選礦綜合自動化系統的設計與應用

池彥賀，王建民

(華北理工大學 電氣工程學院，河北 唐山 063009)

?

選礦綜合自動化系統的設計與應用

池彥賀，王建民

(華北理工大學 電氣工程學院，河北 唐山 063009)

綜合自動化；選礦；控制系統

由于中小型選礦廠自動化水平較低，所以自動化系統與管理系統不能實現一體化，并造成了信息孤島現象的出現。該項研究設計了一種選礦綜合自動化系統，將自動化系統與管理系統結合在一起，有效地解決了信息孤島問題。研究結果表明，該項目設計的綜合自動化系統能夠提高磨機產量，從而提高選礦廠的經濟效益。

中國現有上千家選礦廠，存在自動化程度低、生產成本高、資源消耗大、環境污染嚴重等問題，已經成為制約中國材料工業發展的瓶頸。歐洲鋼鐵工業技術發展指南提出：“對于降低生產成本、提高產品質量、減少環境污染和資源消耗問題，只能通過全流程自動控制系統的優化設計來實現”[1]。中小型選礦廠普遍采用人工看磨的方式，操作與管理水平低下。一般的自動化系統往往與管理系統脫節，不能形成有效的管理，因此需要構建一種選礦廠自動化與信息化相結合的綜合自動化系統[2]。該項研究設計了一種將自動化與信息化相結合的選礦綜合自動化系統，可以實現選礦廠的數字化管理，提高磨礦生產過程的自動化水平，以保證生產系統的持續、穩定和高效運行[3]。

1 綜合自動化系統結構

“綜合自動化”(也稱管控一體化)是現代化選礦廠的基礎和目的。眾所周知，自動化指的是機械設備或生產過程、管理過程在沒有人直接參與的情況下，通過自動檢測、信息傳輸和處理、操縱控制進而實現所要達到的目標，而信息化的信息又來自于生產設備中的自動檢測裝置，可以說自動化是信息化的基礎。反之，由于實現了信息化，又可以遠程對生產設備的工況進行監測和自動控制，保證在現場無人值守的情況下得到工況信息，大大減少了工作人員的工作強度，并可提高生產效率。實現了管控一體化之后，可以把生產、安全和管理結合在一起，管理層可以實時得到現場的生產信息，又可以將歷史信息進行匯總分析，利用先進控制理論對磨礦工藝進行改進。

結合選礦工業現狀，將選礦綜合自動化系統分成2層：信息化系統與自動化系統，提出實現企業扁平化管理的集成制造系統。圖1所示為綜合自動化系統結構圖，其中給料機、磨機、流量計、控制柜等組成了選礦綜合自動化系統，操作計算機及向上延伸的礦長辦公室和遠程監控機等組成了選礦綜合自動化的信息化系統。

圖1　綜合自動化系統結構圖

2 綜合自動化系統

底層設備通過Profibus現場總線與控制柜相連，控制柜通過旋鈕、開關等對磨礦所需的所有設備及儀表進行控制，目的是在保證安全穩定的前提下使磨礦量最大。Profibus是一種國際化、開放式、不依賴于生產商的現場總線標準，廣泛應用于工業自動化[4]。通過Profibus-DP(數據傳輸速率9.6 kbit/s～12 Mbit/s)設備級網絡將給料機、皮帶秤、磨音電耳、電流傳感器等連接到控制柜[5]，實現現場設備的分散式數字控制和現場通信。

通過控制柜可以直接對給料機傳送帶進行控制，并可通過旋鈕對傳送帶正反轉進行調節；對給水量的控制，可以通過旋鈕調節給水閥的開度實現調節給水量的大??；對本地/遠程操作模式進行切換，切換成本地操作模式可以直接通過控制柜進行各種操作，切換成遠程控制模式時可以通過上位機軟件對各種參數進行遠程控制；對傳感器采集的各種數據進行集總顯示，將電流、磨音、水流量、給礦量等數據顯示在液晶屏上便于操作人員直觀操作。

控制柜與操作計算機可以直接通過RS485進行連接。RS485的轉換接口價格低廉且抗干擾能力強，可以應對磨礦現場的各種干擾。操作計算機也可以直接通過MODBUS協議與礦長辦公室的計算機直接相連，使礦長可以隨時在辦公室監視現場運行情況，實現了實時高效監視。如若遠程需要，操作計算機還可以通過GPRS設備將數據直接通過互聯網發送出去，真正做到隨時隨地監測。

3 綜合自動化信息化系統

上位監控軟件由C#編寫，分為中控室監控軟件、局域網服務器軟件、局域網客戶端軟件、遠程故障診斷軟件。中控室監控軟件將系統運行過程中的數據通過畫面直觀顯示，方便現場操作人員對系統的控制監視；局域網服務器軟件與中控室監控軟件相連，將實時數據存入數據庫，可以實現對磨機運行狀況的遠程數據匯總；局域網客戶端軟件通過對數據庫內容的讀取，除了可以通過畫面實時監測運行狀況外，還可以實現報表打印查詢、歷史運行趨勢、故障報警。

