淺談可編程序控制器（PLC）在選礦設(shè)備（SLON系列磁選機(jī)）運(yùn)用

贛州金環(huán)磁選設(shè)備有限公司 李 忠贛州有色冶金研究所 陳佩琳

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淺談可編程序控制器（PLC）在選礦設(shè)備（SLON系列磁選機(jī)）運(yùn)用

贛州金環(huán)磁選設(shè)備有限公司 李 忠
贛州有色冶金研究所 陳佩琳

【摘要】隨著現(xiàn)代工業(yè)進(jìn)程，可編程序控制器（PLC）融合計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)，具有穩(wěn)定性強(qiáng)，可靠性高等特點(diǎn)，與SLON系列磁選機(jī)完美結(jié)合，提升設(shè)備技術(shù)含量，推進(jìn)SLON系列磁選機(jī)技術(shù)升級(jí)。尤其可編程序控制器（PLC）產(chǎn)品在其性能指標(biāo)及功能上進(jìn)一步提升和完善，在機(jī)械設(shè)備行業(yè)發(fā)展發(fā)揮重要作用。

【關(guān)鍵詞】可編程控制器；PLC；磁選機(jī)；電氣控制

引言

SLON系列磁選機(jī)是目前國(guó)內(nèi)采用機(jī)電一體化智能選礦、先進(jìn)大型磁選設(shè)備，在選礦行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。在早期的產(chǎn)品中，由于沒(méi)有使用可編程序控制器（PLC），致使存在選礦指標(biāo)效果不佳和產(chǎn)能不高等問(wèn)題。自2005年，采用了磁選機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)（KGCF），使產(chǎn)品品質(zhì)和技術(shù)附加值得到提升。磁選機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)（KGCF）以PLC微處理器(CPU)為基礎(chǔ)，采用編制程序方式，通過(guò)內(nèi)部存儲(chǔ)邏輯處理，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算等，對(duì)磁選機(jī)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)、性能、操作等模擬，通過(guò)PLC微處理器(CPU) 邏輯處理，經(jīng)數(shù)字量之間D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換的操作指令，指令數(shù)字式輸入和輸出，達(dá)到磁選機(jī)選礦生產(chǎn)過(guò)程有效控制[1]。本文介紹PLC在SLON系列磁選機(jī)控制中的幾項(xiàng)關(guān)鍵應(yīng)用。

1　SLON系列磁選機(jī)工作原理

SLon立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1[2]。SLon立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)主要由磁頭、磁軛、激磁線(xiàn)圈、轉(zhuǎn)環(huán)（磁介質(zhì)盒)和脈動(dòng)沖程機(jī)構(gòu)、各種礦斗等部件構(gòu)成，用導(dǎo)磁不銹鋼制成的圓棒或鋼板網(wǎng)狀磁介質(zhì)。

圖1　slon立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)結(jié)構(gòu)

部件名稱(chēng)：l—脈動(dòng)機(jī)構(gòu)；2—?jiǎng)?lì)磁線(xiàn)圈；3—鐵軛；4—轉(zhuǎn)環(huán)；5—給礦斗；6—漂洗水斗；7—精礦沖洗裝置；8—精礦斗；9—中礦斗；1O—尾礦斗；1l—液位斗；l2—轉(zhuǎn)環(huán)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；13—機(jī)架；F—給礦；w—清水；c—精礦；M—中礦；T—尾礦。

SLON系列磁選機(jī)核心部件激磁線(xiàn)圈由空心銅管繞制，采用低電壓高電流激磁，通水冷卻。利用純鐵制成的鐵鎧和磁極頭，與線(xiàn)圈構(gòu)成閉合回路，磁力線(xiàn)完全封閉在方框鐵殼內(nèi)，達(dá)到足夠的場(chǎng)強(qiáng)。轉(zhuǎn)環(huán)在閉合回路作切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)的作用下，磁性礦粒發(fā)生磁聚而形成“磁團(tuán)”或“磁鏈”，“磁團(tuán)”或“磁鏈”在礦漿中受磁力作用，向磁極運(yùn)動(dòng)，而被吸附在轉(zhuǎn)環(huán)上的磁介質(zhì)盒，達(dá)到分選的效果。分選效果的好壞，取決于磁選機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定。通過(guò)SLON系列自動(dòng)控制系統(tǒng)研究，關(guān)鍵要解決好“穩(wěn)定電流、穩(wěn)定場(chǎng)強(qiáng)、控制溫度、控制液位高低和控制水壓流量”等技術(shù)問(wèn)題，比如，電流不穩(wěn)定，將導(dǎo)致場(chǎng)強(qiáng)波動(dòng)，最終影響產(chǎn)品品質(zhì)。[3]

