磨礦分級工序自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用

0磨礦過程的自動控制研磨和分級開采是選擇礦山公司最重要的生產(chǎn)過程之一，其能耗占整個采礦過程的40%60%。研磨過程主要將礦石研磨成細粒度顆粒，并提供給收獲過程。這是過濾過程的中間過程。磨礦過程是影響選礦生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),它起著承上啟下的作用,是整個選礦廠的作業(yè)“瓶頸”,它直接制約著選礦產(chǎn)品質(zhì)量和金屬回收率。因此,為了提高磨礦效率、節(jié)能降耗、提高有用礦物的精礦品位和回收率和提高選礦廠的經(jīng)濟效益,實現(xiàn)磨礦過程的自動控制具有十分重要的意義。本文利于西門子S7-300PLC作為控制核心,設(shè)計了一套基于PLC的磨礦監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了磨機濃度自動控制,泵池液位和濃度自動控制,并通過上位機監(jiān)控界面,實現(xiàn)遠程監(jiān)控。1浮選工作過程某廠有4路獨立的磨礦分級回路,每條回路由給礦機、磨機、泵池、螺旋分級機等組成,工藝流程及測控點的分布如圖1所示,其主要工作過程是:礦倉內(nèi)的礦石經(jīng)由振動給礦機和給礦皮帶機送入磨機內(nèi),經(jīng)過磨機細磨后送入泵池,再經(jīng)過由變頻器控制的泵送至螺旋分級機進行分級,達到要求的細顆粒被送入浮選工序,大顆粒的礦石(稱為返砂)送入磨機重新再磨。為了保證磨礦的效果和泵池內(nèi)液漿的濃度,必須在磨機的入口和泵池分別加入一定流量的清水,即給礦水和泵池給水。2系統(tǒng)的評估要求2.1fpse參數(shù)的確定根據(jù)生產(chǎn)工藝知道,生產(chǎn)物料的平衡方程為:W1=Q1×(F1F4?1)+Q2×(F2F4?1)(1)W1=Q1×(F1F4-1)+Q2×(F2F4-1)(1)式中:W1為磨機給水量,L/s;Q1為磨機給礦量,kg/s;Q2為返砂量,kg/s;F1為磨機給礦濃度,當(dāng)給礦中含水5%時,F1=0.95;F4為磨機要求的濃度,在該系統(tǒng)中確定為0.53;F2為返砂濃度,在系統(tǒng)中確定為0.84。(具體是參數(shù)根據(jù)企業(yè)實際工藝而需要確定,以下同)。將上述參數(shù)代入式(1)得:W1=0.79Q1+0.58Q2(2)W1=0.79Q1+0.58Q2(2)2.2泵池k3的計算當(dāng)生產(chǎn)過程穩(wěn)定、物料平衡時,有如下關(guān)系:W2+W1+Q1×(1?F1)=(Q1+W1)×(1?F3)(3)W2+W1+Q1×(1-F1)=(Q1+W1)×(1-F3)(3)式中:W2為泵池給水,F3為泵池礦漿要求的濃度,在該系統(tǒng)中K3定為0.28。將參數(shù)代入式(3)后有:W2=0.45Q1?0.16Q2(4)W2=0.45Q1-0.16Q2(4)2.3實時數(shù)據(jù)采集與顯示功能(1)系統(tǒng)具有自動控制、現(xiàn)場手動控制、控制室遙控3種工作方式。(2)系統(tǒng)具有掉電保護、報警、工藝參數(shù)設(shè)置等功能。(3)系統(tǒng)具有實時數(shù)據(jù)采集、保存和查詢,報表生成及打印功能。(4)系統(tǒng)具有工況、設(shè)備運行狀態(tài)實時顯示,歷史和實時趨勢畫面。(5)具有一定的安全機制,防止工藝參數(shù)的隨意修改和設(shè)備運行的隨意更改,只允許有操作權(quán)限的操作員才能對某些功能進行操作。(6)與管理部門的計算機聯(lián)網(wǎng),為管理部門提供生產(chǎn)的實時數(shù)據(jù),并實現(xiàn)遠程監(jiān)控。3擬量輸入模塊系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖2所示,該監(jiān)控系統(tǒng)主要由現(xiàn)場檢測設(shè)備和執(zhí)行機構(gòu)、主控設(shè)備PLC、上位工控機三大部分組成。上位工控機在工程設(shè)計階段主要用于對PLC控制設(shè)備的硬件組態(tài)、控制程序的設(shè)計、下載和調(diào)試,上位監(jiān)控界面的開發(fā),遠程網(wǎng)絡(luò)控制的設(shè)計等;在系統(tǒng)運行階段主要用于工況顯示、參數(shù)設(shè)定、報表處理、報警處理等監(jiān)控功能。上位機中安裝專用的通訊設(shè)備用來和PLC進行通信,本系統(tǒng)中選擇西門子的5613卡和S7-300PLC進行通信;主控設(shè)備PLC根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)的多少,選擇電源模塊、CPU模塊、數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊等,主要根據(jù)設(shè)計的程序和工藝要求,進行各種數(shù)據(jù)的處理,并送上位機進行顯示和處理,接受上位機發(fā)送的控制指令和設(shè)定的參數(shù)控制現(xiàn)場的設(shè)備進行動作?