磨矿分级工序自动控制系统的应用

磨矿分级工序自动控制系统的应用

0磨矿过程的自动控制研磨和分级开采是选择矿山公司最重要的生产过程之一，其能耗占整个采矿过程的40%60%。研磨过程主要将矿石研磨成细粒度颗粒，并提供给收获过程。这是过滤过程的中间过程。磨矿过程是影响选矿生产的关键环节,它起着承上启下的作用,是整个选矿厂的作业“瓶颈”,它直接制约着选矿产品质量和金属回收率。因此,为了提高磨矿效率、节能降耗、提高有用矿物的精矿品位和回收率和提高选矿厂的经济效益,实现磨矿过程的自动控制具有十分重要的意义。本文利于西门子S7-300PLC作为控制核心,设计了一套基于PLC的磨矿监控系统,实现了磨机浓度自动控制,泵池液位和浓度自动控制,并通过上位机监控界面,实现远程监控。1浮选工作过程某厂有4路独立的磨矿分级回路,每条回路由给矿机、磨机、泵池、螺旋分级机等组成,工艺流程及测控点的分布如图1所示,其主要工作过程是:矿仓内的矿石经由振动给矿机和给矿皮带机送入磨机内,经过磨机细磨后送入泵池,再经过由变频器控制的泵送至螺旋分级机进行分级,达到要求的细颗粒被送入浮选工序,大颗粒的矿石(称为返砂)送入磨机重新再磨。为了保证磨矿的效果和泵池内液浆的浓度,必须在磨机的入口和泵池分别加入一定流量的清水,即给矿水和泵池给水。2系统的评估要求2.1fpse参数的确定根据生产工艺知道,生产物料的平衡方程为:W1=Q1×(F1F4−1)+Q2×(F2F4−1)(1)W1=Q1×(F1F4-1)+Q2×(F2F4-1)(1)式中:W1为磨机给水量,L/s;Q1为磨机给矿量,kg/s;Q2为返砂量,kg/s;F1为磨机给矿浓度,当给矿中含水5%时,F1=0.95;F4为磨机要求的浓度,在该系统中确定为0.53;F2为返砂浓度,在系统中确定为0.84。(具体是参数根据企业实际工艺而需要确定,以下同)。将上述参数代入式(1)得:W1=0.79Q1+0.58Q2(2)W1=0.79Q1+0.58Q2(2)2.2泵池k3的计算当生产过程稳定、物料平衡时,有如下关系:W2+W1+Q1×(1−F1)=(Q1+W1)×(1−F3)(3)W2+W1+Q1×(1-F1)=(Q1+W1)×(1-F3)(3)式中:W2为泵池给水,F3为泵池矿浆要求的浓度,在该系统中K3定为0.28。将参数代入式(3)后有:W2=0.45Q1−0.16Q2(4)W2=0.45Q1-0.16Q2(4)2.3实时数据采集与显示功能(1)系统具有自动控制、现场手动控制、控制室遥控3种工作方式。(2)系统具有掉电保护、报警、工艺参数设置等功能。(3)系统具有实时数据采集、保存和查询,报表生成及打印功能。(4)系统具有工况、设备运行状态实时显示,历史和实时趋势画面。(5)具有一定的安全机制,防止工艺参数的随意修改和设备运行的随意更改,只允许有操作权限的操作员才能对某些功能进行操作。(6)与管理部门的计算机联网,为管理部门提供生产的实时数据,并实现远程监控。3拟量输入模块系统控制结构如图2所示,该监控系统主要由现场检测设备和执行机构、主控设备PLC、上位工控机三大部分组成。上位工控机在工程设计阶段主要用于对PLC控制设备的硬件组态、控制程序的设计、下载和调试,上位监控界面的开发,远程网络控制的设计等;在系统运行阶段主要用于工况显示、参数设定、报表处理、报警处理等监控功能。上位机中安装专用的通讯设备用来和PLC进行通信,本系统中选择西门子的5613卡和S7-300PLC进行通信;主控设备PLC根据系统参数的多少,选择电源模块、CPU模块、数字量输出模块、数字量输入模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块等,主要根据设计的程序和工艺要求,进行各种数据的处理,并送上位机进行显示和处理,接受上位机发送的控制指令和设定的参数控制现场的设备进行动作。