銅選礦自控系統(tǒng)的設計及實施方案

摘 要：本文介紹了某銅選礦的生產流程，詳細描述了銅選礦自動控制的設計實現(xiàn)過程及相應的控制解決方法。

關鍵詞：自動控制系統(tǒng)；銅礦

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）24-0273-02

1 工藝生產流程

該銅選礦工藝流程為：破碎篩分→磨浮→精礦濃縮→尾礦脫水。

2 過程儀表種類

銅選礦使用的儀表主要有：皮帶秤、電磁流量計、濃度計、物位計、液位計、壓力變送器、電動調節(jié)閥、溫度變送器、水位報警儀、數(shù)字顯示控制儀、數(shù)字控制巡檢儀等。

3 控制系統(tǒng)概述

控制系統(tǒng)采用集中監(jiān)視，分散控制的工作方式，控制系統(tǒng)由磨浮、破碎篩分及尾礦脫水等控制系統(tǒng)等構成，在相應廠房內單獨設置控制室。磨浮主廠房控制室既要對磨浮廠房及精礦區(qū)域的設備和工藝過程進行控制，還需要對破碎篩分廠房及尾礦區(qū)域的設備運行進行監(jiān)控。

3.1 控制系統(tǒng)選型

中細碎篩分自動控制以電氣聯(lián)鎖為主，磨浮工藝自動控制需要過程控制和電氣聯(lián)鎖相結合。本選礦控制系統(tǒng)采用美國Rockwell公司的ControlLogix5000系統(tǒng)和SLC500系統(tǒng)，確?？刂葡到y(tǒng)長期穩(wěn)定運行。

3.2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲

控制系統(tǒng)選用雙層網(wǎng)絡模式，管理層為以太網(wǎng)，控制層為ControlNet網(wǎng)?？刂浦骶W(wǎng)選用冗余ControlNet網(wǎng)，再以DH+網(wǎng)輔助，組成了整個控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構?？刂葡到y(tǒng)分為3個相對獨立的部分：磨浮主控站、中細碎篩分操作站、尾礦脫水操作站。磨浮主控站使用DH+模塊與中細碎篩分及尾礦脫水控制器進行通訊，磨浮主控站采用ControlLogix5000系統(tǒng)，處理器通過光纖相連，當主處理器出現(xiàn)故障時，數(shù)據(jù)傳入從處理器；兩條ControlNet網(wǎng)向下與主從處理器相連，向上與上位操作站連通，I/O盤柜也是利用雙ControlNet網(wǎng)線互連。

3.3 控制室配置

根據(jù)廠房分布及工藝，分別設置3個控制室：

（1）磨浮主控室：控制室位于磨浮廠房，擁有1對Logix5000控制器和兩臺I/O盤柜，I/O盤柜之間利用ControlNet網(wǎng)互連，控制室內擁有3臺上位操作站，即磨浮主廠房工程師站1臺、操作員站1臺、精礦濃縮操作員站1臺，操作站與控制器之間利用ControlNet網(wǎng)進行通訊。

（2）破碎篩分控制室：控制室位于破碎篩分車間，擁有1套SLC500控制器及兩臺I/O盤柜，I/O盤柜之間使用C9電纜互連，控制室設1臺工程師站（兼操作員站）。

（3）尾礦脫水控制室：控制室位于尾礦脫水車間，擁有1套SLC500控制器及一臺I/O盤柜，控制室設1臺工程師站（兼操作員站）。

3.4 主要工藝控制要求

（1）磨浮主控區(qū)：該銅選礦共有3臺球磨機組。一段球磨：原礦經(jīng)粉碎篩分后，由3號皮帶運至儲礦罐，料位檢測計對料位進行檢測并與3號皮帶聯(lián)鎖，實現(xiàn)對3號皮帶運料量的控制；4號皮帶把料從儲礦罐送入一段球磨機，利用該皮帶上的核子秤對加入球磨機的礦量進行控制；球磨機需要加水來降低溫度，前加水控制閥前的流量檢測計對控制閥的開度進行實時監(jiān)測。

（2）破碎篩分控制區(qū)：該控制區(qū)控制的內容主要就是幾個礦倉的料位與皮帶的聯(lián)鎖以及料位顯示，控制設備聯(lián)鎖停車或單獨停車。

（3）尾礦脫水控制區(qū)：該控制區(qū)所有設備電氣聯(lián)鎖停車。當液位低于下限時，泵聯(lián)鎖停車，濃密機的電動調節(jié)閥利用PID控制回路調整攪拌槽的液位。

（4）加藥系統(tǒng)控制區(qū)：加藥系統(tǒng)采用SLC500系列的PLC加藥系統(tǒng)，確保定時、定點、定量精確加藥。取樣系統(tǒng)采用SLC500系列管道自動取樣機，保證了取樣的公正合理。

