度為80%～75um。該礦成功地將模糊邏輯控制應用于半自磨回路中，并研制了一種先進的磨礦控制系統(tǒng)( Grind - ACE)軟件作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行平臺。運行結(jié)果表明，帶控制和不帶控制相比，臺時處理量可提高10.77%，處理每噸礦石的電耗下降9.7%，磨機介質(zhì)的添加量可減少約15%。王彩霞等在山東招遠夏甸金礦、賈鵬昆等在山東萊州望兒山金礦的磨礦自控系統(tǒng)中引入一個Fuzzy - PID自適應模糊控制器進行復合控制，起到了PID控制器參數(shù)自校正作用。
1.2.2磨礦回路的專家系統(tǒng)
    專家系統(tǒng)是一個基于知識的智能推理系統(tǒng)，它擁有某個特殊領域內(nèi)專家的知識和經(jīng)驗，并能象專家那樣運用這些知識，即具有在專家級水平上工作的知識、經(jīng)驗和能力，通過推理作出智能決策。據(jù)美國《世界采礦設備》報道，美國猶它州巴里克一默克爾(Barruk - Mercur)金礦選廠應用以模型為基礎的專家系統(tǒng)控制半自磨機，與原來的PI控制相比，礦石處理量提高4. 4%，處理每噸礦石的平均能耗減少5. 7%；墨西哥某日處理7.2萬t銅礦石的選礦廠，有12個球磨機與水力旋流器組成的閉路系統(tǒng)，采用專家系統(tǒng)，生產(chǎn)能力提高10%，處理每噸礦石的電力消耗減少7%。
1.2.3球磨恒定給礦量控制
    料倉物料一般由皮帶輸送機輸送到球磨機，為了保證球磨效果，必須自動調(diào)節(jié)給礦量。為達到此目的，球磨加裝智能狀態(tài)檢測電耳，由此信號控制輸送機電機變頻凋速，或由輸送帶上的核子稱測得的礦量信號控制。
1.2.4礦漿分級粒度控制
    為了提高分級效果，分級礦漿濃度必須控制在一定范圍內(nèi)。在排礦管道上安裝核子濃度計．檢測礦漿濃度信號，該信號經(jīng)PLC的模擬輸入通道進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果除上傳工控機進行數(shù)據(jù)歸檔外，還要與濃度設定控制值進行PID運算，運算結(jié)果通過PLC的模擬輸出通道進行D/A轉(zhuǎn)換，輸出標準的4~20 mA電流信號，控制濃度調(diào)節(jié)水控制閥的閥門開度，從而實現(xiàn)恒定設定濃度的控制。
    旋流器分級除給料濃度控制外還要對給礦壓力進行監(jiān)控，指導給礦泵的變頻控制，目前旋流器分級已經(jīng)開始使用氣動閥門來調(diào)節(jié)壓力不足。在分級排礦管道上安裝粒度儀，檢測礦漿中物料的粒度，信號返回到濃度控制和壓力調(diào)節(jié)，從而進行合理化的調(diào)整。
    旋流器的控制是一個復雜的控制過程，主要體現(xiàn)在3個方面：①泵池液位、給礦濃度、給礦壓力任一因素發(fā)生變化，均會導致旋流器原有控制平衡被破壞；②給礦濃度、給礦壓力均影響旋流器溢流粒度指標，當溢流粒度指標發(fā)生變化時，無論調(diào)節(jié)給礦濃度還是調(diào)節(jié)給礦壓力（往往是同時調(diào)節(jié)），調(diào)節(jié)幅度均無法精確定義；③由于磨礦生產(chǎn)工藝過程的時變性和不確定性，也導致旋流器各工藝參數(shù)的時變性和不確定性。
1.3浮選作業(yè)自動控制
    浮選過程是有用礦物成分的選別和富集過程，浮選槽的礦漿在攪拌充氣和浮選藥劑的作用下，有用金屬成分被活化吸附后，帶到泡沫層中，經(jīng)刮出就成了精礦，相反，礦漿中的脈石和其它成分經(jīng)藥劑作用下沉為尾礦。浮選過程控制的主要目標是：保持合格的最終精礦品位、提高有用成分的回收率、降低藥劑等原材料的消耗量。用作浮選過程控制的控制變量主要有：浮選礦漿的pH值、浮選藥劑量、浮選槽液位、浮選槽的充氣量等。
1.3.1浮選液位控制
    在浮選中，對浮選槽液位和氣泡厚度檢測非常重要，對浮選槽的液位和充氣量進行控制也一直是個難題，控制效果的好壞直接影響到浮選指標的優(yōu)劣。據(jù)報導，近年來在浮選槽檢測礦漿液位時采用浮子式液位變送器（如芬蘭奧托昆普公司生產(chǎn)的LMU -200礦漿液位變送器及國內(nèi)生產(chǎn)的類似礦漿液位變送器等）的較多，采用超聲波測量浮球位移的浮選槽液位計在南非、加拿大、美國等已被應用，國內(nèi)在銅陵冬瓜山選廠也有應用。
1.3.2浮選加藥控制
