李點(diǎn)根

(南京鋼鐵集團(tuán)冶山礦業(yè)有限公司,江蘇南京 211523)

選礦廠磨礦電氣控制系統(tǒng)分析及解決措施

李點(diǎn)根

(南京鋼鐵集團(tuán)冶山礦業(yè)有限公司,江蘇南京 211523)

磨礦分級是選礦廠工藝中重要環(huán)節(jié),對選礦生產(chǎn)降低生產(chǎn)運(yùn)行成本意義重大。文章對某礦業(yè)公司選礦廠磨礦分級電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析,并提出相應(yīng)的完善措施,為礦山選礦企業(yè)科學(xué)的經(jīng)營管理提供參考。

選礦廠 電氣控制系統(tǒng) 磨礦分級

隨著國家加大對礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用，安全生產(chǎn)、機(jī)械化工藝正在逐步的發(fā)展壯大，礦山自動化系統(tǒng)逐步運(yùn)用，大大的加快了礦產(chǎn)資源的利用，使得礦業(yè)經(jīng)濟(jì)得到進(jìn)一步發(fā)展。作為礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的一部分，電氣自動化控制系統(tǒng)在其中占據(jù)了很重要的位置，對提高選礦效率與礦藏開采的質(zhì)量和效益影響深遠(yuǎn)，因此對磨礦生產(chǎn)系列電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行研究意義重大。

圖1 磨礦分級工藝圖

圖2 磨浮磨礦分級控制的控制網(wǎng)絡(luò)

圖3 恒定給礦控制圖

1 磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)分析

1.1 磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)

某礦業(yè)公司磨浮的十個系列球磨機(jī)的分級自動化控制系統(tǒng)，是采用德國西門子S7-300可編程控制器作為主控制機(jī)，在現(xiàn)有的磨礦分級生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)上配置相應(yīng)的檢測儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及控制設(shè)備，組成適用的磨礦分級生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，克服生產(chǎn)過程中對工藝流程的各種干擾，穩(wěn)定磨礦分級生產(chǎn)過程，把主要的生產(chǎn)指標(biāo)控制在工藝要求的范圍內(nèi)，提供更為先進(jìn)和方便的操作方式來調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程的參數(shù)，提高生產(chǎn)操作的靈活性，從而有利于生產(chǎn)指標(biāo)的提高。

1.2 磨礦分級自動控制系統(tǒng)工藝流程

選礦生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)是磨礦分級，控制好磨礦過程能夠使能耗降低、最終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量提高。磨礦過程的目標(biāo)是通過改變給水量和給礦量，使磨機(jī)的臺時產(chǎn)量達(dá)到最優(yōu)，并且使分級的濃度和溢流粒度滿足要求。在磨礦分級過程中，給礦量、原礦的性質(zhì)、磨機(jī)的排礦量、分級機(jī)的返砂量、返砂水量、磨機(jī)的轉(zhuǎn)速、介質(zhì)充填率、礦石充填率、襯板狀況及球荷比等可以影響磨機(jī)的產(chǎn)量以及分級機(jī)溢流濃度和粒度。由于上述各種因素的多變性和隨機(jī)性增加了磨礦分級過程的控制難度。外部條件有原礦性質(zhì)、磨機(jī)的轉(zhuǎn)速、球荷情況及襯板狀況，對于這些因素，只能遵守客觀事實(shí)，自動控制系統(tǒng)無法調(diào)節(jié)?？墒?，如果完全排除上述情況來實(shí)施控制，顯然是不可行的。由于原礦性質(zhì)隨時都有變化的可能，任何變化都會導(dǎo)致破壞系統(tǒng)平衡狀態(tài)。所以能夠自動分析原礦性質(zhì)的變化，并作出相應(yīng)調(diào)整是控制系統(tǒng)必須具備的一個功能。圖1是磨礦分級工藝圖。

1.3 磨礦分級控制系統(tǒng)系統(tǒng)硬件組成

(1)工作站。有兩個工程師站用于整個系統(tǒng)的控制軟件的組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置。硬件配置為研華工業(yè)級計算機(jī)加裝CP5611-MPI PCI卡、PCL-745卡和以太網(wǎng)卡。

