選礦廠多級皮帶機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王俊新　江杰

【摘 要】皮帶機(jī)分級控制作為選礦作業(yè)中的一個(gè)重要流程，是一個(gè)復(fù)雜的非線性時(shí)變系統(tǒng)，本文結(jié)合巴潤分公司選礦廠300萬t/a選礦廠皮帶機(jī)研究了分級過程控制，對皮帶分級控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件設(shè)計(jì)，工程實(shí)施證明，本文設(shè)計(jì)的智能控制系統(tǒng)具有良好的性價(jià)比、高可靠性、易于擴(kuò)展和先進(jìn)性的特點(diǎn)，為選礦廠的安全、故障提供實(shí)時(shí)監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】選礦廠；智能控制；設(shè)計(jì)與應(yīng)用

0 引言

從全球范圍內(nèi)看，鋼鐵儲量已處于過剩狀態(tài)，鋼鐵和鐵礦石的市場價(jià)格持續(xù)走低，很難創(chuàng)造可觀的利潤。在自然條件相同的前提下，選礦自動(dòng)化技術(shù)可以幫助選礦廠帶來更多的效益，降低人力成本，提供必備的安全保障[1-2]。選礦生產(chǎn)和作業(yè)過程中，皮帶分級控制是比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它的作業(yè)工序?qū)x礦廠內(nèi)很多生產(chǎn)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)與否有很大的影響，它是磨礦作業(yè)的前提，皮帶分級控制的好壞直接對磨礦作業(yè)產(chǎn)生影響。皮帶分級過程往往受到很多因素的干擾，其運(yùn)行的連續(xù)性，有多種參數(shù)待控制且彼此間具有明顯的相關(guān)性。不能僅對運(yùn)行分過程進(jìn)行控制，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，或是把多個(gè)系統(tǒng)重新組合起來，我們需全面控制皮帶分級過程中涉及的各個(gè)參數(shù)，應(yīng)用控制算法和優(yōu)良設(shè)備。單純通過人工對皮帶分級進(jìn)行調(diào)節(jié)，很難為下一步球磨機(jī)發(fā)揮最大的處理能力做好鋪墊，溢流粒度也很難保證100%合格。特別在礦石硬度、粒度波動(dòng)性大、作業(yè)指標(biāo)及其不穩(wěn)的情況下，其合格率更沒有保證。優(yōu)質(zhì)的管理和自動(dòng)化控制，能夠帶來超額的效益。可見，探討皮帶分級實(shí)施智能控制是很有必要的[3-6]。

本論文結(jié)合了皮帶分級過程這一重要的工業(yè)背景，選取巴潤分公司選礦廠作為研究對象，經(jīng)過多年對設(shè)備改造及設(shè)備管理水平的提升，設(shè)備運(yùn)行逐步趨向于穩(wěn)定，而對于設(shè)備管理者來說不斷提升設(shè)備管理水平是個(gè)永恒的主題，正值此時(shí)公司提出了創(chuàng)建國內(nèi)一流，國際先進(jìn)的現(xiàn)代化礦山的戰(zhàn)略目標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)公司戰(zhàn)略目標(biāo)，使我公司的設(shè)備管理水平再上一個(gè)臺階，于是提出了巴潤選礦廠破碎區(qū)域皮帶系統(tǒng)無人值守的課題，此項(xiàng)目實(shí)施后不僅可以提升設(shè)備管理水平，而且可以極大的起到將本增效的作用。通過分析皮帶分級流程中遇到的控制問題，對巴潤300萬t/a特大型皮帶分級控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

1 工藝過程

1.1 選礦流程

宏觀上，選礦可分成破碎、磨礦以及篩選這三個(gè)核心環(huán)節(jié)；微觀上，則可將其細(xì)分成破碎、篩分分級、磁選以及后期處理等不同工序，鐵礦的選礦工藝流程見圖1。

