Description des équipements

La figure 3.1 montre le diagramme d'instrumentation et de commande de la colonne de flottation au laboratoire. De la même façon, la figure 3.2 montre le diagramme d'instrumentation et de commande de la colonne de flottation en usine. Ces figures présentent les capteurs, les actionneurs et l'instrumentation connexe installée sur les deux colonnes de flottation.

Les capteurs servent à mesurer des variables comme le différentiel de pression (DP), la pression absolue (PT) et la température (TT) en différents endroits de la colonne. TT1 est la température au fond de la colonne (près du barboteur), TT2 est la température de la pulpe au niveau du capteur du taux de rétention de gaz, TT3 est la température de la pulpe de l'alimentation et TT4 est la température de l'eau de lavage.

Les températures et pression mesurées sont utilisées pour calculer les variables hydrodynamiques. Le capteur de différentiel de pression sert à faire la validation de la mesure du taux de rétention de gaz, alors que les actionneurs (pompes) modifient les variables à manipuler.

D'autres équipements sont utilisés pour compléter l'instrumentation et la commande tels que le module de mesure des conductivités (MMC) et le module des entrées et sorties analogiques.

Finalement, les figures montrent aussi l'équipement connexe installé pour un fonctionnement correct de la colonne : la douche utilisée pour l'eau de lavage, le réservoir de pulpe d'alimentation (dans lequel un mélangeur est installé pour empêcher la sédimentation des particules de minéraux), les réservoirs d'eau de lavage et de rejet. Le réservoir de rejet a été installé seulement sur la colonne du laboratoire puisqu'en usine ce flux est retourné directement au procédé.

L'instrumentation des deux colonnes est sensiblement la même. Les différences sont l'afficheur de bulles, l'ordinateur de traitement d'images, le capteur de pression différentielle et l'ajout d'eau de cisaillement du barboteur, qui sont installés sur la colonne pilote de flottation du laboratoire seulement.

Une autre différence est le capteur du taux de rétention de gaz. Il est installé à l'intérieur de la colonne de flottation de l'usine tandis que pour la colonne de flottation du laboratoire, la cellule siphon du capteur est connectée à l'extérieur à l'aide d'une pompe et la cellule ouverte est constitué par des électrodes sur la paroi de la colonne. Ce dernier capteur est le même utilisé par Nunez et al. (2006a) et modifié et validé par Esteban-Rojas (2011).

Consigne de débit d'eau de lavage Eau lavage Consigne de vitesse (Alimentation) Alimentation Module d'entrées/ sorties analogiques Opto 22 Consigne de la profondeur d'écume Profondeur d'écume estimée Rejet r. Ordinateur de traitement d'images Consigne de débit de l'eau de cisaillement de barboteur Eau de barboteur Consigne de débit d'air Capteur/régulateur de débit massique (Mass Flow Controller)

\ Air

Fig. 3.1 Diagramme d'instrumentation et de commande de la colonne pilote de flottation au laboratoire

Consigne de débit d'eau de lavage Capteur/régulateur de débit massique l (Mass Flow Controller)

Fig. 3.2 Diagramme d'instrumentation et de commande de la colonne pilote de flottation en usine

Le tableau 3.2 décrit la localisation, les dimensions, le type et le nombre de capteurs installés sur les colonnes de flottation montrées aux figures 3.1 et 3.2.

Tableau 3.2 Capteurs sur les colonnes pilotes de flottation

Capteur Laboratoire Usine

température 4 capteurs au total, installés à 1,2 m et à 6 m du fond de la colonne, sur l'alimentation, et sur l'eau de lavage. Modèle RTD-NTP-72-E. Ds sont connectés au module d'entrées/sorties analogiques Opto 22 en utilisant 1 transmetteur de modèle TX-254 qui donne un signal normalisé 4 - 2 0 mA proportionnel à la température mesurée.

pression 1 transmetteur de pression de deux fils Wika type C-10 installé au fond de la colonne ; 10 -30 VDC; 4 - 2 0 mA.

2 Manomètres : 1 sur la conduite d'alimentation de gaz (avant la vanne de régulation) et 1 avant le barboteur.

débit 2 débitmètres, 1 pour l'eau de lavage et 1 pour l'alimentation.

Cole-Parmer modèle RK 32704-10 ; 1 - 10 Litres/min. 12,5 V - 30 mA. flux d'air débitmètre / régulateur (Mass flow controller) MKS modèle 1559A ;

0 - 5 0 Litres/min. 12 V - 10 A.

profondeur 11 électrodes d'acier inoxydable installées sur la paroi interne dans le de l'écume dernier mètre au haut de la colonne chacune espacée de 10 cm.

taux de 4 électrodes d'acier inoxydable de rétention 5,1 cm de diamètre et 1 cm de de gaz hauteur, installés dont : 2 sur la paroi interne de la colonne et 2 sur la cellule extérieure de type siphon.

4 électrodes d'acier inoxydable de 5,7 cm de diamètre et 1 cm de hauteur, situées à l'intérieur de la colonne, installés sur 2 cellules (une ouverte et une de type siphon). taille de 1 afficheur des bulles installé à

bulles 2 m de la tête de la colonne, possède une caméra Sony de haute résolution modèle DFW-X710. pression

différentiel

ABB modèle 264DS pour la validation de la mesure du taux de rétention de gaz en deux phases. Installé au même endroit que le capteur de £g de conductivité.