(2)操作員站。整個系統(tǒng)有十三個操作員站，其中在中控室有三個由研華工業(yè)級計算機(jī)加裝CP5611-MPI PCI卡和以太網(wǎng)卡的站點(diǎn)，在現(xiàn)場有十個球磨操作站，采用德國西門子OP-270操作板，為現(xiàn)場操作工分別提供了較為詳細(xì)的與控制系統(tǒng)有關(guān)的工況流程畫面、操作參數(shù)調(diào)整畫面、控制參數(shù)設(shè)置畫面、系統(tǒng)異常報警畫面以及相關(guān)生產(chǎn)指標(biāo)數(shù)據(jù)表等。

(3)現(xiàn)場PLC站。現(xiàn)場PLC站由多種型號的PLC組成，其中控制室內(nèi)的1#球磨機(jī)分級控制、2#～6#球磨機(jī)分級控制、7#～10#分級控制三臺S7-300PLC系統(tǒng)是磨礦分級控制系統(tǒng)的核心，另在控制室還有一臺S7-300PLC作為整個系統(tǒng)的監(jiān)控站，球磨機(jī)操作現(xiàn)場有十臺三菱FX2N系列PLC為系統(tǒng)提供每臺球磨機(jī)潤滑系統(tǒng)的工作狀態(tài)。十臺球磨機(jī)的給礦分別在三個電磁站由三臺PLC控制，一號電磁站和三號電磁站安裝S7-300PLC控制，二號電磁站安裝歐姆龍C200H PLC控制。

1.4 磨礦分級控制系統(tǒng)系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)

磨浮工段磨礦控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)整體布局按功能大致可以分為以下層次：操作監(jiān)控計算機(jī)通過PLC的MPI網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，工程師站計算機(jī)編程、監(jiān)控及PLC間的數(shù)據(jù)交換通過PLC的Profibus DP網(wǎng)進(jìn)行，操作員面板OP 270通過擴(kuò)展模塊CP 342-5的Profibus DP網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，工業(yè)控制計算機(jī)之間通過工業(yè)控制以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

圖4 泵池液位控制圖

圖5 給水控制圖

1.5 磨礦分級控制的控制網(wǎng)絡(luò)組成

主要由六個S7-300PLC的工作站、十個OP270現(xiàn)場操作站、兩個工程師站和三個操作員站組成的工業(yè)控制以太網(wǎng)、MPI網(wǎng)絡(luò)和PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)。如圖2所示。

1.6 系統(tǒng)軟件

工程師站和操作員站均安裝WINDOWS操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件根據(jù)站點(diǎn)功能安裝，在操作員站分別安裝運(yùn)行版的iFIX3.5和iFIX4.0實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，在工程師站分別安裝開發(fā)版的iFIX2.5，同時安裝西門子STEP7標(biāo)準(zhǔn)軟件包編程軟件，實(shí)現(xiàn)建立磨礦過程控制模型，開發(fā)相應(yīng)的磨礦過程控制程序，完成組態(tài)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、編制監(jiān)控軟件畫面和操作面板操作界面等工作，實(shí)現(xiàn)達(dá)到磨礦控制目標(biāo)的目的。工程師站和操作員站設(shè)有不同的操作權(quán)限，工程師站可當(dāng)操作員站使用。

1.7 球磨機(jī)分級控制方案

本系統(tǒng)分為三個控制回路實(shí)行磨礦過程控制：

(1)恒定給礦控制：根據(jù)生產(chǎn)工藝的實(shí)際情況由人工確定給礦量的大小，控制系統(tǒng)按給定值來對給礦機(jī)變頻器進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)給礦量按設(shè)定值恒定給礦(圖3)。

(2)泵池液位控制：根據(jù)生產(chǎn)工藝來確定合適的泵池液位，控制系統(tǒng)通過對砂泵變頻器速度控制，將泵池液位穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)；同時通過選擇合適的砂泵轉(zhuǎn)速范圍控制砂泵轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到控制入旋流器礦漿的流量和分級壓力的目的(圖4)。