1.2 磨礦流程

在國內(nèi)，鐵礦磨礦工藝基本適用兩段磨礦。中小型選礦廠，則以單段磨礦為主。磨礦，一般是通過研磨、沖擊兩種形式實(shí)現(xiàn)。對產(chǎn)品進(jìn)行破碎，使其粒度達(dá)到10-300μm。磨碎粒度，可參照礦石內(nèi)有用礦物實(shí)際的浸染粒度，適用的選別方法等進(jìn)行挑選。

1.3 皮帶分級流程

皮帶分級控制是比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它的作業(yè)工序，對選礦廠內(nèi)很多生產(chǎn)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)與否有很大的影響，它是磨礦作業(yè)的前提，根據(jù)篩面篩孔不同的大小，我們可將物料劃分成多種粒度級別，即篩分。篩分分級，適用于那些粒度相對較大的物料。根據(jù)介質(zhì)（一般指的是水）中顆粒自身的沉降速度，同樣可將物料劃分成多個(gè)等降級別，即分級。該操作，適用那些粒度相對偏小的物料。粉碎期間，篩分、分級是將粒度適中的物料予以分出，也可以將物料劃分成多種粒度級別。

2 皮帶分級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 皮帶自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

巴潤分公司選廠整體控制體統(tǒng)要求分為三層，第一層為信息層，主要完成集中監(jiān)控，集中協(xié)調(diào)控制。設(shè)定輸入的操作和下達(dá)指令的操作，系統(tǒng)報(bào)警，運(yùn)行管理及所有工藝參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行顯示、控制過程顯示。第二層為現(xiàn)場控制層（PLC子站），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，控制算法的實(shí)施，工藝信號的聯(lián)鎖等功能；第三層為設(shè)備層，即各類智能傳送器、各類接觸器、真空斷路器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)和各種檢測儀器、儀表，完成上層發(fā)出的命令和數(shù)據(jù)采集。破碎過程控制系統(tǒng)流程如圖2所示：

本系統(tǒng)中提及的給礦部分，是由小圓盤給礦機(jī)（30個(gè)）、小皮帶（數(shù)量為6條）共同予以供礦。每組包含5個(gè)小圓盤、1條小皮帶；3個(gè)小皮帶，可以為2條大皮帶提供礦產(chǎn)，而2條大皮帶則可為球磨機(jī)分別予以供礦；系統(tǒng)使用的檢測儀表，主要是電子皮帶秤、粒度計(jì)以及濃度計(jì)等多種。

電氣控制系統(tǒng)，是由電源控制柜（數(shù)量為單臺）、PLC控制柜（數(shù)量為2臺）、電氣控制柜（數(shù)量為8臺）、電子稱控制柜（數(shù)量為2臺）、變頻器（數(shù)量為14臺）以及電機(jī)等多個(gè)部分組成。電源柜，能夠?yàn)镻LC柜、控制柜以及電子稱控制柜等多個(gè)組件進(jìn)行正常地供電。按照現(xiàn)場相應(yīng)的工藝標(biāo)準(zhǔn)與要求，為保證系統(tǒng)自身的可靠性，我們通常選擇分布式控制系統(tǒng)，借助HH54P繼電器來對開關(guān)量進(jìn)行有效控制。借助RZG-2100R處理器，完成全部隔離操作。繼電器能對開關(guān)量進(jìn)行有效監(jiān)控，改進(jìn)PL相應(yīng)的控制效果?，F(xiàn)場設(shè)備的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)亦或是執(zhí)行，均需遵循PLC下達(dá)的指令；運(yùn)用隔離處理器，將信號傳輸至電氣控制柜上，讓設(shè)備能夠在滿足控制要求的情況下運(yùn)行。