    浮選藥劑的添加是浮選生產(chǎn)工藝中的一個重要環(huán)節(jié)，添加量的大小、準確與否都直接影響著產(chǎn)品的數(shù)、質(zhì)量及效益。傳統(tǒng)的人工調(diào)節(jié)方式既不準確也不及時。而浮選自動加藥控制系統(tǒng)的應用，不但克服了人工調(diào)節(jié)的缺點，而且降低了浮選生產(chǎn)的藥耗，為選廠帶來直接的經(jīng)濟效益，同時減輕了崗位工人的勞動強度。浮選加藥控制系統(tǒng)主要根據(jù)原礦量、泡沫層厚度、原礦中的總金屬量、精礦品位以及金屬回收率等浮選工藝過程參數(shù)，利用專用算法動態(tài)控制浮選藥劑的添加量，使浮選過程分選效果達到最優(yōu)化，有利于降低藥耗，提高金屬回收率。
    馬鞍山礦山研究院研制的S MCJ -16型程控加藥機可被廣泛應用于礦山如黑色、有色浮選廠、化工、水處理、煤炭系統(tǒng)選煤廠等生產(chǎn)過程控制中各種藥液的添加場所。它在穩(wěn)定工藝流程、降低藥耗、提高生產(chǎn)指標、加強科學管理等方面具有更加顯著的作用，并為實現(xiàn)浮選過程自動控制創(chuàng)造了有利條件。加藥系統(tǒng)由加藥控制柜、可編程序控制器PLC、人機對話單元HMI（觸摸屏）、計算機工作站、給藥電磁閥等5部分組成。
1. 3.3在線品位分析
    選礦產(chǎn)品的質(zhì)量與選礦生產(chǎn)工藝流程中的3大參數(shù)——粒度、濃度、品位有直接關系。在線X熒光品位分析儀被人們譽為選礦廠的“眼睛”，它可以實時連續(xù)地同時測量出礦漿品位和濃度這兩個參數(shù)。根據(jù)品位的測量結(jié)果調(diào)節(jié)浮選槽液位、藥劑添加量，就可以在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，提高礦石處理量、金屬回收率和產(chǎn)品合格率，對提高選礦廠技術經(jīng)濟指標和選礦廠自動化水平、減輕工人勞動強度具有重要意義。
1.4高效濃縮機過程參數(shù)自動檢測與控制
    高效濃縮機是一種占地面積小、投資費用低、單位面積處理能力大、降低電耗、減少環(huán)境污染的新型高效固一液分離設備。根據(jù)我國20多個重點黑色金屬礦山選廠的尾礦情況調(diào)查統(tǒng)計資料來看，尾礦的平均排放濃度只有15%左右，而用于輸送尾礦的電耗占選廠總用電量的15%或更多。對上述特點進行分析發(fā)現(xiàn)，排礦濃度低是目前選礦廠尾礦輸送系統(tǒng)的關鍵問題之一。由于輸送距離長、輸送尾礦量大，選礦廠多采用多條管路、多級泵站接力式輸送，將尾礦輸送到尾礦壩。尾礦的低濃度輸送使得尾礦系統(tǒng)能耗大、磨損快、成本高、循環(huán)水利用率低。如果把選礦廠的尾礦排放濃度普遍提高到45%．那么僅此一項改革，每年就可節(jié)約電1.8億kW．h，為此，馬鞍山礦山研究院研制并生產(chǎn)了∮3.6 m～∮12 m各種規(guī)格的高效濃密機，先后在馬鋼姑山礦、浙江閑林埠鉬鐵礦、銅陵有色公司選廠、廣西高龍金礦等礦山推廣應用。高效濃密機的主要檢測參數(shù)有給礦量、給礦濃度、底流流量、底流濃度、藥劑流量、界面高度、驅(qū)動扭矩，對溢流水濁度要求高的地方還要檢測溢流水的濁度；主要控制參數(shù)有：底流排放量和絮凝劑添加量。采用濃縮自動化控制系統(tǒng)對尾礦排放進行自動控制，達到增大排礦濃度、減少排礦總量、降低能源消耗、增大循環(huán)水利用率的目的。
2、選礦自動化發(fā)展中存在的問題
    (l)傳感器技術和過程參數(shù)自動檢測儀表沒有突破性的進展，如一些與礦漿相關的關鍵過程參數(shù)的檢測仍然存在安裝復雜、可靠性低、運行壽命短、測量精度低等老問題。這是影響選礦過程控制應用水平的最重要的因素。
    (2)大多數(shù)選礦廠在對現(xiàn)場儀表和控制系統(tǒng)的長期使用維護方面缺乏必要的重視，現(xiàn)場嚴重缺乏相關專業(yè)的技術人員進行系統(tǒng)的維護和調(diào)整，使得很多測控設備僅能在安裝投運后的短期內(nèi)保持良好的運行狀況。一旦系統(tǒng)開發(fā)方的技術支持減弱，系統(tǒng)很可能因為設備故障、工況變化、人員變化等情況而難以正常工作。
    (3)一些老的選礦廠在初始設計時沒有考慮采用相應的過程控制技術，致使這些廠礦在后期實施自動檢測和控制時先天存在工藝和設備方面的困難給過程控制的實施增加了一定的難度。
    (4)一些選礦廠依然存在認為中國勞動力過剩上自動化沒有必要的落后觀念。
3、結(jié)論
    隨著控制技術、計算機技術、儀表技術等的發(fā)展，選礦過程自動控制也會逐步由過去簡單的DDC控制，單機組、單設備的控制發(fā)展到整個選礦廠的綜合自動化智能控制，穩(wěn)定可靠的智能化礦山專用檢測儀表將不斷應運而生，網(wǎng)絡技術、多媒體技術也將成為未來礦山現(xiàn)代控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。


相關礦山機械設備：
1、圓錐破碎機
2、雷蒙磨粉機