選礦廠磨礦電氣控制系統分析及解決措施

李點根

(南京鋼鐵集團冶山礦業有限公司,江蘇南京 211523)

選礦廠磨礦電氣控制系統分析及解決措施

李點根

(南京鋼鐵集團冶山礦業有限公司,江蘇南京 211523)

磨礦分級是選礦廠工藝中重要環節,對選礦生產降低生產運行成本意義重大。文章對某礦業公司選礦廠磨礦分級電氣控制系統進行了分析,并提出相應的完善措施,為礦山選礦企業科學的經營管理提供參考。

選礦廠 電氣控制系統 磨礦分級

隨著國家加大對礦產資源的開發與利用，安全生產、機械化工藝正在逐步的發展壯大，礦山自動化系統逐步運用，大大的加快了礦產資源的利用，使得礦業經濟得到進一步發展。作為礦山生產系統的一部分，電氣自動化控制系統在其中占據了很重要的位置，對提高選礦效率與礦藏開采的質量和效益影響深遠，因此對磨礦生產系列電氣控制系統進行研究意義重大。

圖1 磨礦分級工藝圖

圖2 磨浮磨礦分級控制的控制網絡

圖3 恒定給礦控制圖

1 磨礦分級過程自動控制系統分析

1.1 磨礦分級過程自動控制系統

某礦業公司磨浮的十個系列球磨機的分級自動化控制系統，是采用德國西門子S7-300可編程控制器作為主控制機，在現有的磨礦分級生產設備的基礎上配置相應的檢測儀表、執行機構及控制設備，組成適用的磨礦分級生產過程控制系統，克服生產過程中對工藝流程的各種干擾，穩定磨礦分級生產過程，把主要的生產指標控制在工藝要求的范圍內，提供更為先進和方便的操作方式來調節生產過程的參數，提高生產操作的靈活性，從而有利于生產指標的提高。

1.2 磨礦分級自動控制系統工藝流程

選礦生產過程中的重要環節是磨礦分級，控制好磨礦過程能夠使能耗降低、最終產品的產量和質量提高。磨礦過程的目標是通過改變給水量和給礦量，使磨機的臺時產量達到最優，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、磨機的排礦量、分級機的返砂量、返砂水量、磨機的轉速、介質充填率、礦石充填率、襯板狀況及球荷比等可以影響磨機的產量以及分級機溢流濃度和粒度。由于上述各種因素的多變性和隨機性增加了磨礦分級過程的控制難度。外部條件有原礦性質、磨機的轉速、球荷情況及襯板狀況，對于這些因素，只能遵守客觀事實，自動控制系統無法調節。可是，如果完全排除上述情況來實施控制，顯然是不可行的。由于原礦性質隨時都有變化的可能，任何變化都會導致破壞系統平衡狀態。所以能夠自動分析原礦性質的變化，并作出相應調整是控制系統必須具備的一個功能。圖1是磨礦分級工藝圖。

1.3 磨礦分級控制系統系統硬件組成

(1)工作站。有兩個工程師站用于整個系統的控制軟件的組態和網絡的設置。硬件配置為研華工業級計算機加裝CP5611-MPI PCI卡、PCL-745卡和以太網卡。

(2)操作員站。整個系統有十三個操作員站，其中在中控室有三個由研華工業級計算機加裝CP5611-MPI PCI卡和以太網卡的站點，在現場有十個球磨操作站，采用德國西門子OP-270操作板，為現場操作工分別提供了較為詳細的與控制系統有關的工況流程畫面、操作參數調整畫面、控制參數設置畫面、系統異常報警畫面以及相關生產指標數據表等。

(3)現場PLC站。現場PLC站由多種型號的PLC組成，其中控制室內的1#球磨機分級控制、2#～6#球磨機分級控制、7#～10#分級控制三臺S7-300PLC系統是磨礦分級控制系統的核心，另在控制室還有一臺S7-300PLC作為整個系統的監控站，球磨機操作現場有十臺三菱FX2N系列PLC為系統提供每臺球磨機潤滑系統的工作狀態。十臺球磨機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 磨礦分級控制系統系統通訊網絡

磨浮工段磨礦控制系統網絡整體布局按功能大致可以分為以下層次：操作監控計算機通過PLC的MPI網進行數據采集，工程師站計算機編程、監控及PLC間的數據交換通過PLC的Profibus DP網進行，操作員面板OP 270通過擴展模塊CP 342-5的Profibus DP網進行數據交換，工業控制計算機之間通過工業控制以太網進行數據交換。

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絡組成

主要由六個S7-300PLC的工作站、十個OP270現場操作站、兩個工程師站和三個操作員站組成的工業控制以太網、MPI網絡和PROFIBUS DP網絡。如圖2所示。

