丹鳳縣宏巖礦業(yè)有限公司

磨礦分級(jí)自動(dòng)控制

系

統(tǒng)

技

術(shù)

方

案

設(shè)計(jì)單位:洛陽(yáng)政和礦業(yè)科技有限公司

地址:河南省洛陽(yáng)市

聯(lián)系電話：

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目錄

1、僦削哨。

1?itSrfmW4°

lo2蝴眄雌5。

1.3設(shè)計(jì)（改造）內(nèi)容...............................................5

2、設(shè)計(jì)（改造）功能8。

2.1生產(chǎn)工藝過(guò)程控制8°

2.2操8o

2.3計(jì)算機(jī)監(jiān)控...................................9

2。4禪9。

2O5報(bào)警系統(tǒng)10

3、控制系統(tǒng)方案11

3。1網(wǎng)絡(luò)蝌11o

3O匈13。

3.3覺(jué)雌與然?815o

3。4蝴鏘與系哪展15°

3.5系統(tǒng)控制原理16

3.6控制系統(tǒng)的檢測(cè)與控制210

3.7報(bào)警與順控22

3.8主材配置23o

3.9輟寺點(diǎn)24。

第2頁(yè)共39頁(yè)

3。lOBED^S：24o

4、系統(tǒng)造價(jià)25。

5、電氣說(shuō)明25。

6、項(xiàng)目＜S2。6

7、技術(shù)月艮務(wù)和售后服務(wù)26。

8、轆27。

第3頁(yè)共39頁(yè)

1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

1.1設(shè)計(jì)前言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,特殊是在中國(guó)加入世貿(mào)組織的今天,各企

業(yè)為了提高自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，使得企業(yè)可持續(xù)發(fā)展,特殊是在資

源性產(chǎn)業(yè)中，可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為戰(zhàn)略目標(biāo)，如何節(jié)能降耗已經(jīng)成為

企業(yè)發(fā)展的頭等大事；選礦行業(yè)作為資源性產(chǎn)業(yè)的重要組成部份，如

何挖掘設(shè)備潛能，降低能耗,已經(jīng)成為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的首要問(wèn)題；任

何資源型產(chǎn)業(yè)都面臨著一個(gè)問(wèn)題，那就是能源枯竭的問(wèn)題，如何合理

的使用這些有限的資源呢？亳無(wú)疑問(wèn)，通過(guò)各種手段提高設(shè)備生產(chǎn)效

率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本已是一種必然趨勢(shì)！

正是在這種趨勢(shì)下,選礦過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)運(yùn)而生，并在各種選礦行

、業(yè)中被廣泛應(yīng)用，特別是在鋼鐵、鋁選礦行業(yè)的廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化程

度達(dá)到了前所未有的高度。從原礦破碎、球磨、分級(jí)機(jī)、浮選到尾礦

處理，生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜,傳統(tǒng)控制以手動(dòng)操作為主,靠工人的實(shí)際經(jīng)

驗(yàn)調(diào)節(jié)，產(chǎn)品質(zhì)量的一致性較差，磨礦效率較低,金屬回收率也得不到

保障,精礦品位難以保證，自動(dòng)化程度較低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大。

在整個(gè)磨礦過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)之中，球磨機(jī)控制是該控制系

統(tǒng)的核心部份,而球磨機(jī)的控制核心是控制其磨礦濃度！由于球磨機(jī)

的排礦水與溢流濃度、球磨給礦量與返砂水、球磨填充率與磨礦濃度

之間存在離散不線性關(guān)系，這為自動(dòng)化控制增加難度。因此，我公司

針對(duì)此多參量控制系統(tǒng)，采用多變量串級(jí)控制系統(tǒng)或者自適應(yīng)含糊控

第4頁(yè)共39頁(yè)

制系統(tǒng)，在鍋爐行業(yè)、水處理配方算法、高精度定位控制等場(chǎng)合廣

泛應(yīng)

第4頁(yè)共39頁(yè)

用.

lo2設(shè)計(jì)（改造）依據(jù)

根據(jù)工藝特點(diǎn),本著為甲方節(jié)約成本，同時(shí)最大效能發(fā)揮自動(dòng)化

功能為目的，充分應(yīng)用現(xiàn)代控制理論、利用當(dāng)前掌握成熟的控制技術(shù)、

高智能檢測(cè)轉(zhuǎn)換技術(shù)、工控網(wǎng)絡(luò)技術(shù),結(jié)合選礦工藝技術(shù),有針對(duì)性對(duì)

整個(gè)選礦過(guò)程中的磨礦分級(jí)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。因?yàn)樵谡麄€(gè)選礦過(guò)

程工藝中,最能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化價(jià)值，最能創(chuàng)造效益的部份就是磨礦分級(jí)

部份，即有效的控制了投資成本，又最大化的發(fā)揮了自動(dòng)化的效能。

對(duì)整個(gè)工藝實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化控制、設(shè)備集中控制；以此對(duì)生產(chǎn)工

藝實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，最終取代人工控制,優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程控制,穩(wěn)定工藝性

能指標(biāo)，降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率，實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，降低工人勞動(dòng)