3.5 磨浮主控區(qū)控制功能

3.5.1 4號皮帶恒定給礦PID控制

影響球磨機出礦量的因素：4號皮帶送礦量、球磨機前加水量、球磨機功率、旋流器內壓力等，儲礦罐內的粉礦由4號皮帶運至球磨機，如果4號皮帶的送礦量不穩(wěn)定，要做到出礦量恒定是很困難的，所以必須要設計一套PID控制回路，來保證給礦量的穩(wěn)定性。

3.5.2 球磨機前加水PID控制

前加水就是為了降低球磨機工作時產生的熱量，在球磨機的入口與原礦一同加入水，同時它也影響到球磨機出礦的濃度，流量等指標，應設計一套PID控制回路對前加水量進行控制。

3.6 控制系統(tǒng)供電

使用3臺UPS為整個控制系統(tǒng)供電，分別設置在磨浮主廠房盤柜室、破碎篩分盤柜室、尾礦脫水盤柜室。UPS的負荷不超過30%，在斷電的情況下，控制系統(tǒng)仍能正常穩(wěn)定運行不少于30min。

4 控制系統(tǒng)軟件組態(tài)

4.1 控制系統(tǒng)下位軟件編程

控制系統(tǒng)下位軟件利用RSLogix5000和RSLogix500軟件實現(xiàn)組態(tài)，整個控制系統(tǒng)分為三個控制區(qū)，控制區(qū)間的數(shù)據(jù)互訪通過編程組態(tài)、網(wǎng)絡通訊的方法進行。磨浮主控制區(qū)使用RSLogix5000編程，中細碎篩分控制區(qū)及尾礦脫水控制區(qū)使用RSLogix500編程。

4.1.1 硬件配置

硬件配置就是根據(jù)銅礦監(jiān)控測點的類型、數(shù)量，留有一定的余量（25%）配置相應的模塊。RSLogix500、RSLogix5000軟件平臺的硬件配置組態(tài)應與現(xiàn)場I/O盤柜內的硬件一致。

4.1.2 實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)

實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)分為控制采集點組態(tài)和中間變量組態(tài)。根據(jù)監(jiān)控測點清單并參考現(xiàn)場實際，進行合理的I/O硬件通道分配，根據(jù)變量建立標簽，形成實時數(shù)據(jù)庫；中間變量組態(tài)是對編制控制算法時生成的中間變量以及上位人機界面產生的變量建立標簽，并根據(jù)變量的數(shù)據(jù)類型、作用等將其分組。

4.1.3 控制算法編程

編制控制系統(tǒng)軟件的核心是控制算法組態(tài)，使用不同的組態(tài)工具對工藝控制方案進行編程，工藝控制方案編程時應對多種方法進行比較，選擇最優(yōu)方法。

4.1.4 程序編譯與下裝

控制系統(tǒng)下位軟件編制完成后，使用編譯工具對項目文件進行編譯，修改錯誤后將項目文件下裝到各自的控制器，進行現(xiàn)場控制系統(tǒng)調試，調試時應根據(jù)現(xiàn)場情況，對項目文件進行修改。

4.2 控制系統(tǒng)上位軟件組態(tài)

利用RSView32軟件對控制系統(tǒng)的上位軟件進行組態(tài)，將生產過程所需要監(jiān)測和控制的信息通過人機界面表現(xiàn)出來。軟件組態(tài)的內容包括流程畫面、報警信息、歷史趨勢等。

4.2.1 流程畫面

工藝生產流程畫面既是了解工藝生產過程的窗口，也是操作平臺，既要簡潔地展現(xiàn)生產流程，更主要的是能適時準確地顯示生產工藝及設備運行狀態(tài)參數(shù)。

4.2.2 數(shù)據(jù)報警

數(shù)據(jù)報警的內容主要有設備故障報警、系統(tǒng)故障報警、硬件診斷、工藝數(shù)據(jù)報警等。對與生產密切相關的工藝及設備參數(shù)的范圍進行設定，超出范圍時生成報警信號，并對報警信息進行記錄和跟蹤。

4.2.3 歷史趨勢

歷史趨勢就是將生產數(shù)據(jù)進行歸檔處理，按一定的周期將數(shù)據(jù)顯示在趨勢畫面上，記錄生產所需參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析處理，為事故原因分析和事故追憶提供依據(jù)。

5 結束語

該銅選礦控制系統(tǒng)多年來運行穩(wěn)定，滿足了用戶監(jiān)控生產的需求，對銅選礦安全正常生產起到了至關重要的作用。

參考文獻

[1]李振安，主編.工廠電氣設備控制技術.重慶大學出版社，2002.

[2]邱公偉，主編.可編程控制器網(wǎng)絡通信及應用.清華大學出版社，2000.

[3]張來伍，林 澄，主編.過程控制原理與系統(tǒng).化學工業(yè)出版社，1995.

收稿日期：2018-7-16

作者簡介：呂 冰（1970-），男，漢族，高級工程師，本科。