集中控制系統(tǒng)在高濃度充填站上的應(yīng)用

李召國，謝榮峰

（福建省政和縣源鑫礦區(qū)有限公司，福建 南平 353600）

近年來，隨著充填工藝技術(shù)的迅速發(fā)展，充填采礦法已經(jīng)成為一種高效、低損失低貧化、有利于環(huán)境保護(hù)的采礦方法，該采礦法已越來越廣泛地被應(yīng)用。目前國內(nèi)充填礦山可用于充填骨料的有全尾砂、分級(jí)尾砂、河砂、棒磨砂和廢石等。結(jié)合礦山實(shí)際情況，福建省政和縣源鑫礦業(yè)源鑫公司充填骨料選擇選廠產(chǎn)出的全尾砂。本充填系統(tǒng)使用的材料是全尾砂、水泥和水三種物料在地面加工成的無臨界流速、不需脫水的高濃度漿體。

集中控制系統(tǒng)作為中控系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間聯(lián)系的重要紐帶，能有效的將深錐膏體濃密機(jī)、混凝土攪拌機(jī)、充填工業(yè)泵及水泥輸送計(jì)量裝置等充填站設(shè)備集中控制，并通過流量計(jì)、濃度計(jì)等儀表將各測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸至集中控制系統(tǒng)，集中控制系統(tǒng)根據(jù)各運(yùn)行設(shè)備的信息，并進(jìn)行監(jiān)控，將調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸給各運(yùn)行設(shè)備，從而保證充填系統(tǒng)的濃度比、充填量、充填質(zhì)量[1]。

1 高濃度充填站工藝流程

選廠產(chǎn)出的全尾砂通過渣漿泵輸送至充填站內(nèi)的深錐膏體濃密機(jī)中，通過添加絮凝劑進(jìn)行絮凝沉降，溢流水直接返回選廠使用，深錐濃密機(jī)底流濃度達(dá)到58%±2（全尾砂）后，經(jīng)底流循環(huán)輸送系統(tǒng)輸送至混凝土攪拌機(jī)，與來自水泥倉的水泥進(jìn)行強(qiáng)力攪拌，形成合乎質(zhì)量的高濃度充填料漿，通過充填工業(yè)泵經(jīng)管道輸送至待充采空區(qū)。

2 高濃度充填站主要設(shè)備及設(shè)施簡(jiǎn)介

2.1 深錐膏體濃密機(jī)

深錐膏體濃密機(jī)是全尾砂低濃度漿體向高濃度漿體轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵設(shè)備，是全尾砂充填系統(tǒng)的核心設(shè)備之一。深錐膏體濃密機(jī)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)24h 滿負(fù)荷工作，解決了傳統(tǒng)的二段式濃密或一段式濃密底流濃度低的弊端，提高了底流濃度，同時(shí)通過增設(shè)底流循環(huán)系統(tǒng)，可使料漿在濃密機(jī)內(nèi)部循環(huán)，避免壓耙等現(xiàn)象的發(fā)生。其工作原理是膏體濃密機(jī)在工作時(shí)，先對(duì)入料礦漿進(jìn)行絮凝，然后注入較深位置處的流態(tài)化泥層表面的下方。泥層表面形成一個(gè)清晰的固液界面，液體則位于該界面上方。

2.2 充填工業(yè)泵

充填工業(yè)泵是全尾砂高濃度輸送工藝不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備，是泵送充填系統(tǒng)的核心。充填工業(yè)泵由兩大部分組成，即雙缸活塞泵和液壓站。雙缸活塞泵由料斗、液壓缸及活塞、輸送缸、換向閥、冷卻槽以及攪拌器等組成。液壓站主要由電動(dòng)機(jī)、多組液壓泵及液壓管路系統(tǒng)(與缸體各動(dòng)作部件用高壓油管相連)液壓油箱及冷卻系統(tǒng)、動(dòng)力及電控操作系統(tǒng)等。

2.3 混凝土攪拌機(jī)