強(qiáng)度,改善工作環(huán)境；最終控制目的在保證最終精礦產(chǎn)品質(zhì)量的前提

下，充分挖掘設(shè)備潛能，提高球磨處理量，降低設(shè)備故障率，提高金屬

綜合收率，實(shí)現(xiàn)增效節(jié)能達(dá)到國(guó)內(nèi)以至世界率先水平！

1.3設(shè)計(jì)（改造）內(nèi)容

本著投資最小化，利潤(rùn)最大化的目的，選礦廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)

現(xiàn)的功能包括：

磨礦工藝過(guò)程:包括自動(dòng)給料、球磨自動(dòng)給水、濃度控制、自動(dòng)

加球控制等。

磨礦分級(jí)工藝過(guò)程:包括旋流器壓力、濃度控制；泵池液位控制

等.

第5頁(yè)共39頁(yè)

在整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中包括現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)部份、PLC控制單元部份、

上位機(jī)監(jiān)控及操作部份、軟件編程部份、網(wǎng)絡(luò)通訊部份等?？刂葡到y(tǒng)

包括兩部份功能:工藝流程順序控制功能和工藝過(guò)程控制功能.

.為確保生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，同時(shí)為確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的

運(yùn)行,本系統(tǒng)低壓元器件選用進(jìn)口品牌，如西門子、施耐德等。

布線美觀慷慨，散熱、標(biāo)識(shí)都已充分考慮。

.工控機(jī)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、響應(yīng)性、安全性。為安全生產(chǎn)保

駕護(hù)航。

.球磨機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示功能，以確保生產(chǎn)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，

把一切可能發(fā)生的故障扼殺在搖籃之中。

.整個(gè)系統(tǒng)具有硬手動(dòng)/自動(dòng)操作功能，以實(shí)現(xiàn)機(jī)旁手動(dòng)操作與

集中控制功能，同時(shí)上位機(jī)也能實(shí)現(xiàn)軟手動(dòng)和自動(dòng)控制，操作

人員可根據(jù)需要選擇啟停相應(yīng)的工藝設(shè)備，實(shí)現(xiàn)三級(jí)保護(hù)C

.上位機(jī)操作功能，在上位機(jī)中實(shí)時(shí)顯示整個(gè)工藝流程以及設(shè)備

運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)具備設(shè)備連鎖啟停、設(shè)備狀態(tài)報(bào)警等；自控室操

作人員只需要在計(jì)算機(jī)上輕點(diǎn)鼠標(biāo)即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的連鎖啟停，

如需調(diào)節(jié)參數(shù)值只需要輸入相應(yīng)的數(shù)值回車確認(rèn)即可，剩下所

有的工作就交給自動(dòng)控制系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)；而以往要啟停設(shè)備必須

要在現(xiàn)場(chǎng)才干實(shí)現(xiàn)，要調(diào)節(jié)水量或者礦量則更是麻煩，需要來(lái)

回的調(diào)節(jié)手動(dòng)閥門或者給礦漏斗礦量大??；而現(xiàn)在只需要輕輕

的點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)，輸入幾個(gè)數(shù)字!大大的降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度.

.球磨機(jī)的給礦量、給水量及加球量自動(dòng)可調(diào)。

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.球磨機(jī)溢流粒度均勻，濃度適合滿足工藝。

.通過(guò)球磨機(jī)的負(fù)荷大小、電機(jī)電流、磨音等參數(shù)的檢測(cè)，通過(guò)

自適應(yīng)含糊控制算法得出給礦量和入旋水量的給定，實(shí)現(xiàn)多變

量控制系統(tǒng),克服礦石品位差異、不確定擾動(dòng)因素，讓球磨機(jī)

的磨礦效率達(dá)到最佳狀態(tài)。

.旋流器給礦壓力，濃度及泵池液位的檢測(cè)與自動(dòng)調(diào)節(jié)。

2、設(shè)計(jì)功能

2o1生產(chǎn)工藝過(guò)程控制

磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制，包括給料機(jī)智能切換，給礦量自動(dòng)控制，

加球機(jī)自動(dòng)加球控制，球磨機(jī)磨音頻譜檢測(cè)，球磨機(jī)功率檢測(cè)，球磨

機(jī)含糊控制，返砂水檢測(cè)與控制；旋流器給礦壓力、濃度及泵池液位

第7頁(yè)共39頁(yè)

等。實(shí)現(xiàn)智能給水、給礦及磨機(jī)工況的自動(dòng)分析、故障判斷、歷史資

料歸檔、事故報(bào)警、故障保護(hù)等.

2.2操作方式

2.2o1手動(dòng)/自動(dòng)操作

該功能獨(dú)立于控制系統(tǒng)之外，手動(dòng)操作部份滿足了各工

藝設(shè)備的基本運(yùn)行需要。在電氣部份的操作臺(tái)上，操作人員可

根據(jù)需要選擇本地或者遠(yuǎn)程兩種方式啟停相應(yīng)的工藝設(shè)備，

當(dāng)選擇“本地”方式時(shí)，即實(shí)現(xiàn)機(jī)旁手動(dòng)操作功能.