2　可編程序控制器（PLC）的工作原理

2.1可編程序控制器（PLC）的構(gòu)成

PLC由CPU,I/O模塊，編程器，存儲(chǔ)器，電源模塊等構(gòu)成。因此PLC的選擇主要應(yīng)從機(jī)型、容量（I/O點(diǎn)數(shù)和用戶(hù)存儲(chǔ)容量）、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。

2.2可編程控制器（PLC）的工作原理

可編程控制器（PLC）的工作原理實(shí)質(zhì)是循環(huán)的掃描過(guò)程。

2.3可編程控制器（PLC）的工作過(guò)程

當(dāng)PLC執(zhí)行運(yùn)行（RUN），其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。

2.3.1輸入采樣

在輸入采樣階段，PLC以?huà)呙璺绞揭来伟演斎霠顟B(tài)讀入與存入輸入映像寄存器過(guò)程。

2.3.2用戶(hù)程序執(zhí)行

在用戶(hù)程序執(zhí)行階段，PLC依次掃描用戶(hù)程序(梯形圖)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器的過(guò)程。

2.3.3輸出刷新

輸出刷新階段，PLC通過(guò)掃描方式將輸出狀態(tài)傳送到輸出鎖存器的過(guò)程。PLC性能優(yōu)勢(shì)完全取代傳統(tǒng)由繼電器和接觸器控制，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的邏輯控制、順序控制到單機(jī)模式、組網(wǎng)以及分布式組態(tài)中處理復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)控制系統(tǒng)，存儲(chǔ)量大，故障率低，操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)在自動(dòng)控制設(shè)備廣泛使用。既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線(xiàn)[4]。如磁選機(jī)、立車(chē)、龍門(mén)鏜銑床、刨床、磨床、組合機(jī)床、包裝流水生產(chǎn)線(xiàn)。

圖2　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3　PLC在磁選機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)用

3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

磁選機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)采用德國(guó)西門(mén)子S7-200可編程序控制器（PLC）、模擬量輸入輸出模塊、SMART 700 IE觸摸屏、可控硅整流裝置(包括三相半控整流電路和觸發(fā)器)、溫度變送器、電流變送器、電壓變送器等組成,與變頻控制技術(shù)及控調(diào)技術(shù)融為一體[5]，PLC對(duì)磁選機(jī)工藝參數(shù)(磁選機(jī)技術(shù)指標(biāo)：電流、電壓、場(chǎng)強(qiáng)、溫度、液位、水壓等)模擬量進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制,模擬量通過(guò)數(shù)字量之間D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換得以實(shí)現(xiàn)。PLC同時(shí)具有斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)功能。PLC結(jié)合觸摸屏(HMI)對(duì)工作過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、數(shù)據(jù)分析及故障監(jiān)控[6]。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示[7]。

3.2通過(guò)PLC控制激磁電流達(dá)到穩(wěn)定

磁選機(jī)線(xiàn)圈電流由KGCF智能數(shù)字整流柜一次線(xiàn)路電源提供線(xiàn)圈（DC:0-60V）直流電壓。通過(guò)PLC給定信號(hào)，在自動(dòng)控制狀態(tài)，控制信號(hào)觸發(fā)模塊，由KGCF觸發(fā)控制電路觸發(fā)晶閘管橋式整流電流。同時(shí)，PLC對(duì)線(xiàn)圈電流反饋信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)PID調(diào)節(jié)，電流實(shí)際值與給定值一致，達(dá)到電流穩(wěn)定。

3.3通過(guò)PLC控制場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到穩(wěn)定

磁選機(jī)場(chǎng)強(qiáng)形成由鐵鎧和磁極頭，與線(xiàn)圈構(gòu)成閉合回路產(chǎn)生，線(xiàn)圈電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)弱大小信號(hào)采集通過(guò)直流反饋信號(hào)給PLC，經(jīng)PLC自動(dòng)檢測(cè)，由KGCF觸發(fā)控制電路觸發(fā)晶閘管橋式整流電流，經(jīng)PID和分流器調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)激磁電流的控制和調(diào)節(jié)，達(dá)到場(chǎng)強(qiáng)穩(wěn)定。