现场设备和执行结构主要包括各种传感器、变频器、电磁阀、调节阀等。传感器将现场的非电学量信号转变为电学量信号,并变换成标准信号传送到PLC;执行机构接收PLC送来的控制信号,控制变频器、电磁阀等进行相应的动作,完成控制功能。检测的开关量信号主要包括为各给矿机、皮带秤、磨机启停信号,自动/手动模式选择信号,现场报警信号等;输出的开关量信号主要为现场指示灯信号,电磁阀控制信号,皮带秤、给矿机等远程启停信号等;检测的模拟量信号主要包括电磁流量计、浓度计、液位计等传感器送来的模拟量信号;模拟量信号的输出主要包括变频器的频率等信号。本系统中一台磨机控制的模拟量输入包括给矿量、返砂量、磨机加水量、泵池加水量、泵池液位、磨机浓度、泵池浓度等7个量,现在有4台磨机,共有28个模拟量输入,考虑到预留的裕量,故选择4块8通道16位的SM331模拟输入模块,其中有4个输入裕量。一台磨机工作的模拟量输出包括给矿机变频器,泵池变频器2个量,现在4台磨机,共有8个模拟量输出,选择2块4通道16位的SM332模拟输出模块。系统数字量输入包括给矿机、皮带秤、磨机、变频器、分级机启停信号12个、自动/手动模式选择信号4个、现场报警信号8个,整个系统共有24个数字输入量,考虑到预留的裕量,故选择2块直流16点24V的SM321数字量输入模块。系统数字量输出包括现场指示灯信号,电磁阀控制信号,皮带秤、给矿机等远程启停信号等,共有20个数字输出量,考虑到预留的裕量,故选择2块直流16点24V的SM322数字量输出模块。根据以上选择,西门子S7-300PLC系统的配置如表1所示。4软件设计本系统的软件设计主要包括PLC控制程序设计、上位机监控界面设计两大部分。4.1用户控制程序的实现PLC控制程序的设计在西门子专用的Step7编程软件环境下完成,主要包括硬件配置及参数设置、通信定义和用户控制程序的编写等。本系统的控制程序主要由主程序和给矿量控制、磨矿给矿水控制、泵池补加水控制、泵池液位控制等子程模块构成,限于篇幅,本文只给出磨机控制主程序和浓度控制的程序流程图。(1)硬动手的概念系统设计了手动控制和自动控制两种方式,手动控制又分为软手动和硬手动,这里的手动主要指软手动,是操作人员通过计算机监控界面远程控制生产工程,包括设备的启停,参数给定,运行速度等;自动控制是指计算机根据检测量和给定量等参数,自动控制现场设备的运行。(2)工艺参数的显示和统计磨机浓度由传感器检测,经变速器变换为4～20mA的电流信号,送入PLC的模拟量输入模块,经标度变换为实际的浓度数据,进行存储,并送上位机进行显示和数据保存等。检测的浓度和工艺设定的浓度进行比较,看是否满足要求,若满足要求,则不进行浓度调整。当检测的浓度大于设定的浓度,通过电磁阀控制磨机给水,降低磨机浓度,若浓度低于设定值,则通过控制给矿量适当增加磨机浓度。4.2磨机监控界面上位主机采用WindowsXP操作系统,监控组态软件采用西门子WINCC监控组态软件进行设计,主要设计了主界面、磨机监控界面、泵池监控界面、旋流器监控界面、数据查询界面、趋势界面、报警界面等。主要实现了工况、数据、设备状态、报警的实时显示,工艺参数的修改,报表的生成及打印,手动、自动控制的切换等功能。将上位工控机接入企业的局域网,实现远程监控,通过一定的安全机制,防止无权限人员的随意修改和数据的调整,保证系统运行的安全可靠。5基于plc的磨矿分级控制系统本系统针对磨矿分级生产的工艺和控制要求,利用PLC在工业控制应用中的可靠性,上位机监控界面