1.6 系統軟件

工程師站和操作員站均安裝WINDOWS操作系統，應用軟件根據站點功能安裝，在操作員站分別安裝運行版的iFIX3.5和iFIX4.0實現監控功能，在工程師站分別安裝開發版的iFIX2.5，同時安裝西門子STEP7標準軟件包編程軟件，實現建立磨礦過程控制模型，開發相應的磨礦過程控制程序，完成組態控制系統網絡、編制監控軟件畫面和操作面板操作界面等工作，實現達到磨礦控制目標的目的。工程師站和操作員站設有不同的操作權限，工程師站可當操作員站使用。

1.7 球磨機分級控制方案

本系統分為三個控制回路實行磨礦過程控制：

(1)恒定給礦控制：根據生產工藝的實際情況由人工確定給礦量的大小，控制系統按給定值來對給礦機變頻器進行控制，從而實現給礦量按設定值恒定給礦(圖3)。

(2)泵池液位控制：根據生產工藝來確定合適的泵池液位，控制系統通過對砂泵變頻器速度控制，將泵池液位穩定在一定的范圍內；同時通過選擇合適的砂泵轉速范圍控制砂泵轉速，進而達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給水恒定；溢流濃度超出上限，給水往上限流量調節，反之，往下限流量調節。另外，本控制環節兼顧泵池液位超限保護控制功能，即通過預先設定液位高減流量值，預防系統異常時泵池液位溢出，快速達到平衡泵池液位、穩定磨礦分級工藝流程，進而系統報警并記錄，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優勢分析

本文分析的磨礦分級過程自動控制系統可以在不同要求下分別達到以下控制目的：一是在穩定分級溢流粒度合格率滿足現場工藝要求的前提下，提高臺時處理能力；二是在穩定磨機臺時處理能力的前提下，提高分級溢流粒度的合格率；三是同時提高磨機臺時處理能力和分級溢流粒度的合格率；四是在穩定磨機臺時處理能力和分級溢流粒度合格率的前提下，實現優化給水(返砂水，排礦水)。同時，自動化控制系統減輕了工人的勞動強度，減少了設備故障率，大幅提高了勞動生產率和設備作業率。

3 磨礦分級過程自動控制系統完善措施

(1)利用現代信息技術來實現企業綜合自動化和信息管理。積極推廣應用工業控制計算機、可編程控制器、傳感器和執行器，借助自動控制理論和網絡通訊技術，結合實際生產工藝，建立科學的數學模型，完成對磨礦生產過程主要參數的控制，并對其它參數進行監視，盡量用軟件來替代硬件，最后達到生產過程自動控制、數據遠程傳送、畫面異地瀏覽的目的，從而保護設備，降低設備故障率，提高系統穩定性和可靠性。

(2)磨礦電氣控制系統的關鍵是潤滑控制系統和同步機勵磁裝置，為此，應積極推廣應用MCS系列單片機來降低勵磁裝置的故障率，又保證同步電機穩定、可靠運行。建議用可編程控制器來改造現有潤滑控制系統，減少繼電器數量，簡化控制線路，減少故障點，降低故障率。

(3)加強磨礦分級過程自動控制系統的維護。一是定期檢查各PLC站各基座無異常的低頻噪聲、振動、煙氣、或發熱等，如發現異常，立即關閉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熱等，如發現異常要及時停機處理；四是要觀察系統各控制畫面中的各項生產數據是否有異常，如有異常要迅速查明原因并及時處理；五是在加強日常檢查的同時，要定時做好對各工作站停機檢查維護和設備的清潔工作。

4 結語

總之，磨礦分級作業是選礦工藝中最為重要的生產工藝環節之一，其處理能力決定了選廠的整體產量，其溢流粒度的合格率直接影響到后續選別指標的好壞。本文分析的磨礦分級電氣控制自動化系統是直接應用于選礦生產的技術，其能為提高選廠生產效率、產品質量、節能降耗、提高選廠現代化科學管理和數字化管理發揮主要作用，并帶來顯著的經濟與社會效益。

[1]章曉林,張文彬.MCGS在選礦廠磨礦分級自動化中的應用[J].礦業工程,2004(6).

[2]王志杰.磨礦分級自動控制在攀枝花密地選礦廠的應用[J].冶金礦山設計與建設,2001(4).

[3]張壽明,錢鑫,繆爾康.磨礦分級過程的數學模型及廣義預測控制研究[J].云南冶金,1995(6).

[4]段英峰,王紅琴,羅誠.淺析過程控制系統在尖山鐵礦的應用前景[J].金屬礦山,2000(11).

[5]夏金瑞,趙德孝,魯炳強,孫豁然.選廠磨礦分級控制系統的開發與應用[J].有色礦冶,2002(4).