(3)給水控制：按照給礦量及典型工藝要求按比例設(shè)定加水量的流量范圍(上限和下限)；通過濃度計對分級溢流濃度檢測，確定合格粒度的溢流濃度范圍(上限和下限)來自動按比例控制給水，即分級溢流濃度在合適的范圍內(nèi)給水恒定；溢流濃度超出上限，給水往上限流量調(diào)節(jié)，反之，往下限流量調(diào)節(jié)。另外，本控制環(huán)節(jié)兼顧泵池液位超限保護(hù)控制功能，即通過預(yù)先設(shè)定液位高減流量值，預(yù)防系統(tǒng)異常時泵池液位溢出，快速達(dá)到平衡泵池液位、穩(wěn)定磨礦分級工藝流程，進(jìn)而系統(tǒng)報警并記錄，以便提醒操作人員分析檢查工藝異常原因(圖5)。

2 磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)優(yōu)勢分析

本文分析的磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)可以在不同要求下分別達(dá)到以下控制目的：一是在穩(wěn)定分級溢流粒度合格率滿足現(xiàn)場工藝要求的前提下，提高臺時處理能力；二是在穩(wěn)定磨機(jī)臺時處理能力的前提下，提高分級溢流粒度的合格率；三是同時提高磨機(jī)臺時處理能力和分級溢流粒度的合格率；四是在穩(wěn)定磨機(jī)臺時處理能力和分級溢流粒度合格率的前提下，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化給水(返砂水，排礦水)。同時，自動化控制系統(tǒng)減輕了工人的勞動強(qiáng)度，減少了設(shè)備故障率，大幅提高了勞動生產(chǎn)率和設(shè)備作業(yè)率。

3 磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)完善措施

(1)利用現(xiàn)代信息技術(shù)來實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合自動化和信息管理。積極推廣應(yīng)用工業(yè)控制計算機(jī)、可編程控制器、傳感器和執(zhí)行器，借助自動控制理論和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝，建立科學(xué)的數(shù)學(xué)模型，完成對磨礦生產(chǎn)過程主要參數(shù)的控制，并對其它參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，盡量用軟件來替代硬件，最后達(dá)到生產(chǎn)過程自動控制、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送、畫面異地瀏覽的目的，從而保護(hù)設(shè)備，降低設(shè)備故障率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。

(2)磨礦電氣控制系統(tǒng)的關(guān)鍵是潤滑控制系統(tǒng)和同步機(jī)勵磁裝置，為此，應(yīng)積極推廣應(yīng)用MCS系列單片機(jī)來降低勵磁裝置的故障率，又保證同步電機(jī)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。建議用可編程控制器來改造現(xiàn)有潤滑控制系統(tǒng)，減少繼電器數(shù)量，簡化控制線路，減少故障點(diǎn)，降低故障率。

(3)加強(qiáng)磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)的維護(hù)。一是定期檢查各PLC站各基座無異常的低頻噪聲、振動、煙氣、或發(fā)熱等，如發(fā)現(xiàn)異常，立即關(guān)閉PLC電源；二是檢查各PLC站的電源板、CPU和通訊板等板卡上的各指示燈是否正常，如有異常要及時檢查處理；三是檢查各工程師站和操作員站有無異常響聲和發(fā)熱等，如發(fā)現(xiàn)異常要及時停機(jī)處理；四是要觀察系統(tǒng)各控制畫面中的各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)是否有異常，如有異常要迅速查明原因并及時處理；五是在加強(qiáng)日常檢查的同時，要定時做好對各工作站停機(jī)檢查維護(hù)和設(shè)備的清潔工作。

4 結(jié)語

總之，磨礦分級作業(yè)是選礦工藝中最為重要的生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)之一，其處理能力決定了選廠的整體產(chǎn)量，其溢流粒度的合格率直接影響到后續(xù)選別指標(biāo)的好壞。本文分析的磨礦分級電氣控制自動化系統(tǒng)是直接應(yīng)用于選礦生產(chǎn)的技術(shù)，其能為提高選廠生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗、提高選廠現(xiàn)代化科學(xué)管理和數(shù)字化管理發(fā)揮主要作用，并帶來顯著的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

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