Le tableau 3.3 liste les principales caractéristiques et la plage d'opération des actionneurs (pompes) utilisés. Le tableau 3.4 montre les principales caractéristiques des entraînements à vitesse variable utilisées pour moduler la vitesse des pompes.

Tableau 3.3 Caractéristiques et plages d'opération des actionneurs Actionneurs Plage d'opération (cm/s) Caractéristiques pompe d'alimentation 0 - 3

pompe de rejet 0 - 7

pompe peristal tique

Cole-Parmer modèle 7585-30. flux : 1 - 45 litres/min.

115 V A C - 5 A. pompe d'eau de lavage 0 - 2

pompe d'eau de barboteur 0 - 3 pompe a engrenages. Enginegear modèle GP-301 flux : 1 - 10 litres/min. 1 2 V - 1 0 A ; 2 4 V - 5 A débitmètre / régulateur de débit massique 0 - 5

(mass flow controller) MKS modèle 1559 A

0 - 5 0 litres/min. 12 V - 10 A Tableau 3.4 Entraînements à vitesse variable des pompes

Entraînements à vitesse variable

Modèle / Type Caractéristiques pour la pompe d'alimentation et de rejet Ew-70100-00 Advanced Variable- speed DC motor alimentation : 115/ 230 VAC entrée : 4 - 20 mA sortie: 0 - 1 1 5 VAC pour la pompe d'eau

de lavage et d'eau de cisaillement du barboteur

12A8 PWM Analog Servo Drive

alimentation : 20-80 VDC entrée : 4 - 20 mA

sortie : 0 - 24 DC 3.2.1 Régulateur Moore 353

Le régulateur Moore 353 possède un microprocesseur, trois boucles internes indépendantes de régulation PID, ainsi que des ports de types RS-485 et RS-232. La figure 3.3 montre le régulateur Moore , et la figure 3.4 montre les connexions électriques du régulateur avec le système.

Les boucles PID sont utilisées pour la commande du débit d'eau de lavage, d'alimentation et de rejet. Le régulateur Moore reçoit les consignes et envoie un signal de 4 à 20 mA à l'entraînement à vitesse variable de la pompe respective. La configuration est faite à travers leportRS-485. -Vm Sortie 1 Alimentation GND Sortie 2 Lavage Entrée 1 Alimentation GND Entrée 1 Lavage Entrée 3 Rejet GND I—231S1 m ^ J r ^ N® H® 3 1M 5 6 7 S 7® 10® 12® 13® H® 15» 16® 17® ~9® 2 0 » 21® 22® 23® 24® 25® Moore 353 ®27 > : s ® 2 9 ® 3 0 ® 3 1 ®« ® 3 3 r ® 3 3 ® 3 4 ® 3 4 L ® 3 5 g 36 837 ®3« ® 3 9 X 4 0 ® 4 1 ® 4 2 ® 4 3 $ 4 4 $ 4 5 $ 4 6 ® 4 7 ®4< $ 4 9 $ 5 0 $ 5 1 ® 5 2 Sortie Rejet GND

Fig. 3.4 Connexions électriques du régulateur Moore 353 3.2.2 Module de mesure des conductivités

Le module de mesure des conductivités (MMC) possède :

- Une carte de multiplexage avec un circuit oscillatoire pour la mesure des conductivités et la synchronisation ;

Une matrice pré-diffusée programmable par l'utilisateur FPGA (Field Programmable Gate Array) qui est employée pour estimer les valeurs de conductivités ;

Un convertisseur numérique à analogique pour transmettre les valeurs estimées de la profondeur d'écume et du taux de rétention de gaz à l'ordinateur de commande ; Un convertisseur sériel pour transmettre les valeurs de conductivité à l'ordinateur de commande.

La fréquence de fonctionnement du circuit oscillatoire permet au module de prendre 128 mesures par seconde pour chaque électrode (capteurs de la profondeur d'écume et du taux de rétention de gaz). Ces mesures permettent d'estimer les conductivités, qui sont envoyées au convertisseur sériel et utilisées pour l'estimation de la profondeur d'écume et du taux de rétention de gaz. L'information détaillée à ce sujet est disponible dans Riquelme et al. (2012). Le diagramme interne du MMC est détaillé en figure 3.5.

Entrées (électrodes)

Carte multiplexeur Carte FPGA

Multiplexeur •< Signaux au multiplexeur Filtre Circuit oscillatoire Détecteur Convertisseur sériel Profondeur d'écume Taux de rétention de gaz Convertisseur numérique à analogique Sorties -► Conductivités Profondeur d'écume

Fig. 3.5 Diagramme interne du module de mesures des conductivités 3.2.3 Module d'entrées/sorties analogiques

Le module d'entrées/sorties analogiques Opta 22 est utilisé pour centraliser les signaux venant des capteurs et allant aux actionneurs. D possède un processeur (SnapB300- Modbus), des modules analogiques d'entrée (Snap-AIV 2Ch +/- 10V/5V DC) et des modules analogiques de sortie (Snap-AOV 0-10 V DC). Ils sont placés sur une carte mère (mainboard) SnapB16MC. La communication avec l'ordinateur de commande est faite avec un protocole Modbus® par un port RS-232.

Le module d'entrées/sorties analogiques Opta 22 est schématisé à la figure 3.6, alors que le tableau 3.5 donne une description détaillée des connexions du module d'entrées/sorties analogiques Opta 22 avec le système.