2c2c2軟手動(dòng)操作

設(shè)備控制級(jí)把邏輯控制如相關(guān)設(shè)備啟停、連鎖、設(shè)備狀態(tài)

報(bào)警等功能集中在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，操作人員（有操作權(quán)限）只需

在計(jì)算機(jī)上用鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)操作按鈕，選擇相應(yīng)的設(shè)備，就可

以完成設(shè)備啟停。

2.2o3計(jì)算機(jī)自動(dòng)操作

開(kāi)車時(shí)，操作人員（有操作權(quán)限）只需在計(jì)算機(jī)上用鼠標(biāo)

點(diǎn)擊開(kāi)車按鈕，自控系統(tǒng)將會(huì)按照工藝流程的要求，逆工藝流

程方向順序自動(dòng)啟動(dòng)設(shè)備.停車時(shí)，操作人員（有操作權(quán)限）只

需在計(jì)算機(jī)上用鼠標(biāo)點(diǎn)擊停車按鈕，自控系統(tǒng)將會(huì)順著工藝

流程自動(dòng)停車。

2o3計(jì)算機(jī)監(jiān)控

整個(gè)控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，通過(guò)Pro

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fibus總線和工業(yè)以太網(wǎng)把遠(yuǎn)程I/O站與工藝過(guò)程監(jiān)控系

統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，自動(dòng)化系統(tǒng)接受上位機(jī)的各種指令,并把過(guò)程參

數(shù)、設(shè)備狀態(tài)傳送給上位機(jī).

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了如下功能：

.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作狀態(tài)顯示

.遠(yuǎn)程啟停設(shè)備

.工藝參數(shù)趨勢(shì)曲線、歷史數(shù)據(jù)歸檔

.事故記錄、報(bào)警、數(shù)據(jù)報(bào)表

.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀表遠(yuǎn)程控制

.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程維護(hù)

.產(chǎn)量實(shí)時(shí)顯示、歷史記錄查詢

.工藝流程運(yùn)行狀態(tài)分析

2.4數(shù)據(jù)報(bào)表系統(tǒng)

對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類歸檔管理和統(tǒng)計(jì)，并統(tǒng)計(jì)班鋼球

消耗、磨礦量統(tǒng)計(jì)以及月累計(jì)量；同時(shí)具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，以便查詢。

2.5報(bào)警系統(tǒng)

對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的水路異常、礦量異常、壓力異常實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)聲光

報(bào)警并做出相應(yīng)的保護(hù)處理，以此更大限度的保證整個(gè)生產(chǎn)流程的可

靠穩(wěn)定運(yùn)行.

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3、控制系統(tǒng)方案

3.1網(wǎng)絡(luò)選擇

根據(jù)選礦廠控制要求，本方案最終采用了西門子的S7-300系

統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)I/O站之間使用Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線通訊,CPU與上位機(jī)采用

傳輸速率更快更可靠的工業(yè)以太網(wǎng)。

工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)：普通而言，企業(yè)的通信網(wǎng)絡(luò)可分為三

級(jí)，企業(yè)級(jí)、車間級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。如下圖所示：

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企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信企業(yè)級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)用于企業(yè)的上層管理，為企業(yè)提

供生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理等數(shù)據(jù)，通過(guò)信息化的方式優(yōu)化企業(yè)的資源，提

高企業(yè)的管理水平。

車間級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)車間級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)介于企業(yè)級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)之間，它的

主要任務(wù)是解決車間內(nèi)各需要協(xié)調(diào)工作的不同工藝段之間的通信，從

通信需求角度來(lái)看，要求通信網(wǎng)絡(luò)能夠告訴傳遞大量信息數(shù)據(jù)和少量

控制數(shù)據(jù)，同時(shí)具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性.

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)處于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最底層,直

接連接現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備，包括I/。設(shè)備，傳感器、變送器、變頻與驅(qū)

動(dòng)等裝置，由于連接的設(shè)備千變?nèi)f化,因此所使用的通信方式也比較

復(fù)雜。而且，由于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)直接連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)上傳遞的主

要是控制信號(hào)，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和確定性有很高的要求。

因此在本設(shè)計(jì)中，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)，采用Profibus網(wǎng)絡(luò)解

決方案,工廠級(jí)采用以太網(wǎng)通信，以此確保生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定可靠。

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在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)中，Profibus總線技術(shù)不僅可擴(kuò)展性高、響

應(yīng)快、可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)以及傳輸速度較快,最高達(dá)12M,而且可

選用設(shè)備多、價(jià)格非常合理。同時(shí)具備網(wǎng)絡(luò)故障診斷功能，為網(wǎng)絡(luò)維

護(hù)提供重要診斷數(shù)據(jù)，保證了網(wǎng)絡(luò)的迅速恢復(fù)能力。它從網(wǎng)絡(luò)通訊中

斷到恢復(fù)通信只需要小于0.3秒的時(shí)間，它豐富的軟、硬件資源使得

系統(tǒng)開(kāi)辟速度快、效率高。因此其具有很高的使用價(jià)值，至今仍為自

動(dòng)化控制領(lǐng)域類不可或者缺的總線控制方式.