待攪拌的介質(zhì)為深錐膏體濃密機(jī)制備出的高濃度的全尾砂料漿，物料粒級(jí)較細(xì)，添加水泥以后粘稠度增大，提高了攪拌均勻的難度?；炷翑嚢铏C(jī)，在充填過程中起到攪拌、緩存作用。

2.4 水泥輸送計(jì)量裝置

水泥輸送計(jì)量裝置是集粉體物料給料輸送、稱重計(jì)量和定量給料控制為一體，機(jī)電一體化的產(chǎn)品，主要由卸料閘門、穩(wěn)流給料裝置、螺旋輸送裝置、計(jì)量裝置、電控系統(tǒng)等部分組成，能適用于各種工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的粉體物料連續(xù)計(jì)量和配料控制系統(tǒng)，尤其可杜絕結(jié)拱及沖料現(xiàn)象的發(fā)生。

3 集中控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)采用上位機(jī)組態(tài)+PLC 的集中控制方式，采用以太網(wǎng)通訊，該控制方式具有先進(jìn)、可靠、集中管理、分散控制、穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)，是目前工控行業(yè)一種比較流行的控制方式理念，上位機(jī)采用組態(tài)畫面集中顯示和控制，使操作人員的操控更加簡(jiǎn)單、直觀，強(qiáng)大的歷史記憶功能及智能化的數(shù)據(jù)處理功能大大的解放了操作者的工作量。PLC 主機(jī)+各功能模塊實(shí)時(shí)的完成設(shè)備的過程控制及信號(hào)的采集，整個(gè)系統(tǒng)可以完成實(shí)時(shí)的監(jiān)控、報(bào)表打印，歷史數(shù)據(jù)查詢、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢，報(bào)警等功能。

3.1 電源及功率

電源：AC380V，50HZ。

主要控制系統(tǒng)各部分功率：深錐膏體濃密機(jī)系統(tǒng)：45KW攪拌系統(tǒng)：135KW 充填工業(yè)泵系統(tǒng)：220KW 水泥輸送系統(tǒng)：22.5KW

3.2 上位機(jī)

硬件：2 臺(tái)研華610H 工控機(jī)，2 臺(tái)三星液晶顯示器，互為備用。軟件：KingView 6.53，WinXP Professional。

3.3 下位機(jī)

硬件：西門子CPU 315+數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊。

PLC 模塊結(jié)構(gòu)，CPU 采用西門子S7-300 系列CPU 315-2 DP，S7-300 系列充分支持工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)的“透明就緒”架構(gòu)，有最佳的擴(kuò)展，功能強(qiáng)勁，結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量與模擬量的I/O 處理，具備信號(hào)采集、回路調(diào)節(jié)、邏輯連鎖、順序控制等功能，性能先進(jìn)，安全可靠；開放性好，結(jié)構(gòu)完善。該控制系統(tǒng)為全分布、全開放系統(tǒng)，既便于功能和硬件的擴(kuò)充，又能充分保護(hù)應(yīng)用資源和投資，分布軟件模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)能適應(yīng)功能的增加和規(guī)模的擴(kuò)充，并能自診斷；特別是采用以太網(wǎng)通訊的方式，只要網(wǎng)絡(luò)搭建好，可以在總控室直接操作其他從站設(shè)備，調(diào)試非常方便。

DI、DO 模塊采用插拔式結(jié)構(gòu)（支持熱插拔），體積小，集成度高，安裝、擴(kuò)展方便。接線采用插頭的方式，無論在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝調(diào)試還是在今后的設(shè)備維護(hù)中都非常方便。

AI、AO 模擬量采集模塊采用插拔式結(jié)構(gòu)，體積小，集成度高，安裝、擴(kuò)展方便。在程序設(shè)計(jì)中，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)置，就可以直接測(cè)量出現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備模擬量的數(shù)值，而且此模塊本身可以設(shè)置一次濾波和二次濾波，減少干擾信號(hào)的影響，增加模塊采集數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)確性。

