破碎自動化系統在陜西某鉛鋅礦中的應用

范 松 王 洋 趙彥杰 魏曉飛 張 祥

（陜西西北有色鉛鋅集團有限公司）

陜西某鉛鋅選礦廠破碎作業自動化程度低［1］，仍采用傳統的人工操作模式，該傳統操作模式存在操作人員多、工作效率低、破碎給礦不穩定、設備故障率高等問題，同時存在粉塵、噪音等職業危害因素，職工工作環境差。為解決上述問題，該礦進行了設備自動化控制改造及應用，以期實現破碎作業設備的自動化控制，降低設備故障率，提高生產效率。

1 工藝簡介

陜西鳳縣某鉛鋅礦選礦廠采用2 段1 閉路破碎工藝流程，礦石經350 mm×350 mm 固定格篩進入C80 顎式破碎機粗碎，粗碎產品經皮帶進WYK1530圓振篩進行篩分，篩上產品經皮帶返回到GP100 圓錐破碎機細碎，篩下產品經皮帶輸送至粉礦倉儲存。選礦廠破碎作業工藝流程見圖1。

2 自動化控制系統組成

該自動化控制系統采用可編程控制器（PLC）進行邏輯處理［2］，通過傳感器采集各工藝設備的運行狀態參數［3］，實現自動監測、自動連鎖控制、故障自動保護、自動報警等功能，即使發生觸摸屏（包括中控室上位機）故障停機［4］，系統在PLC 的控制下仍能保持高效、節能、安全有效的自動運行狀態。

自動化控制系統采用工業級彩色觸摸屏，通過以太網與PLC進行通信，實時監測破碎設備的運行狀態及參數，實現操作指令下達、報警顯示、歷史記錄、數據存儲等功能。

該自動化控制系統由動力柜、PLC 控制柜、雷達料位計和電子皮帶秤等組成［5-6］，PLC 控制柜由觸摸屏、PLC、隔離模塊、開關電源及其他低壓元器件組成［7］。自動化控制系統設備組成見表1。

注：“*”處單位為套，“☆”處單位為項。

3 自動化系統的設計及應用

3.1 設備啟停聯鎖控制［8］

在自動化控制系統中，按照破碎作業開停車順序及時間間隔設定好程序，即對破碎篩分生產設備實現一鍵逆工藝流程自動順序啟動，按工藝流程自動順序停車。操作人員在電腦屏幕前操作“一鍵啟動、一鍵停車”按鈕，自動化系統按照設置好的程序自行開、停車，縮短流程設備的啟停時間，降低空車運行能耗，實現破碎篩分作業一鍵啟停連鎖控制遠程操控。

3.2 主要設備的運行監測

對破碎機、皮帶輸送機、振動篩、除塵器等主要設備的電流、油溫、空氣壓力等進行實時監測。

（1）電流監測。在顎式破碎機、圓錐破碎機、除塵設備、振動篩、3條皮帶等7個主要設備的控制箱內安裝電流采集模塊，并對設備的電流進行實時監測。自動化控制系統通過對主要設備的電流監測，分析判斷設備的工作狀態，當運行參數出現異常時，發出報警聲提示操作人員。

（2）油溫監測。在圓錐破碎機稀油站安裝溫度傳感器模塊，通過對稀油站油溫的監測，并結合圓錐破碎機電流瞬時值等監測數值，判定圓錐破碎機是否處于正常工作狀態。系統可根據異常數值發出警報。

（3）除塵系統風機負壓監測。在除塵系統箱體上方空氣壓縮罐上安裝壓力變送器模塊，通過對除塵系統風機壓縮空氣的壓力監測，監測除塵壓縮空氣壓強是否在工藝要求范圍內，如果監測數值不符合生產工藝要求，系統將及時報警。

3.3 原礦給礦實現變頻控制及遠程操控

正常生產時，需要調整電磁振動給礦機的頻率，實現破碎生產系統的均勻給礦。在顎式破碎機口安裝視頻監控，為電磁振動給礦機安裝變頻控制箱，給職工配備遙控開關，職工可根據監控畫面觀察顎式破碎機的料位情況，通過遙控開關控制振動給礦機的運行頻率來控制給礦量，實現給礦的自動調頻控制、均勻給礦和遠程操控。

3.4 粉礦倉自動倒倉

該選礦廠經過幾次擴建，處理能力大幅提升，但粉礦倉未進行擴建改造，導致粉礦倉容積不足。為提高粉礦倉的有效容積，減少破碎系統的開停機次數，在粉礦倉頂部設置了2 個進料口，增加粉礦倉的有效容積，生產過程中2 個進料口需輪換進料。為此，在1#、2#進料口處各安裝1 個雷達料位計，并在2個進料口中間位置安裝1 個電動分料器。雷達料位計可實時測量出1#、2#倉的料位，并將料位高度實時準確地反應在上位機顯示屏上，操作人員可通過顯示屏了解粉礦倉的料位情況，并根據料位情況遠程啟動分料器工作，實現自動粉礦倉倒倉功能。