工業(yè)以太網(wǎng)重要性能

為了應(yīng)用于嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境，確保工業(yè)應(yīng)用的安全可靠,SIMATIC

NET為以太網(wǎng)技術(shù)補(bǔ)充了不少重要的性能：4?工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)

上與IEEE802o3/802。3u兼容，使用ISO和TCP/IP通訊協(xié)

議10/100?刈自適應(yīng)傳輸速率

?冗余24VDC供電

?簡(jiǎn)單的機(jī)柜導(dǎo)軌安裝A?方便的構(gòu)成星型、線型和環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)

構(gòu)④?高速冗余的安全網(wǎng)絡(luò)，最大網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)間為0。3秒a?用

于嚴(yán)酷環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)元件，通過(guò)EMC測(cè)試

?通過(guò)帶有RJ45技術(shù)、工業(yè)級(jí)的Sub—D連接技術(shù)和安裝專用屏

蔽電纜的FastConnect連接技術(shù)，確?，F(xiàn)場(chǎng)電纜安裝工作的快速

進(jìn)行4?簡(jiǎn)單高效的信號(hào)裝置不斷地監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)元件

?符合SNMP（簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）

?可使用基于web的網(wǎng)絡(luò)管理

?使用VB/VC或者組態(tài)軟件即可監(jiān)控管理網(wǎng)絡(luò)

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為滿足選礦廠的生產(chǎn)管理和生產(chǎn)工藝要求，在設(shè)計(jì)之中，在現(xiàn)場(chǎng)

級(jí)與車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信中使用通訊速率更高、更可靠、更適合惡劣環(huán)境

的工業(yè)以太網(wǎng)通迅！

3.2控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本次自動(dòng)控制系統(tǒng)使用西門子的控制系統(tǒng)S7-300,網(wǎng)絡(luò)采用

了三層結(jié)構(gòu)，包括信息管理層、集中控制層、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制層.

★信息層

該層采用數(shù)據(jù)服務(wù)器、中央交換機(jī)和通訊介質(zhì)組成,上端連接工

控主機(jī)，下端連接可編程控制器(PLC),以此構(gòu)成信息控制單元，在

PLC根上位機(jī)之間用管線連接，交換機(jī)與工控主機(jī)之間用五類雙絞線

連接，組成信息通訊層網(wǎng)絡(luò)。

在信息層的信息監(jiān)控主機(jī)實(shí)時(shí)在線現(xiàn)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，包括

設(shè)備是否運(yùn)行以及檢測(cè)儀表數(shù)據(jù)顯示，操作員并可在上位機(jī)實(shí)施設(shè)備

控制根參數(shù)調(diào)整，以使整個(gè)工藝系統(tǒng)參數(shù)最優(yōu)化，達(dá)到控制目的。在上

位機(jī)種設(shè)工程師站、操作員站、數(shù)據(jù)服務(wù)器站，所有的控制以及參數(shù)

修改均在操作員站進(jìn)行。數(shù)據(jù)服務(wù)器是為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供的，它可對(duì)過(guò)

去一段時(shí)間的生產(chǎn)狀況進(jìn)行查詢，以便修改相應(yīng)參數(shù)使自控更加完

善，也為設(shè)備故障提供查詢；工程師站專門為工程技術(shù)人員提供，主

要由工程師編寫控制程序，組態(tài)畫面作用.

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集中控制層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制層

集中控制層為整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心部份，采用先進(jìn)的容錯(cuò)

系統(tǒng)，整個(gè)控制系統(tǒng)分為:破碎順序控制系統(tǒng)、磨礦分級(jí)控制系統(tǒng)兩

部份，每一個(gè)系統(tǒng)之間獨(dú)立工作，信息可互換。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制層采用抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率高的

Profibus總線控制系統(tǒng)，并使用硬件冗余，以確保通訊及設(shè)備的安

全可靠運(yùn)行。并實(shí)現(xiàn)冗余CPU與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換，達(dá)到控制目的。

3.3組態(tài)監(jiān)控畫面與參數(shù)設(shè)置

組態(tài)監(jiān)控畫面是在上位計(jì)算機(jī)顯示設(shè)備上顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀

況以及部份實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)的.設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)多以動(dòng)態(tài)方式直觀的顯

示出來(lái),數(shù)據(jù)檢測(cè)見(jiàn)以相對(duì)應(yīng)的數(shù)字或者棒圖直觀的顯示出來(lái)。

在組態(tài)控制畫面中，不僅可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的現(xiàn)實(shí),而且可

以進(jìn)行參數(shù)的修改。因此，組態(tài)監(jiān)控畫面可分為兩個(gè)部份，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備

控制部份和遠(yuǎn)程顯示部份,控制部份包括設(shè)備連鎖啟停，工藝參數(shù)調(diào)

整，顯示部份為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)檢測(cè).具有操作權(quán)限的操作員可對(duì)

其進(jìn)行操作，以此指導(dǎo)牛產(chǎn).

