選礦綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

池彥賀，王建民

(華北理工大學 電氣工程學院，河北 唐山 063009)

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選礦綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)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(tǒng)

由于中小型選礦廠自動化水平較低，所以自動化系統(tǒng)與管理系統(tǒng)不能實現(xiàn)一體化，并造成了信息孤島現(xiàn)象的出現(xiàn)。該項研究設(shè)計了一種選礦綜合自動化系統(tǒng)，將自動化系統(tǒng)與管理系統(tǒng)結(jié)合在一起，有效地解決了信息孤島問題。研究結(jié)果表明，該項目設(shè)計的綜合自動化系統(tǒng)能夠提高磨機產(chǎn)量，從而提高選礦廠的經(jīng)濟效益。

中國現(xiàn)有上千家選礦廠，存在自動化程度低、生產(chǎn)成本高、資源消耗大、環(huán)境污染嚴重等問題，已經(jīng)成為制約中國材料工業(yè)發(fā)展的瓶頸。歐洲鋼鐵工業(yè)技術(shù)發(fā)展指南提出：“對于降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少環(huán)境污染和資源消耗問題，只能通過全流程自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計來實現(xiàn)”[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(tǒng)往往與管理系統(tǒng)脫節(jié)，不能形成有效的管理，因此需要構(gòu)建一種選礦廠自動化與信息化相結(jié)合的綜合自動化系統(tǒng)[2]。該項研究設(shè)計了一種將自動化與信息化相結(jié)合的選礦綜合自動化系統(tǒng)，可以實現(xiàn)選礦廠的數(shù)字化管理，提高磨礦生產(chǎn)過程的自動化水平，以保證生產(chǎn)系統(tǒng)的持續(xù)、穩(wěn)定和高效運行[3]。

1 綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

“綜合自動化”(也稱管控一體化)是現(xiàn)代化選礦廠的基礎(chǔ)和目的。眾所周知，自動化指的是機械設(shè)備或生產(chǎn)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(xiàn)所要達到的目標，而信息化的信息又來自于生產(chǎn)設(shè)備中的自動檢測裝置，可以說自動化是信息化的基礎(chǔ)。反之，由于實現(xiàn)了信息化，又可以遠程對生產(chǎn)設(shè)備的工況進行監(jiān)測和自動控制，保證在現(xiàn)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(chǎn)效率。實現(xiàn)了管控一體化之后，可以把生產(chǎn)、安全和管理結(jié)合在一起，管理層可以實時得到現(xiàn)場的生產(chǎn)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(jié)合選礦工業(yè)現(xiàn)狀，將選礦綜合自動化系統(tǒng)分成2層：信息化系統(tǒng)與自動化系統(tǒng)，提出實現(xiàn)企業(yè)扁平化管理的集成制造系統(tǒng)。圖1所示為綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(tǒng)，操作計算機及向上延伸的礦長辦公室和遠程監(jiān)控機等組成了選礦綜合自動化的信息化系統(tǒng)。

圖1　綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 綜合自動化系統(tǒng)

底層設(shè)備通過Profibus現(xiàn)場總線與控制柜相連，控制柜通過旋鈕、開關(guān)等對磨礦所需的所有設(shè)備及儀表進行控制，目的是在保證安全穩(wěn)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(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化[4]。通過Profibus-DP(數(shù)據(jù)傳輸速率9.6 kbit/s～12 Mbit/s)設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)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(zhuǎn)進行調(diào)節(jié)；對給水量的控制，可以通過旋鈕調(diào)節(jié)給水閥的開度實現(xiàn)調(diào)節(jié)給水量的大?。粚Ρ镜?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(shù)進行遠程控制；對傳感器采集的各種數(shù)據(jù)進行集總顯示，將電流、磨音、水流量、給礦量等數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換接口價格低廉且抗干擾能力強，可以應(yīng)對磨礦現(xiàn)場的各種干擾。操作計算機也可以直接通過MODBUS協(xié)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(jiān)視現(xiàn)場運行情況，實現(xiàn)了實時高效監(jiān)視。如若遠程需要，操作計算機還可以通過GPRS設(shè)備將數(shù)據(jù)直接通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送出去，真正做到隨時隨地監(jiān)測。

