基于PLC和變頻器的選礦毛毯機控制系統的設計

陳經艷

摘要：針對目前重選金屬選礦的特點和現狀，提出了基于PLC和變頻器的選礦毛毯機控制系統設計方案。首先分析了選礦毛毯機的工作原理和選礦機的控制要求，完成了對基于PLC和變頻器的選礦毛毯機控制系統的詳細設計。重點對選礦毛毯機控制系統的硬件組成結構和PLC控制軟件的設計與實現進行了詳細闡述，并最后給出了測試過程中的控制效果。

關鍵詞：PLC；變頻器；選礦毛毯機控制系統

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0012-02

1 引言

在現代工業中，選礦是一個比較復雜的工業生產過程[1]，尤其是選取各種稀有金屬礦。由于礦山原料在生產的過中，往往伴隨著多種不同類的礦產原料，而且礦產原料的含量一般都很低，所以選取比較困難。如果選取不當，不但會造成浪費，也會對環境造成很大污染。傳統選料過程中對礦山選料機械裝置的調整和控制往往是采用人工的方式進行控制，這種控制方式所得到的控制精度取決于操作人員的經驗和技術水平，容易導致礦山選料系統的產品質量不穩定，同時依靠人工的控制方式工作效率很低[2] 。為了更好地提高礦山選料工作的效率，提高系統工作過程的自動化，文中提出了一種基于 PLC 和變頻器控制的礦山選料控制系統。PLC 是一種工業用計算機，由于PLC 的靈活和強大的可編程特性，使得 PLC 技術現在被應用于多種工業控制領域中。

2 選礦毛毯機的工作原理

選礦毛毯機主要用于選礦場和尾沙排放超標的廢棄尾礦的再度提取利用，還可以用于磁鐵礦、磁黃鐵礦和燒烤后的赤鐵礦、褐鐵礦等礦里面的鎢、錫、銅等稀有金屬的回收。選礦毛毯機工作表面采用特制耐磨耐腐蝕易附毛毯，當礦料流過毛毯時，便將稀有金屬礦粘附在毛毯上，然后再用高壓水將稀有金屬礦從毛毯中沖洗出來。這種選礦機占地面積小，但工作面積大，處理能力因此也很大，回收效率高。是一種比較獨特先進的重力選礦設備，是新型高效節能環保型產品。原來的選礦毛毯機高壓沖水是通過人工沖水，這種人工沖水方式存在工作效率低，沖洗不干凈，工作環境差等缺點。

新型的選礦毛毯機控制系統是將機座置于毛毯溝溝壁上的一對線性導軌上，機座在軌道上上下走動，安裝在機座上的水槍會自動動噴水，完全模仿人工沖水。進水閘門和出水閘門也會配合水槍輪流打開或關閉。

3 選礦毛毯機的系統設計

3.1 系統總體設計

一般選礦毛毯機控制系統主要包括以下部分組成：

（1）主電機的正反轉調速控制和噴頭的噴水控制。主要是完成噴水頭的位置控制，通過移動噴水頭的控制實現對粘附在毛毯上的稀有金屬礦進行沖洗。為了提高工作效率，噴水頭在返回時移動的速度應該比工作時移動的速度快，即要實現一個快退功能。由于尾礦的含量不一樣，因此也要求噴水頭工作時移動的速度要能夠根據實際情況進行調節。所以這個部分選用PLC和變頻器實現控制。目前交流變頻器調速已廣泛應用到許多領域，而PLC 可以實現輸入、輸出信號的數字化，利用編程能實現多種功能[3]。在本系統中用PLC實現變頻器對電機的啟/停和正/反轉控制，用外部的電位器和變頻器實現對電機的調速控制。

（2）沖料控制。這個部分主要由PLC控制各種氣動電磁閥。為了使尾礦中的稀有金屬礦粘附到毛毯上，需要將尾礦和水的混合物流過毛毯，毛毯上粘附一定的稀有金屬礦后，要關閉閥門，再由噴水頭來沖洗。

（3）收礦控制。噴水頭在沖洗毛毯時，要收集沖洗出來的稀有金屬，這個部分也是由由PLC控制各種氣動電磁閥控制實現。

3.2 系統硬件設計

系統的硬件是該選礦毛毯機的控制系統的基礎，根據選礦毛毯機的工藝特點，設計的控制系統主要由PLC、變頻器、接觸器、電動機、中間繼電器和氣動控制系統組成。采用的控制器型號是 FX2N-48MR的可編程邏輯器件，同時也可以根據生產條件，選用其他品牌或型號的PLC替換。變頻器選用的普傳公司小功率變頻器。設定變頻器的參數是外部端子啟動控制模式和模擬量控制頻率的相關參數，頻率根據現場原礦料的情況進行調節。

為了提高PLC控制系統的可靠性，在設計控制系統的時候，PLC的輸出直接控制的是中間繼電器線圈，通過中間繼電器的觸點再來控制變頻器、電動機和氣動換向閥的電磁鐵。系統控制的三相異步電動機主要有兩臺，一臺是水泵電機，因功率不大，采用的是電動機的直接啟動控制方式，另一臺三相異步電動機是控制選礦毛毯機的機座上下運行，需要進行三相異步電機的調速，所以采用變頻器控制方式。PLC的I/O分配表如表1所示，電動機的主電路設計如圖1所示。

3.3 系統軟件設計

PLC 控制軟件的設計是整個選礦毛毯機控制系統設計的核心部分， 根據選礦毛毯機的控制和工藝要求，設計的第一槽的工作流程如圖2所示，因為每槽各部件動作是一樣的，因此在設計程序時只要設計出一槽，其它的按槽號進行依次循環運行即可。

4 結語

本設計已經正式用于多個選礦廠，如圖3所示為其中一選礦廠的使用現場。根據實際生產的驗證，基于PLC和變頻器的選礦毛毯機提高了生產的自動化程度和速度， 減輕了工人的勞動強度，節約了人力資源，具有很強的實用性。

參考文獻

[1]劉玉瓊.基于PLC的礦山選料控制系統的設計[J].煤炭技術，2014（1）：61-63.

[2]邵良杉，葉景樓，付華.礦井排水計算機監測與模糊診斷[J].煤炭學報，1997（5）：91-95.

[3]馬騰煒，周江偉.基于PLC和變頻器的的抓斗控制系統設計[J].自動化技術與應用，2015（10）：60-63.