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3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與系統(tǒng)擴(kuò)展

為了方便數(shù)據(jù)庫(kù)管理和指導(dǎo)生產(chǎn),系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了存儲(chǔ);為系

統(tǒng)查詢和統(tǒng)計(jì)提供歷史數(shù)據(jù)，為故障判斷提供相應(yīng)的依據(jù)，同時(shí)亦可

作為控制經(jīng)驗(yàn)總結(jié)所用，以此來(lái)優(yōu)化控制參數(shù)，達(dá)到更好的控制效果。

在系統(tǒng)擴(kuò)張方面，為今后系統(tǒng)升級(jí)，設(shè)備升級(jí)留有擴(kuò)張接口，與

Profibus總線的可擴(kuò)展性相結(jié)合，為今后系統(tǒng)升級(jí)換代提供了可靠

保障,比如增加智能磯電、智能開(kāi)關(guān)、傳感器等;同時(shí)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)的

工業(yè)以太網(wǎng)為今后實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程WEB訪問(wèn)留有借口。

3.5系統(tǒng)控制原理

本控制系統(tǒng)本著安全可靠、穩(wěn)定、操作方便的原則，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程

中的關(guān)鍵設(shè)備實(shí)現(xiàn)集中控制,并對(duì)對(duì)磨礦分級(jí)實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制,在整個(gè)

控制系統(tǒng)中，采用多變量串級(jí)控制系統(tǒng)或者自適應(yīng)含糊控制系統(tǒng),同

時(shí)引入滯后函數(shù)調(diào)節(jié)整個(gè)過(guò)程控制過(guò)程,確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行.

在磨礦閉環(huán)控制系統(tǒng)中，通過(guò)檢測(cè)磨機(jī)音頻、功率來(lái)綜合判斷球磨負(fù)

荷，以此實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)的自動(dòng)給礦，給水。

磨礦閉環(huán)控制

磨礦是整個(gè)磨選工藝流程的入口，其控制效果的好壞直接影響后

續(xù)工序的作業(yè)指標(biāo)甚至最終產(chǎn)品的質(zhì)量。由于我國(guó)選礦行業(yè)在綜合配

礦方面大都沒(méi)有較好的措施，所以造成入磨礦石性質(zhì)變化頻繁,這樣

就給磨礦分級(jí)環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制帶來(lái)很大難度，況且影響這一環(huán)節(jié)的因

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素特殊多（磨機(jī)襯板狀況、鋼球充填率、旋流器分級(jí)效率等），所以這

一環(huán)節(jié)成為了一種時(shí)變的非線性的復(fù)雜系統(tǒng)。對(duì)于這種復(fù)雜系統(tǒng),工

程技術(shù)人員提出了各種各樣的控制模型,其中最常用的就是音頻或

者磨機(jī)功率單因素檢測(cè)、階梯值給礦這一簡(jiǎn)單的控制方法.固然這

種方法對(duì)于單一性質(zhì)的礦石確實(shí)很有效果，但礦石性質(zhì)變化時(shí)，由

于它考慮的因素比較少，很容易造成失控。例如當(dāng)?shù)V石變得難磨時(shí),

必然會(huì)導(dǎo)致分級(jí)設(shè)備的循環(huán)負(fù)荷增大,而在一定的時(shí)間內(nèi)單純使用

電耳或者磨機(jī)功率就不能正確反映出礦石性質(zhì)的這種變化,這時(shí)系

統(tǒng)不做任何調(diào)整就很容易造成磨機(jī)“漲肚〃或者磨機(jī)與分級(jí)設(shè)備之

間的惡性循環(huán)，導(dǎo)致臺(tái)時(shí)下降、分級(jí)設(shè)備溢流粒度不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致

后續(xù)工序失衡。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的探討和磨礦分級(jí)現(xiàn)場(chǎng)控制經(jīng)驗(yàn)的積累，我們摸索到了

一種適合這一環(huán)節(jié)的有效的控制方法:含糊控制。

含糊控制在磨礦分級(jí)閉環(huán)控制中的應(yīng)用

由于球磨機(jī)磨礦過(guò)程的復(fù)雜性和參數(shù)的時(shí)變性及大滯后特性，無(wú)

法定量地判斷磨機(jī)的工作狀態(tài)和礦石的性質(zhì)，只能定性地或者趨勢(shì)性

地判斷，這種判斷是無(wú)法實(shí)現(xiàn)磨機(jī)的精確控制的.因此，為了實(shí)現(xiàn)磨

機(jī)的精確控制，必須將磨機(jī)的性能，磨礦系統(tǒng)的工藝過(guò)程，礦石性

質(zhì)的變化等諸多因素與生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，建立含糊控制規(guī)則，進(jìn)

行含糊推理.，得出含糊推理結(jié)果，反含糊化，與各控制對(duì)象的P1D控

制相結(jié)合，組成Fuzzy+PID的控制策略，從而實(shí)現(xiàn)磨機(jī)的精

確控制.控制的目的是穩(wěn)定磨機(jī)生產(chǎn)過(guò)程，提高磨機(jī)的處理量，穩(wěn)定

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旋流器溢流粒度，為下一工序作業(yè)提供有利的條件。目前，國(guó)內(nèi)外

許多單位都對(duì)球

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磨機(jī)自動(dòng)控制進(jìn)行了針對(duì)性的研究，并大多采用數(shù)字PTD的控制方