圖2為工藝過程狀況圖，整個界面分為四大部分。左上角為動態動畫演示，可以將設備傳輸的數據進行處理，演變成動畫演示，動態地表現當前磨機運行狀況；下方為數據模塊區，即將數據直觀地顯示在面板上方便進行觀測，下方的5個圓鈕為當前設備運行模式；右上角的空白區為運行曲線區，可以將下方的料檢測、水流量、磨音和磨機電流通過曲線顯示在空白區，以便觀查磨機運行趨勢曲線；最右下角的方框內為當前儀表柜操作狀況，可以顯示當前操作模式是手動模式或自動模式。

圖2　工藝過程狀況圖

對磨機運行給料量的控制采用自主設定的專家控制模式，通過對磨音大小的判斷來決定給料量、給水量的多少，系統會自動根據設定值進行調節，實現無人看管自動添減料的功能。圖3為磨機給料設定圖，將對應專家數據輸入該窗口后軟件即可通過設定值對磨機給料量、給水量進行調節。

圖3　專家系統輸入界面

點擊圖2左下角的歷史按鈕，可以進入如圖4所示的歷史曲線界面。該界面可以查詢指定日期時間段的歷史曲線，還可以通過向前或向后按鈕對顯示時間段進行調整，通過該界面可以隨時對歷史運行趨勢進行查詢，還可以與實時運行曲線進行比較。

圖4　歷史曲線界面

4 綜合自動化系統實施效果

應用該選礦自動化系統可以實現以下功能：

(1)實現基于現場儀表的中小型選礦廠磨礦設備的控制，包含料、水的閉環控制、磨機負荷的智能控制。

(2)在選礦廠中間控制室即可對全選礦廠進行操作控制。通過控制室電腦顯示工藝流程畫面，使操作人員對整個生產過程的參數、流程及設備狀態進行監控。該自動化系統方便了操作人員根據生產需要及時對工藝進行參數調整及控制。

(3)記錄選礦設備的運行歷史數據并形成歷史曲線，用來分析和總結生產過程中水料之間的依賴關系，便于與設備進行配合調節，還可以將數據記錄用于分析事故原因。將所有數據都同時存到數據庫中，為今后生產參數提供數據源。

(4)在生產過程中，當設備出現異常時，操作軟件和現場控制柜將同時發出警報，以便提示操作人員或監控室監視人員對異常情況進行處理。

(5)可以遠程將設備運行參數同步顯示在操作軟件上，使管理人員隨時對現場運行狀況進行監視，并可實現現場無人值守，減少在崗人員編制，同時減輕現場操作人員的勞動強度。

(6)具有報表打印功能，可以將存入數據庫的各種內容進行篩選打印，使管理人員方便地提取出所需要的各種數據，實現運行狀況與管理的結合。

5 結論

選礦綜合自動化系統將工業自動化與信息化相結合，成功地解決了“信息孤島”問題，同時過程控制的數據得到了有效利用。該選礦綜合自動化系統具有控制精度高、抗干擾強、穩定可靠、方便管理、易于檢修等特點，大大提高了設備作業效率，降低工人的勞動強度。該系統投入運行，使得磨機產量顯著提高，為選礦廠創造了巨大的經濟價值。

[1]歐洲鋼鐵工業聯盟著，韓靜濤譯.歐洲鋼鐵工業技術發展指南[R].北京:中國金屬學會,1999:10.

[2]張申. 煤礦自動化發展趨勢[J]. 工況自動化,2013,39(2):27-33.

[3]王繼生,潘濤. 數字礦山建設實踐探索[J]. 工況自動化,2014,40(3):32-35.

[4]何曉峰. 磨礦過程綜合自動化系統研究及應用[D]. 南京：東南大學,2006.

[5]譚得健. 我國煤礦自動化現狀及發展趨勢[J]. 工況自動化.2010,(9):126-129.

Design and Application of Integrated Automation System for Mineral Separation

CHI Yan-he, WANG Jian-min

(College of Electrical Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063000, China)

integrated automation; mineral separation; control system

Because of low automation level in small and medium-sized concentrating plant, automation system and management system can’t realize integration, and the phenomenon of information isolated island is caused. An integrated automation system for mineral separation was designed, and automation system and management system were integrated, the problem of information island was effectively solved. The research results show that the mill output is improved by the design of the integrated automation system, so the economic benefit of the concentrating plant is increased.

2095-2716(2016)03-0086-05

TP273+.1

A

2095-2716(2016)03-0091-07