3 綜合自動化信息化系統(tǒng)

上位監(jiān)控軟件由C#編寫，分為中控室監(jiān)控軟件、局域網(wǎng)服務(wù)器軟件、局域網(wǎng)客戶端軟件、遠程故障診斷軟件。中控室監(jiān)控軟件將系統(tǒng)運行過程中的數(shù)據(jù)通過畫面直觀顯示，方便現(xiàn)場操作人員對系統(tǒng)的控制監(jiān)視；局域網(wǎng)服務(wù)器軟件與中控室監(jiān)控軟件相連，將實時數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，可以實現(xiàn)對磨機運行狀況的遠程數(shù)據(jù)匯總；局域網(wǎng)客戶端軟件通過對數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的讀取，除了可以通過畫面實時監(jiān)測運行狀況外，還可以實現(xiàn)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(tài)動畫演示，可以將設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行處理，演變成動畫演示，動態(tài)地表現(xiàn)當前磨機運行狀況；下方為數(shù)據(jù)模塊區(qū)，即將數(shù)據(jù)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(shè)備運行模式；右上角的空白區(qū)為運行曲線區(qū)，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(qū)，以便觀查磨機運行趨勢曲線；最右下角的方框內(nèi)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(shè)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(tǒng)會自動根據(jù)設(shè)定值進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)無人看管自動添減料的功能。圖3為磨機給料設(shè)定圖，將對應(yīng)專家數(shù)據(jù)輸入該窗口后軟件即可通過設(shè)定值對磨機給料量、給水量進行調(diào)節(jié)。

圖3　專家系統(tǒng)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(diào)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(tǒng)實施效果

應(yīng)用該選礦自動化系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下功能：

(1)實現(xiàn)基于現(xiàn)場儀表的中小型選礦廠磨礦設(shè)備的控制，包含料、水的閉環(huán)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(chǎn)過程的參數(shù)、流程及設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)控。該自動化系統(tǒng)方便了操作人員根據(jù)生產(chǎn)需要及時對工藝進行參數(shù)調(diào)整及控制。

(3)記錄選礦設(shè)備的運行歷史數(shù)據(jù)并形成歷史曲線，用來分析和總結(jié)生產(chǎn)過程中水料之間的依賴關(guān)系，便于與設(shè)備進行配合調(diào)節(jié)，還可以將數(shù)據(jù)記錄用于分析事故原因。將所有數(shù)據(jù)都同時存到數(shù)據(jù)庫中，為今后生產(chǎn)參數(shù)提供數(shù)據(jù)源。

(4)在生產(chǎn)過程中，當設(shè)備出現(xiàn)異常時，操作軟件和現(xiàn)場控制柜將同時發(fā)出警報，以便提示操作人員或監(jiān)控室監(jiān)視人員對異常情況進行處理。

(5)可以遠程將設(shè)備運行參數(shù)同步顯示在操作軟件上，使管理人員隨時對現(xiàn)場運行狀況進行監(jiān)視，并可實現(xiàn)現(xiàn)場無人值守，減少在崗人員編制，同時減輕現(xiàn)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(shù)據(jù)庫的各種內(nèi)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(shù)據(jù)，實現(xiàn)運行狀況與管理的結(jié)合。

5 結(jié)論

選礦綜合自動化系統(tǒng)將工業(yè)自動化與信息化相結(jié)合，成功地解決了“信息孤島”問題，同時過程控制的數(shù)據(jù)得到了有效利用。該選礦綜合自動化系統(tǒng)具有控制精度高、抗干擾強、穩(wěn)定可靠、方便管理、易于檢修等特點，大大提高了設(shè)備作業(yè)效率，降低工人的勞動強度。該系統(tǒng)投入運行，使得磨機產(chǎn)量顯著提高，為選礦廠創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟價值。

[1]歐洲鋼鐵工業(yè)聯(lián)盟著，韓靜濤譯.歐洲鋼鐵工業(yè)技術(shù)發(fā)展指南[R].北京:中國金屬學會,1999:10.

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

[3]王繼生,潘濤. 數(shù)字礦山建設(shè)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(tǒng)研究及應(yīng)用[D]. 南京：東南大學,2006.

[5]譚得健. 我國煤礦自動化現(xiàn)狀及發(fā)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