案參預(yù)磨礦分級(jí)過(guò)程的控制，而磨礦分級(jí)過(guò)程是一個(gè)參數(shù)非線性和時(shí)

變的復(fù)雜系統(tǒng)，采用單純的PID遇到磨機(jī)工況不穩(wěn)定時(shí)，常浮現(xiàn)磨機(jī)

“漲肚”及給礦異常等非正?，F(xiàn)象，嚴(yán)重影響了球磨機(jī)的正常工作，

并有可能造成設(shè)備的損壞。

同時(shí)國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)磨礦分級(jí)過(guò)程建立了不同的數(shù)學(xué)模型，因

為多以機(jī)理分析為主，建模過(guò)程相當(dāng)繁瑣，計(jì)算量相當(dāng)大，難以應(yīng)用

于實(shí)時(shí)過(guò)程控制.因此我們通過(guò)工藝分析，結(jié)合實(shí)際測(cè)試，優(yōu)化原有的

復(fù)雜模型，引入含糊控制理論，選用含糊控制和P1D控制相結(jié)合的方

法這樣既可保持PID控制的無(wú)靜差、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，又具有含糊

控制對(duì)參數(shù)的適應(yīng)性和調(diào)節(jié)速度快的特點(diǎn)。

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，反映磨礦分級(jí)狀況的參數(shù)不少.其中主要包括：

磨機(jī)聲音、磨機(jī)功率。在控制實(shí)施過(guò)程中，這些參數(shù)作為磨機(jī)含糊控

制器的輸入,而含糊控制器的最后輸出是磨機(jī)給礦量、排礦水及給礦

水。這些輸出值經(jīng)限幅處理后作為PID控制器的輸入，PID控制器

的輸出指導(dǎo)系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)這種控制方法得到的控

制量是一個(gè)連續(xù)量。對(duì)于磨機(jī)給礦過(guò)程來(lái)說(shuō),這種控制方式實(shí)現(xiàn)了“給

礦一磨機(jī)狀態(tài)分析一給礦”這樣一種連續(xù)控制。系統(tǒng)每時(shí)每刻都在分

析磨機(jī)的工作狀態(tài)，并根據(jù)分析得到的結(jié)果實(shí)時(shí)給出控制方案。

磨機(jī)給礦含糊控制的實(shí)現(xiàn)

磨機(jī)給礦含糊控制中，我們選擇了其中的2個(gè)主要參數(shù)：磨機(jī)

聲音、磨機(jī)功率作為含糊控制器的輸入，這些參數(shù)時(shí)刻都在發(fā)生變化，

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而這2個(gè)主要參數(shù)的變化也恰恰反映出了磨機(jī)當(dāng)前的工作狀況。含糊

控制器根據(jù)這2個(gè)主要參數(shù)的變化或者變化趨勢(shì)進(jìn)行含糊判定，對(duì)應(yīng)

每一種變化趨勢(shì)，含糊控制器都會(huì)給出一特定的給礦原則，然后P1D

控制器會(huì)根據(jù)這一給礦原則調(diào)整給料機(jī)，以達(dá)到精確給礦的目的，避

免了單因素檢測(cè)造成的誤判斷的弊端.磨礦分級(jí)控制是一個(gè)閉環(huán)控制

系統(tǒng)，不需人工參預(yù)。所以系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)應(yīng)盡量避免人為干擾，以免影

響控制系統(tǒng)的自平衡、自適應(yīng)過(guò)程。

磨礦濃度的控制

磨礦濃度的大小影響礦漿的比重、礦粒在鋼球周圍的粘著程度和

礦漿的流動(dòng)性，直接影響到排礦合格粒度的比率，對(duì)避免礦石的過(guò)粉

碎，提高選別指標(biāo)至關(guān)重要。對(duì)具體的磨礦分級(jí)過(guò)程來(lái)說(shuō)，磨礦濃度

有一個(gè)最佳范圍，磨礦濃度過(guò)高或者過(guò)低都不利于磨礦效果,最佳磨

礦濃度可以由磨礦分級(jí)過(guò)程的工藝指標(biāo)分析得到。這個(gè)指標(biāo)要想通

過(guò)人工操作來(lái)達(dá)到是很難的，因此，穩(wěn)定磨礦濃度對(duì)于提高球磨機(jī)

的臺(tái)時(shí)處理能力、保證溢流粒度是極其必要的.

閉路磨礦條件下，磨機(jī)給礦是由新給礦和返砂量組成的，要控制

磨礦濃度,就必須控制返砂水水量。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐,在給礦及分級(jí)溢流

粒度穩(wěn)定的情況下,返砂量的波動(dòng)不大，因此，只要根據(jù)本廠的原礦

粒度及礦石特性，標(biāo)定出正常的返砂比，即可由給礦量的多少及返砂

比，按磨礦濃度的要求計(jì)算出所需的返砂水量.經(jīng)過(guò)計(jì)算得到的返砂

水量即是返砂水在一定條件下的返砂水設(shè)定值.而此時(shí)的最佳磨礦濃

度值可以由音頻、磨機(jī)功率及礦石性質(zhì)分析經(jīng)過(guò)含糊控制算法得到，

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這樣將返砂水設(shè)定值與含糊控制器的輸出比較，再經(jīng)過(guò)P1D整定輸