，F(xiàn)場設(shè)備和執(zhí)行結(jié)構(gòu)主要包括各種傳感器、變頻器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥等。傳感器將現(xiàn)場的非電學(xué)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量信號,并變換成標準信號傳送到PLC;執(zhí)行機構(gòu)接收PLC送來的控制信號,控制變頻器、電磁閥等進行相應(yīng)的動作,完成控制功能。檢測的開關(guān)量信號主要包括為各給礦機、皮帶秤、磨機啟停信號,自動/手動模式選擇信號,現(xiàn)場報警信號等;輸出的開關(guān)量信號主要為現(xiàn)場指示燈信號,電磁閥控制信號,皮帶秤、給礦機等遠程啟停信號等;檢測的模擬量信號主要包括電磁流量計、濃度計、液位計等傳感器送來的模擬量信號;模擬量信號的輸出主要包括變頻器的頻率等信號。本系統(tǒng)中一臺磨機控制的模擬量輸入包括給礦量、返砂量、磨機加水量、泵池加水量、泵池液位、磨機濃度、泵池濃度等7個量,現(xiàn)在有4臺磨機,共有28個模擬量輸入,考慮到預(yù)留的裕量,故選擇4塊8通道16位的SM331模擬輸入模塊,其中有4個輸入裕量。一臺磨機工作的模擬量輸出包括給礦機變頻器,泵池變頻器2個量,現(xiàn)在4臺磨機,共有8個模擬量輸出,選擇2塊4通道16位的SM332模擬輸出模塊。系統(tǒng)數(shù)字量輸入包括給礦機、皮帶秤、磨機、變頻器、分級機啟停信號12個、自動/手動模式選擇信號4個、現(xiàn)場報警信號8個,整個系統(tǒng)共有24個數(shù)字輸入量,考慮到預(yù)留的裕量,故選擇2塊直流16點24V的SM321數(shù)字量輸入模塊。系統(tǒng)數(shù)字量輸出包括現(xiàn)場指示燈信號,電磁閥控制信號,皮帶秤、給礦機等遠程啟停信號等,共有20個數(shù)字輸出量,考慮到預(yù)留的裕量,故選擇2塊直流16點24V的SM322數(shù)字量輸出模塊。根據(jù)以上選擇,西門子S7-300PLC系統(tǒng)的配置如表1所示。4軟件設(shè)計本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括PLC控制程序設(shè)計、上位機監(jiān)控界面設(shè)計兩大部分。4.1用戶控制程序的實現(xiàn)PLC控制程序的設(shè)計在西門子專用的Step7編程軟件環(huán)境下完成,主要包括硬件配置及參數(shù)設(shè)置、通信定義和用戶控制程序的編寫等。本系統(tǒng)的控制程序主要由主程序和給礦量控制、磨礦給礦水控制、泵池補加水控制、泵池液位控制等子程模塊構(gòu)成,限于篇幅,本文只給出磨機控制主程序和濃度控制的程序流程圖。(1)硬動手的概念系統(tǒng)設(shè)計了手動控制和自動控制兩種方式,手動控制又分為軟手動和硬手動,這里的手動主要指軟手動,是操作人員通過計算機監(jiān)控界面遠程控制生產(chǎn)工程,包括設(shè)備的啟停,參數(shù)給定,運行速度等;自動控制是指計算機根據(jù)檢測量和給定量等參數(shù),自動控制現(xiàn)場設(shè)備的運行。(2)工藝參數(shù)的顯示和統(tǒng)計磨機濃度由傳感器檢測,經(jīng)變速器變換為4～20mA的電流信號,送入PLC的模擬量輸入模塊,經(jīng)標度變換為實際的濃度數(shù)據(jù),進行存儲,并送上位機進行顯示和數(shù)據(jù)保存等。檢測的濃度和工藝設(shè)定的濃度進行比較,看是否滿足要求,若滿足要求,則不進行濃度調(diào)整。當(dāng)檢測的濃度大于設(shè)定的濃度,通過電磁閥控制磨機給水,降低磨機濃度,若濃度低于設(shè)定值,則通過控制給礦量適當(dāng)增加磨機濃度。4.2磨機監(jiān)控界面上位主機采用WindowsXP操作系統(tǒng),監(jiān)控組態(tài)軟件采用西門子WINCC監(jiān)控組態(tài)軟件進行設(shè)計,主要設(shè)計了主界面、磨機監(jiān)控界面、泵池監(jiān)控界面、旋流器監(jiān)控界面、數(shù)據(jù)查詢界面、趨勢界面、報警界面等。主要實現(xiàn)了工況、數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、報警的實時顯示,工藝參數(shù)的修改,報表的生成及打印,手動、自動控制的切換等功能。將上位工控機接入企業(yè)的局域網(wǎng),實現(xiàn)遠程監(jiān)控,通過一定的安全機制,防止無權(quán)限人員的隨意修改和數(shù)據(jù)的調(diào)整,保證系統(tǒng)運行的安全可靠。5基于plc的磨礦分級控制系統(tǒng)本系統(tǒng)針對磨礦分級生產(chǎn)的工藝和控制要求,利用PLC在工業(yè)控制應(yīng)用中的可靠性,上位機監(jiān)控界面