2.2 皮帶自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

巴潤分公司進(jìn)行選廠工程設(shè)計(jì)期間，本系統(tǒng)軟件主要由PLC控制程序、計(jì)算機(jī)監(jiān)控程序等構(gòu)件組成。系統(tǒng)軟件編寫主要應(yīng)用了西門子公司研發(fā)的專用軟件，該軟件可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)硬件組態(tài)以及通信組態(tài)進(jìn)行編寫，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)軟件進(jìn)行編寫。若需對控制程序進(jìn)行編寫，需應(yīng)用版本為STEP7 V5.4的軟件，編程方式可選擇結(jié)構(gòu)化程序，首先對控制任務(wù)進(jìn)行劃分，將其劃分為細(xì)小的子程序，然后將其編制到各個(gè)組織塊中。PLC控制程序包括兩大類，一類是系統(tǒng)程序，另一類是用戶程序。系統(tǒng)程序本身含有系統(tǒng)函數(shù)，用戶直接對其進(jìn)行調(diào)用，用戶程序需按照每個(gè)用戶提出的控制要求進(jìn)行編寫，它包括主程序塊，還包括功能塊，此外還有中斷組織塊以及數(shù)據(jù)塊等。當(dāng)STEP7軟件編寫好用戶程序以后，需在PLC主機(jī)中完成下載工作。系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用的是WINCC軟件，通過對該西門子中的組態(tài)軟件加以設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)工藝進(jìn)行有效調(diào)整，同時(shí)還可使控制設(shè)備保持正常的運(yùn)行狀態(tài)。

STEP7軟件能夠?qū)?yīng)用方案進(jìn)行自動(dòng)創(chuàng)建，數(shù)據(jù)可通過項(xiàng)目形式實(shí)現(xiàn)管理，如硬件組態(tài)數(shù)據(jù)、模塊參數(shù)、通信組態(tài)數(shù)據(jù)、模塊程序等。圖3是該方案的詳細(xì)創(chuàng)建流程。

STEP7軟件研究如何對用戶程序進(jìn)行編寫，同時(shí)還闡述了硬件組態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)的相關(guān)內(nèi)容，通過對結(jié)構(gòu)化程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場工藝設(shè)備進(jìn)行有效控制。

2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

巴潤分公司對控制系統(tǒng)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，通過引進(jìn)其他控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)理念，同時(shí)借鑒了與控制系統(tǒng)相關(guān)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。結(jié)合控制設(shè)備的具體配置以及控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和流程選擇，考慮到設(shè)備選型以及重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要求提出的設(shè)計(jì)方案必須具備正確的結(jié)構(gòu)，方案必須合理先進(jìn)，其性價(jià)比以及實(shí)用性需比其他控制系統(tǒng)更高。

控制系統(tǒng)完成上位機(jī)以及下位機(jī)的組態(tài)，且完成編程和控制電纜以及電氣電纜的連接，同時(shí)對其進(jìn)行多次測試且完成了PLC的供電、輸出以及輸入等信號線的檢查，接下來需對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試有兩個(gè)不同階段：模擬、現(xiàn)場調(diào)試。

當(dāng)在線調(diào)試進(jìn)行到一定階段，皮帶分級系統(tǒng)的運(yùn)行效果以及控制功能將符合設(shè)計(jì)要求，皮帶運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障時(shí)，可及時(shí)反饋報(bào)警，必要時(shí)自動(dòng)停止皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)，本系統(tǒng)的運(yùn)行狀況相對比較穩(wěn)定，其維護(hù)難度相對較小且操作人員也更輕松，因此本系統(tǒng)的應(yīng)用效果比較好。

3 結(jié)論

選礦工藝流程內(nèi)，皮帶控制系統(tǒng)可以說是非常重要的環(huán)節(jié)。以巴潤分公司300萬t/a選礦工程為例，探討了皮帶分級控制系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)過程，在對其他皮帶分級控制系統(tǒng)所取得經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行整理和總結(jié)的前提下，全面優(yōu)化控制設(shè)備及其選型過程，對控制設(shè)備進(jìn)行科學(xué)配置，設(shè)計(jì)好控制回路以及皮帶分級控制系統(tǒng)內(nèi)部的功能、結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)無人值守的智能控制系統(tǒng)。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]