出至返砂水電動(dòng)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)返砂水量，以達(dá)到控制磨礦濃度的目的。

旋流器控制

旋流器控制的主要目的是保證其溢流粒度、沉砂濃度及其處理

量.影響旋流器工作的因素包括結(jié)構(gòu)參數(shù)、操作條件和礦石性質(zhì)等.在

結(jié)構(gòu)參數(shù)固定及礦石性質(zhì)不可控的情況下，給礦壓力和給礦濃度直接

影響旋流器的工作狀態(tài)。

當(dāng)旋流器壓力一定時(shí)，給礦濃度對(duì)溢流粒度及分級(jí)效率有重要影

響。給礦濃度高,礦漿濃度大、含泥量高時(shí)，礦漿粘度和密度將增大，

礦粒在旋流器中運(yùn)行的阻力增大，而使分離粒度變粗，分級(jí)效率亦將

降低。反之，當(dāng)給礦濃度低時(shí)，阻力變小,分離粒度變細(xì),分級(jí)效率高。

所以對(duì)于給礦濃度的控制非常關(guān)鍵。我們選用濃度計(jì)實(shí)時(shí)檢測(cè)給礦濃

度的變化情況,通過(guò)調(diào)節(jié)旋流器礦漿池的補(bǔ)加水來(lái)控制給礦濃度，從

而保證了旋流器的分級(jí)效率。

給礦壓力是旋流器中礦漿產(chǎn)生速度的原因，入口壓力大小直接影

響旋流器的處理量和分級(jí)粒度。當(dāng)壓力增大時(shí)，可以提高分級(jí)效率，

但是這將增加動(dòng)力消耗和設(shè)備磨損，所以利用增大壓力來(lái)提高分級(jí)效

率是不經(jīng)濟(jì)的。但在必要的情況下，也可以通過(guò)穩(wěn)定濃度適當(dāng)調(diào)節(jié)旋

流器給礦壓力來(lái)提高旋流器的分級(jí)效率。

旋流器沉砂濃度的大小直接影響到磨機(jī)處理量，合理地控制旋流

器的沉砂濃度是旋流器、磨機(jī)、礦漿物流量平衡的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，當(dāng)

濃度一定時(shí)，通過(guò)在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)旋流器給礦壓力，使旋流器的沉

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砂濃度保證在工藝要求范圍內(nèi)。否則就會(huì)浮現(xiàn)磨礦分級(jí)過(guò)程“死循環(huán)

〃的現(xiàn)象。從這個(gè)意義上講,旋流器的控制又必須將旋流器沉砂濃度的

控制作為旋流器控制的重點(diǎn)之一.

為穩(wěn)定生產(chǎn)指標(biāo),提高設(shè)備效率，較低設(shè)備能耗,控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)

時(shí)采用濃度監(jiān)測(cè)來(lái)反映粒度，因?yàn)槠胀ㄇ闆r下，濃度大粒度大，濃度

小粒度小，同時(shí)由于粒度在整個(gè)工藝控制過(guò)程中至關(guān)重要，因此其信

號(hào)直接參預(yù)控制，當(dāng)其檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)對(duì)分級(jí)旋流器

的給礦濃度和給礦壓力作出及時(shí)的調(diào)整。

3.6控制系統(tǒng)的檢測(cè)與控制

檢測(cè)內(nèi)容包括：

球磨給礦量檢測(cè)

球磨給礦水檢測(cè)

旋流器給礦水檢測(cè)

磨機(jī)聲音檢測(cè)

磨機(jī)功率檢測(cè)

磨機(jī)電流檢測(cè)（低壓380V）

旋流器給礦泵池液位檢測(cè)

旋流器給礦泵池補(bǔ)加水檢測(cè)

旋流器給礦濃度監(jiān)測(cè)

旋流器給礦壓力監(jiān)測(cè)

控制內(nèi)容包括:

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破碎篩分生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)歸檔與查詢

磨礦工藝連鎖控制

球磨變頻給礦控制

球磨機(jī)加球控制

球磨給水量控制

磨機(jī)磨礦濃度控制

旋流器溢流濃度控制

旋流器給礦濃度控制

旋流器給礦壓力控制

旋流器沉砂濃度控制

旋流器給礦泵池液位控制

旋流器給礦變頻控制

3o7報(bào)警與順控

水路異常報(bào)警

在正?？刂浦?，給礦水與排礦水將由程序自動(dòng)計(jì)算出一個(gè)值，

并控制電動(dòng)閥門開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)水的控制，當(dāng)浮現(xiàn)水不受控的時(shí)候，即實(shí)

際反饋回來(lái)的檢測(cè)值與控制輸出值偏差較大時(shí),系統(tǒng)發(fā)出水路異常報(bào)

警通知現(xiàn)場(chǎng)崗位工，以便做出相應(yīng)的處理。故障排除后報(bào)警自動(dòng)消除.