3.4通過(guò)PLC控制溫度

磁選機(jī)線(xiàn)圈溫度過(guò)高因水流量低而發(fā)出報(bào)警，PLC模塊安裝溫度檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫度監(jiān)控的功能。每餅線(xiàn)圈外接相應(yīng)溫控傳感器，溫控元件檢測(cè)溫度信號(hào)超過(guò)設(shè)定值（<60℃），信號(hào)采樣經(jīng)PLC檢測(cè)后，PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出斷磁信號(hào)，封鎖觸發(fā)電路的輸出脈沖，達(dá)到切斷直流輸出，實(shí)現(xiàn)電路保護(hù)并且發(fā)出聲光報(bào)警提示，HMI觸摸顯示屏提示故障信息，提醒操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理。若線(xiàn)圈溫度恢復(fù)正常，PLC系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)激磁電流至設(shè)定值，無(wú)須人工操作。以此PLC系統(tǒng)達(dá)到對(duì)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控。

當(dāng)KGCF智能數(shù)字整流柜中可控硅、變壓器等元件在工作過(guò)程中發(fā)熱，整流柜中溫控器一經(jīng)被檢測(cè)超過(guò)設(shè)定溫度，溫度信號(hào)反饋到PLC，PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)采用變頻控制技術(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)級(jí)（1-3級(jí)）風(fēng)量調(diào)節(jié)，實(shí)施降溫散熱，避免元件因發(fā)熱燒毀。若風(fēng)機(jī)因故障無(wú)法啟動(dòng)，系統(tǒng)自動(dòng)采集和檢測(cè)信號(hào)，PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，HMI觸摸顯示屏提示故障信息，便于操作人員及時(shí)處理。

3.5通過(guò)PLC控制液位高低

磁選機(jī)液位斗安裝液位測(cè)量傳感器，液位信號(hào)由PLC系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)，液位高低由PLC自動(dòng)控制，形成采集、比樣、檢測(cè)、反饋、自控閉合回路。通過(guò)PID控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3.6通過(guò)PLC控制水壓流量

磁選機(jī)線(xiàn)圈通過(guò)水冷方式冷卻，線(xiàn)圈外接電接點(diǎn)水壓表與PLC系統(tǒng)終端相連接，用于監(jiān)控線(xiàn)圈水壓的工作情況，流量信號(hào)采集、檢測(cè)與比樣，由PLC自動(dòng)控制。若一旦流量過(guò)低或水壓出現(xiàn)異常，PLC系統(tǒng)發(fā)出自動(dòng)斷磁信號(hào)，封鎖觸發(fā)電路的輸出脈沖，達(dá)到切斷直流輸出實(shí)現(xiàn)電路保護(hù)，避免線(xiàn)圈燒毀。同時(shí)，PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出

聲光報(bào)警，HMI觸摸顯示屏顯示故障信息，提醒操作人員及時(shí)處理。若流量恢復(fù)正常，PLC系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)激磁電流至設(shè)定值，無(wú)須人工操作。HMI觸摸顯示屏提示故障信息自動(dòng)記錄存儲(chǔ)，以便管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4　結(jié)論

編程序控制器（PLC）在選礦設(shè)備（SLON系列磁選機(jī)）運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)人機(jī)完美結(jié)合。既保證設(shè)備的正常使用率又降低人工成本，提高磁選機(jī)選礦指標(biāo)，降低了能耗。實(shí)現(xiàn)SLON系列磁選機(jī)最大功效，隨著PLC高新技術(shù)的發(fā)展，為SLON系列磁選機(jī)技術(shù)支撐和創(chuàng)新提供保障。在當(dāng)今PLC技術(shù)發(fā)展前景廣闊，PLC產(chǎn)品越趨成熟完善，PLC凸顯可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功能強(qiáng)大、靈活，通俗易懂、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。被廣泛運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域中。

參考文獻(xiàn)

[1]程周.編程序控制器技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002.

[2]李忠,李勇.PLC在Slon系列磁選機(jī)的應(yīng)用[M].中國(guó)鎢業(yè),2014(3):45-50.

[3]熊大和.SLon立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)分選紅礦的研究于應(yīng)用[J].金屬礦山,2005(8):27-32.

[4]吳中俊,黃永紅.可編程序控制器原理及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004.

[5]西門(mén)子公司.SIMATIC S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2000.

[6]楊麗榮,程鐵棟.西門(mén)子S7-200 PLC在磁選機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].礦山機(jī)械,2007(4):155-156.

[7]李忠,李勇.PLC在Slon系列磁選機(jī)的應(yīng)用[M].中國(guó)鎢業(yè),2014(3):45-50.

李忠（1972—），男，江西贛州人，工程師，主要從事磁選機(jī)電控設(shè)備研制及公司安全工作。

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