3.5 處理能力計量

在3#皮帶中段安裝1 臺電子皮帶秤，電子皮帶秤通過稱重橋測量［9］出單位質量，同時通過安裝在尾輪上的測速傳感器［10］檢測出皮帶的速度，測量出的質量信號和速度信號在電子皮帶中進行微分處理，并以“t/h”為單位顯示瞬時質量，以噸為單位，顯示累計質量。電子皮帶秤通過工業互聯網將數據傳輸到上位機顯示屏上，操作人員可在中控室查看破碎作業瞬時處理量和累計量，并與球磨系統處理量進行對比，為原礦石處理量平衡及破磨系統匹配程度提供數據支撐。

3.6 皮帶的自動糾偏與扶正

在3 條皮帶輸送機的機頭、機中、機尾位置分別安裝1 臺皮帶自動糾偏扶正裝置［11］，共計9 臺。皮帶自動糾偏扶正裝置由2個立棍（跑偏監測機構）、自動液壓裝置［12］（糾偏扶正機構）組成，生產過程中，左右2 個立棍根據受力情況的信號，傳遞給自動液壓裝置，自動液壓裝置會對皮帶產生反作用力，將皮帶扶正，從而實現無人自動糾偏，確保設備穩定運行，降低操作人員的勞動強度，提高生產率。

3.7 操作平臺遠程控制與管理

將破碎篩分自動化PLC控制模塊、上位機監控模塊、視頻監控系統、網絡交換機［13］安裝在破碎值班室。各模塊通過以太網進行連接，可同時實現遠程設備啟停及各傳感器控制，采集的數據、畫面通過PLC 控制柜觸摸屏、上位機［14］（工業級計算機）顯示器、選礦廠調度指揮中心顯示屏顯示。破碎作業自動化控制系統操控界面見圖2。

操作人員在控制室內通過顯示器觀看監測畫面和系統信息，查看有無報警及數據異常，即可實現設備的控制及遠程操作。

4 自動化控制安全系統

4.1 控制功能保護

（1）為實現各工藝設備自動順序開車，選廠設備開車前電鈴發出警告音，當各部位允許啟動信號返回后，開啟最末端的設備，直至給礦設備啟動完畢，警告音消除。停車順序與開車順序相反，停車前發出電鈴提示音，系統自動按順序停車。在停車過程中，皮帶可延時運行一段時間后開始順序停車，避免突然停車造成的人員損傷，其延時時間的長短可設定。

（2）生產運行過程中，某設備發生故障時，系統可根據故障情況停止或延時停止故障設備及其前方聯鎖設備，各處的電鈴發出報警音，PLC 控制柜上的蜂鳴器發出報警聲，觸摸屏畫面顯示報警內容并自動記錄。

（3）粉礦倉料位處設“是否參控選擇”轉換開關，撥至“非參控”位置上，當粉礦倉滿時，粉礦倉滿系統只發出提示音，撥至“參控”位置上，系統立即停止原礦給礦機，電鈴發出提示音，蜂鳴器發出警告提示音，觸摸屏畫面顯示粉礦倉滿。

（4）系統設“本地手動控制”、“PLC 手動控制”、“PLC自動控制”3種控制狀態，PLC控制時，可實現手動、自動無擾動切換。

4.2 自動運行時的故障處置

現場處于自動運行時，若遇設備故障，控制系統會自動停止有故障的設備及與該故障設備聯鎖的相關設備。此時，需把故障設備的控制柜“轉換開關”打至“停止”位置，進行維修處理，必要時切斷控制柜電源。故障處理后，將故障設備控制柜的“轉換開關”打至“聯鎖”位置。

4.3 巡視過程中發現的問題處置

如果巡視過程中發現設備故障，可將現場控制柜的“轉換開關”打至“停止”位，該故障設備及與其連鎖設備會切換為人工控制，現場手動關停該設備進行故障處理。故障排除后，手動開啟設備并將“轉換開關”打至“聯鎖”位置，恢復自動控制。

5 效益分析

（1）降低人工成本。該系統安裝運行后情況良好，破碎系統實現了作業自動化控制，作業人員由16名減至8 名，破碎作業勞動生產率提高1 倍。以人均工資10 萬元/a計，可節約用工成本80萬元/a。

（2）降低設備維修成本。通過安裝自動化系統，可提前預判及處理設備故障，防止設備故障的擴大化，減少設備故障率，年可節約維修費用5 萬元。

（3）正常生產時，職工只需在操控室內即可監測設備并進行操控，大大減輕了噪音、粉塵對操作工人造成的職業健康危害。

6 結 論

（1）某選礦廠破碎自動化系統的應用，使破碎作業生產過程實現了設備遠程集中控制、設備連鎖啟停、設備運行參數實時監測、生產狀態分析及異常報警、粉礦倉自動倒倉、皮帶自動糾偏與扶正等自動化控制功能。

（2）自動化控制系統的應用，不但降低了設備故障率，提高了勞動生產率；同時改善了職工作業環境，降低了職工噪音、粉塵等職業健康危害，年可創造經濟效益85 萬元，在同行業具有推廣應用價值。