礦山充填工藝及自動化控制系統(tǒng)研究

□姚倩茹 金 凱 張 苗 康祥安 黨志珍

(西安航空學(xué)院電子工程學(xué)院 陜西 西安 710077)

礦山充填工藝及自動化控制系統(tǒng)研究

□姚倩茹 金 凱 張 苗 康祥安 黨志珍

(西安航空學(xué)院電子工程學(xué)院 陜西 西安 710077)

當(dāng)對礦山完成開采之后，會使礦山底部出現(xiàn)采空區(qū)，對地表地貌造成嚴重的破壞，當(dāng)對礦體底部實行填充之后，不但會極大地增加礦下作業(yè)的安全，并且能夠提高資源的利用率，對環(huán)境的保護也具有重要的意義。本文對礦山的充填工藝做了簡要的介紹，并對其中的自動化控制系統(tǒng)開展了詳細的論述解析。

填充工藝；自動化控制系統(tǒng)；PLC

1 礦山充填中的自動化控制系統(tǒng)

1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計原則

作為井下生產(chǎn)的一個重要組成部分[1]，礦山充填質(zhì)量的優(yōu)劣對礦山的安全生產(chǎn)具有重要意義。以前的充填系統(tǒng)都是通過儀表來控制料漿的濃度的，存在較多的人為因素，工人擁有繁重的工作，嚴重影響著充填的質(zhì)量。近些年來，計算機技術(shù)得到飛速發(fā)展，在工業(yè)方面的應(yīng)用也逐漸被普及，為礦山充填技術(shù)的改進提供了堅實的后盾。因此，在控制系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)該充分考慮到可靠、安全、簡易等因素，確保設(shè)計出來的系統(tǒng)能夠使充填工藝得到發(fā)展。

1.2 控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、保存及控制模式

控制室監(jiān)控著整個運作系統(tǒng)，將現(xiàn)場工作的每一臺機器的工作狀況和工作參數(shù)傳輸給PLC，它再與監(jiān)控站交換數(shù)據(jù)，使每一臺機器的工作情況顯示出來。操作人員就可以依據(jù)這些數(shù)據(jù)來對現(xiàn)場工作的機器發(fā)布命令，這些指令首先經(jīng)過PLC，跟輸入信號進行結(jié)合，按照已經(jīng)編好的程序?qū)ζ浞g，并將翻譯結(jié)果傳給輸出端，通過各個輸出端信號就可以完成對現(xiàn)場機器的控制。

PCL的CPU當(dāng)中存儲著所有的系統(tǒng)控制程序，控制著程序的運行，運行參數(shù)會被儲存在CPU當(dāng)中，監(jiān)控站利用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)從CPU當(dāng)中讀取數(shù)據(jù)，監(jiān)控其運行情況。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，只是會導(dǎo)致監(jiān)控站的無法繼續(xù)監(jiān)控，并不會影響控制程序的正常運行，而且，系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)也不會丟失，當(dāng)電腦恢復(fù)正常的時候，監(jiān)控站又可馬上獲得監(jiān)控數(shù)據(jù)。

上位監(jiān)控站能夠通過和PLC交換數(shù)據(jù)來顯示控制系統(tǒng)的運行情況，包含各個測試點的數(shù)據(jù)變化、機器的運作情況，并且能夠發(fā)出實時警報而且對其報警情況作詳細的記錄，以方便在控制室的工作人員對現(xiàn)場情況能夠清晰的掌握。不需要再到現(xiàn)場去查看、操作，使得工作人員的負擔(dān)減少，實現(xiàn)了控制室的集中監(jiān)控。

2 控制系統(tǒng)中被控對象的控制設(shè)計

2.1 充填料漿濃度控制設(shè)計

在對礦山進行填充時[2]，因為料漿的濃度會受到很多因素的影響，導(dǎo)致料漿的濃度不是呈線性的變化，出現(xiàn)純滯后的現(xiàn)象，常用的PID算法不能夠很好的控制料漿的濃度，嚴重影響著料漿的傳輸與填充的質(zhì)量。所以，人們通常會改善控制的方式或者是建立二級攪拌以彌補出現(xiàn)的問題。在改善控制的方式上，一般利用專家PID算法來實現(xiàn)控制的優(yōu)化。

2.2 充填料漿配比控制設(shè)計

填充時使用的材料主要為水、水泥、尾砂、砂礫。剛開始填充時，把尾砂當(dāng)作骨料，當(dāng)能夠從廢石料中提取出砂礫之后，就把沙礫當(dāng)作骨料，以實現(xiàn)保護環(huán)境、降低成本的目的。在充填過程中需要準確的灰砂配比，而想要根據(jù)周圍環(huán)境計算出其比例也不是很容易。因此，還要考慮環(huán)境的濕度和溫度等因素。對于間隙的自動化控制，根據(jù)實際需要，可以將控制系統(tǒng)設(shè)定為雙閉環(huán)比值的控制，進而滿足灰砂比的自動化需求。

2.3 水倉液位、水泥倉料位及攪拌槽料位控制設(shè)計

要想調(diào)節(jié)料漿的濃度，需要利用到給水閥，調(diào)漿的水是利用水泵從水庫中的水抽出，通過水倉傳輸?shù)焦艿乐械模枰獙λ畟}中水的高度嚴格控制，在這，可以把控制水位的系統(tǒng)設(shè)定為單閉環(huán)控制的，同時利用PID控制器實行控制，不但能夠避免水泵的頻繁動作，而且能夠避免因頻繁動作而產(chǎn)生的震蕩。

PID帶死區(qū)的控制系統(tǒng)屬于一種非線性的系統(tǒng)[3]，當(dāng)|e(k) |≤|e0|時，數(shù)字調(diào)節(jié)器就會輸出零；當(dāng)|e(k) |＞|e0|時，e(k)就會變成正常的值，而且是反饋值和設(shè)定值的差值，是PID的輸出。e0是一個能夠調(diào)整的常數(shù)，具體的數(shù)值要根據(jù)實際要求確定。并且需要注意的是，e0不能太大也不能太小，小了就會導(dǎo)致頻繁的動作，大了就會導(dǎo)致系統(tǒng)的滯后。

攪拌槽和水泥倉的含量信號都是利用變送器來傳達給PLC控制器，在對其液位和料位實行監(jiān)控時通常會設(shè)置保證設(shè)備，杜絕料位或液位的過低或過高。

結(jié)束語

本文對礦山充填技術(shù)的自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計展開了詳細的分析，在采用自動控制系統(tǒng)之后，不但能夠減少人力的成本還能夠提高其生產(chǎn)效率，減少不必要的維修，具有非常良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

[1]柳艷峰,張?zhí)旒t.有色金屬礦山充填系統(tǒng)自動控制技術(shù)[J]金川科技,2015（3）:1-4.

[2]蔣振,張強.某礦山充填材料制備站自動控制方案探析[J]現(xiàn)代制造,2013（3）:70-71.

[3]趙蕊紅,李曉鵬.銅鋅礦山尾礦回填自動控制系統(tǒng)[J].商品與質(zhì)量:房地產(chǎn)研究,2014（2）:244-244.

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.22.082

1004-7026（2017）22-0107-01

TD853.34;TD67

A

姚倩茹（1996-），女，陜西西安，本科在讀，研究方向：自動化控制，陜西省西安市閻良區(qū)西安航空學(xué)院。