礦量異常報(bào)警

在正常控制中，細(xì)碎機(jī)、球磨給礦量由程序自動(dòng)計(jì)算出一個(gè)值,

通過(guò)控制給料皮帶的轉(zhuǎn)速（來(lái)實(shí)現(xiàn)礦量的控制，當(dāng)浮現(xiàn)給礦量不受控

的時(shí)候,即實(shí)際反饋回來(lái)的礦量檢測(cè)值與挖制輸出值偏差較大時(shí)，系

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統(tǒng)發(fā)出礦量異常報(bào)警通知現(xiàn)場(chǎng)崗位工，以便做出相應(yīng)的處理。故障排

除后報(bào)警自動(dòng)消除。

工藝連鎖自動(dòng)控制

工藝連鎖控制為磨礦分級(jí)工藝連鎖自動(dòng)控制。

在磨礦分級(jí)工藝連鎖控制生產(chǎn)流程中，磨機(jī)的給礦需與磨礦分級(jí)

運(yùn)行狀況進(jìn)行連鎖控制?？刂葡到y(tǒng)對(duì)球磨所有給礦皮帶和給料機(jī)均按

照工藝要求進(jìn)行連鎖控制，防止物料在傳送過(guò)程中由于設(shè)備故障而造

成物料堆積,對(duì)給料皮帶、給料機(jī)和球磨、分級(jí)等設(shè)備實(shí)施設(shè)備運(yùn)行

檢測(cè)、啟?？刂?、開(kāi)車?guó)Q鈴和連鎖保護(hù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的集中監(jiān)視和

集中管理。在給料集中控制中，也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的要求采用自動(dòng)、手

動(dòng)和軟手動(dòng)三種控制方式。這樣非但便于生產(chǎn)，還能大大降低勞動(dòng)強(qiáng)

度,提高生產(chǎn)安全系數(shù)。

3.8、主材配置

為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)

系統(tǒng)可靠性做了非常詳細(xì)的設(shè)計(jì)，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)濕度大、溫差大、干擾

多、振動(dòng)強(qiáng)的特點(diǎn)。因此在設(shè)備選型上，我們選擇經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期檢驗(yàn)證明

性能穩(wěn)定可靠的設(shè)目以此來(lái)適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境，保證系統(tǒng)安全可

、一Z-

年塔彳JO

在下位機(jī)控制單元，我們采用德國(guó)西門子的S7-300系統(tǒng)，并留

有可擴(kuò)展接口，包括新增加I/O站接口，或者一些智能檢測(cè)設(shè)備，控制

設(shè)備等，如變頻器等.

上位工控主機(jī)采用西門子高端工控計(jì)算機(jī)，使得整個(gè)系統(tǒng)更安全

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可靠，更高效率的運(yùn)行。

其他主要控制設(shè)備。檢測(cè)儀表均采用世界上先進(jìn)的儀表，料位、

液位計(jì)均采用德國(guó)E+H的，電動(dòng)閥、流量計(jì)采用合資的,通過(guò)在以往別

的現(xiàn)場(chǎng)的使用經(jīng)驗(yàn)顯示，這些設(shè)備都能夠很好的適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境,

長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的運(yùn)行,而且性價(jià)比高,這也為中天集團(tuán)節(jié)約初期投資。

3o9、系統(tǒng)特點(diǎn)

本控制系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是充分挖掘設(shè)備潛能，最大化提高設(shè)備

效率,優(yōu)化整個(gè)工藝參數(shù)，使得各個(gè)工藝工序間充分協(xié)調(diào)工作，保證

最終產(chǎn)品質(zhì)量，提高金屬綜合收率。

系統(tǒng)在考慮提高設(shè)備處理能力的同時(shí)保證了系統(tǒng)可靠性，設(shè)備易

于使用與維護(hù)，同時(shí)本系統(tǒng)采用先進(jìn)的控制方法與過(guò)程控制系統(tǒng)，以

達(dá)到生產(chǎn)工藝技術(shù)要求。在抗干擾方面系統(tǒng)有獨(dú)立的干擾接地，以確

保設(shè)備和人身安全。

在使用本控制系統(tǒng)后，直接經(jīng)濟(jì)效益突出，在附錄中進(jìn)行了詳細(xì)

的可行性分析報(bào)告。

3.工周期:

施工周期：70天具體安排如下：公司派出1-2名資深系統(tǒng)集

成工程師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)安裝，約7-8天，系統(tǒng)空車調(diào)試約2天，試載調(diào)試正

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常運(yùn)行約15天。

4、系統(tǒng)造價(jià)

見(jiàn)商務(wù)標(biāo)書

5、電氣說(shuō)明

系統(tǒng)為ProfibusDP網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)安裝要滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)布線標(biāo)

準(zhǔn)。

PLC的I/O點(diǎn)均留有10%的備用。

所采用的低壓電器需要3C認(rèn)證的產(chǎn)品都有3c認(rèn)證標(biāo)志,不需要

3c認(rèn)證的電器產(chǎn)品都符合各自的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

控制設(shè)備中需要接地的電器元件均會(huì)通過(guò)導(dǎo)電性能良好并且有

足夠截面積的金屬導(dǎo)體與接地線堅(jiān)固連接，柜體與器件的金屬安裝面

密切結(jié)合,并且與接地線堅(jiān)固連接，保證無(wú)論在正?；蛘吖收蠗l件下