4 操作說明

設(shè)備的操作主要在上位機(jī)組態(tài)畫面完成，包括各設(shè)備的啟/停操作，設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控，報(bào)警顯示，電流曲線查詢、配比的調(diào)用及存儲(chǔ)，報(bào)表的存儲(chǔ)及打印等。各設(shè)備均具有遠(yuǎn)程和就地兩種操作模式。

4.1 就地模式

“就地”為設(shè)備檢修或故障排除時(shí)脫離集控控制的一種模式。當(dāng)設(shè)備選擇“就地模式”時(shí)，總控室內(nèi)上位機(jī)無法遠(yuǎn)程控制該設(shè)備?！熬偷啬Ｊ健毕略O(shè)備的操作流程詳見各設(shè)備控制說明。

4.2 遠(yuǎn)程模式

4.2.1 主監(jiān)控畫面

“遠(yuǎn)程”為設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)歸于集控控制的一種模式。前提為各設(shè)備控制柜控制面板“就地/遠(yuǎn)程”開關(guān)選擇為“遠(yuǎn)程”?！斑h(yuǎn)程模式”通過上位機(jī)組態(tài)畫面來實(shí)現(xiàn)總控室操作人員對(duì)充填站的遠(yuǎn)程控制及信號(hào)檢測(cè)?！斑h(yuǎn)程模式”下，上位機(jī)組態(tài)畫面又可實(shí)現(xiàn)充填站手動(dòng)與自動(dòng)兩種運(yùn)行方式。

手動(dòng)運(yùn)行：通過上位機(jī)組態(tài)畫面，點(diǎn)擊各設(shè)備動(dòng)作按鈕、配比設(shè)定等下發(fā)指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制充填站設(shè)備，同時(shí)將各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)如實(shí)的反饋到組態(tài)畫面中，方便操作人員監(jiān)測(cè)。

上位機(jī)主畫面中，包含攪拌系統(tǒng)及泵送系統(tǒng)兩部分內(nèi)容，主要用于各設(shè)備狀態(tài)的運(yùn)行監(jiān)控，稱重?cái)?shù)值的顯示及各個(gè)畫面的切換功能。

4.2.2 用戶登錄

點(diǎn)擊“用戶登錄”前圖標(biāo)，進(jìn)入用戶登錄畫面，選擇用戶名，并輸入密碼，正式進(jìn)入運(yùn)行監(jiān)控畫面。

注意：為了保證不出現(xiàn)誤操作，3 種物料的配比設(shè)定值只有用戶登陸了以后才有權(quán)限修改。

4.2.3 運(yùn)行監(jiān)控彈出畫面說明

點(diǎn)擊主畫面上的設(shè)備圖標(biāo)，可彈出對(duì)應(yīng)的更詳細(xì)的設(shè)備操作界面。

4.2.4 界面說明

（1）模擬量的實(shí)時(shí)顯示：畫面中的模擬量包括物料參數(shù)設(shè)定值、充填泵壓力反饋和排量調(diào)節(jié)值、攪拌時(shí)間設(shè)定值和剩余值，都是以數(shù)字的形式直觀顯示在界面上。

（2）設(shè)備的狀態(tài)顯示：畫面中的設(shè)備都為參控設(shè)備，此類設(shè)備有設(shè)備圖形和彈出窗口二種狀態(tài)顯示方式。

①電動(dòng)閥門的設(shè)備圖形顯示及操作：當(dāng)電動(dòng)閥門關(guān)到位的時(shí)候，開到位的方形顯示紅色；當(dāng)電動(dòng)閥門開到位的時(shí)候，關(guān)到位的方形顯示綠色；當(dāng)電動(dòng)閥門即沒有開到位也沒有關(guān)到位的時(shí)候，開到位、關(guān)到位的方形均沒有指示。

打開按鈕、關(guān)閉按鈕分別控制電動(dòng)閥門的開和關(guān)。②充填泵的顯示及操作：點(diǎn)擊 “充填泵A”“充填泵B”灰色字體，可彈出充填泵控制界面，可對(duì)充填泵進(jìn)行操作和檢測(cè)，點(diǎn)擊主畫面右側(cè)充填泵手動(dòng)操作按鈕也可以對(duì)充填泵進(jìn)行操作和檢測(cè)。啟動(dòng)時(shí)，先根據(jù)需要設(shè)定好排量設(shè)定值，然后依次點(diǎn)擊“電機(jī)A 啟動(dòng)”、“電機(jī)B 啟動(dòng)”“攪拌啟動(dòng)”等按鈕，到“泵送允許”指示燈亮起，再按“正泵啟動(dòng)”可開始泵送。停機(jī)時(shí)，先按“停止泵送”按鈕，再依次按“攪拌停止”、“電機(jī)B 停止”、“電機(jī)A 停止”等按鈕，可停止充填泵。③其他電機(jī)設(shè)備的操作：其他電機(jī)設(shè)備的操作類似于電動(dòng)閥門。

（3）設(shè)備操作：設(shè)備操作可分為手動(dòng)模式和自動(dòng)模式。

①手動(dòng)操作模式：在主畫面右上角，單擊“手動(dòng)選擇”按鈕，帶按鈕變?yōu)榫G色的“手動(dòng)中”，即為手動(dòng)模式，此時(shí)，可以根據(jù)需要，手動(dòng)啟停各個(gè)設(shè)備，啟動(dòng)方式參照③。一般每次開機(jī)后，首先在手動(dòng)模式下，確認(rèn)各個(gè)設(shè)備目前狀態(tài)。②自動(dòng)操作模式：在主畫面右上角，單擊“自動(dòng)選擇”按鈕，帶按鈕變?yōu)榫G色的“自動(dòng)中”，即為自動(dòng)模式。

4.2.5 統(tǒng)計(jì)報(bào)表、打印

點(diǎn)擊頂部中間的“歷史數(shù)據(jù)”前的圖標(biāo)，可進(jìn)入報(bào)表畫面。

每次完成批次設(shè)定值充填后，點(diǎn)擊頂部中間的“歷史數(shù)據(jù)“進(jìn)入報(bào)表畫面，單擊“保存”按鈕，該批次所使用的配比和各物料總量能夠生成一個(gè)Excel 保存在E:實(shí)時(shí)報(bào)表中。

如果系統(tǒng)連有打印機(jī)，可現(xiàn)場(chǎng)打印出報(bào)表。

4.2.6 實(shí)時(shí)報(bào)警畫面顯示

點(diǎn)擊頂部中間的“歷史報(bào)警”前的圖標(biāo)，可進(jìn)入實(shí)時(shí)報(bào)警畫面。

報(bào)警顯示畫面主要顯示的為當(dāng)前幾天的實(shí)時(shí)報(bào)警，每一行的是記錄一些設(shè)備的操作或重要的故障報(bào)警信息的，比如某個(gè)設(shè)備的集控位什么時(shí)間到達(dá)什么時(shí)候離開，某個(gè)池子超高位什么時(shí)候到達(dá)什么時(shí)候離開。

5 應(yīng)用效果

集中控制系統(tǒng)在高濃度充填站應(yīng)用后，該系統(tǒng)運(yùn)行合理、穩(wěn)定，充填各工藝流程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，能及時(shí)合理地控制過程參數(shù)的變化?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員工作重心由手動(dòng)開關(guān)閥門、調(diào)節(jié)液位，控制流量、濃度轉(zhuǎn)變?yōu)榫S護(hù)保養(yǎng)設(shè)備、巡查設(shè)施、處理設(shè)備故障。解決了人工調(diào)節(jié)不及時(shí)、運(yùn)行不穩(wěn)定、常常出現(xiàn)的“斷流”、“濃度高不下砂”、“堵管”等現(xiàn)象，減輕個(gè)人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本，提高了充填體強(qiáng)度，確保了充填質(zhì)量。