PLC技術(shù)在磨礦過程中的應(yīng)用

王前進 蔡佳浩

（鹽城工學(xué)院電氣工程學(xué)院 江蘇·鹽城 224051）

我國的礦產(chǎn)資源非常豐富，但目前正在開發(fā)的大多數(shù)礦山都存在一些問題，其礦石質(zhì)量都比較低，且其中的有用成分含量不高，并含有大量的雜質(zhì)，這都需要通過選礦工序?qū)ζ溥M行處理。同時，磨礦作業(yè)也會直接影響產(chǎn)品質(zhì)量以及后續(xù)生產(chǎn)工藝作業(yè)指標(biāo)、綜合經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)、效益指標(biāo)等。因此，必須通過優(yōu)化磨礦分級自動控制系統(tǒng)來快速提高選礦廠的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，并降低人工成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

考慮到上述需要，本文基于PLC控制技術(shù)，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，提出一種基于PLC的磨礦控制系統(tǒng)設(shè)計方法。首先，通過分析整個磨礦流程得到對磨礦產(chǎn)品質(zhì)量具有極大影響的幾個工序；然后，借助于PLC技術(shù)，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，來對上述工序進行獨立、可靠性控制；最后，將所設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)用于磨礦流程。

1 磨礦控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計

磨礦系統(tǒng)的具體工藝流程如下：礦石儲存在礦倉內(nèi)，啟動磨礦系統(tǒng)后，礦石從礦倉中排出，然后經(jīng)過皮帶由進料口輸入進球磨機，并導(dǎo)入一定量的水。當(dāng)球磨機開始工作時，球磨機的筒體繞著它本身的水平軸線旋轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)的離心力的作用，管內(nèi)制式鋼球會粘附在管壁的內(nèi)壁上面。當(dāng)其運動到一定的位置時會被甩落并撞擊礦物將其擊碎達到粗磨的效果，然后進入球磨機的第二倉對物料進行細磨，直到達到合格的粒度，再從出料端排出，由球磨機送入泵池，通過給水形成礦漿進入水力旋流器。由于不同粒度的礦漿的懸浮液在水中沉降的速率不同，所以可以將礦漿分成不同層次在旋流器內(nèi)部分級，使得粒度達到工藝要求的礦漿進入下一道工序，則將粒度大小不合格的部分礦漿進行返砂的流程，進入球磨機再次進行粉磨作業(yè)。啟動磨礦系統(tǒng)的同時要在泵池和球磨機內(nèi)注入水來保證磨礦的效果。

磨礦分級自動控制系統(tǒng)設(shè)計主要包括兩部分。一部分是上位機中運行的監(jiān)控組態(tài)，另一部分是PLC控制程序。其中，上位機采用觸摸屏來監(jiān)測磨礦的運行狀態(tài)，PLC采用西門子S7-1200系列PLC來實現(xiàn)磨礦分級過程的自動控制?？刂瞥绦蚴褂媒Y(jié)構(gòu)化的編程方式，將各個控制任務(wù)劃分成不同的子程序編寫在不同的功能模塊中。

2 磨礦控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 控制器的選擇

磨礦控制系統(tǒng)要求可以在現(xiàn)場進行控制和模擬，因此需要控制器有較高的可靠性和靈活性。目前，西門子公司所生產(chǎn)的PLC是市場上最成熟的，也是使用最為廣泛的控制器。

為了高效方便地對系統(tǒng)進行監(jiān)控和控制，就需要連接其它設(shè)備來達成任務(wù)要求，這時候就需要對PLC進行選型，常用的兩種是S7-200系列PLC和S7-1200系列PLC，S7-200PLC不能滿足磨礦控制系統(tǒng)所需要的輸入輸出點數(shù)；而S7-1200PLC具有模塊化的結(jié)構(gòu)，設(shè)計靈活而且功能強大，適合各種操作情況。此外，S7-1200PLC的工作點數(shù)等各方面都符合磨礦控制系統(tǒng)的要求，因此本文選用S7-1200系列PLC。其輸入端和輸出端點如圖1所示。

圖1：S7-1200PLC輸入輸出連接圖

2.2 I/O分配

在設(shè)計磨礦分級控制系統(tǒng)功能時，需要確定PLC輸入和輸出的個數(shù)?？紤]到控制系統(tǒng)的實際應(yīng)用環(huán)境，選擇自動啟動、自動停止、手動開啟螺旋分級和關(guān)閉螺旋分級等14個開關(guān)信號作為輸入信號，利用10個輸出點作為控制系統(tǒng)的控制指令。

2.3 磨礦控制系統(tǒng)的主電路設(shè)計

為了不出現(xiàn)堵料的情況，需要做到逆向啟動，順向停止。從執(zhí)行最后一步的螺旋分級機啟動，然后依次向前避免出現(xiàn)堵料的情況。系統(tǒng)停止則需要從前往后停止，首先需要停止給礦，然后停止皮帶傳送，再停止球磨機和泵池運轉(zhuǎn)，最后停止螺旋分級器運轉(zhuǎn)，這樣同樣是為了防止堵料，減少系統(tǒng)發(fā)生故障的可能。主電路包含螺旋分級器，給料泵，緊接著是球磨機和皮帶，最后是礦倉。本文設(shè)計的磨礦控制系統(tǒng)主電路設(shè)計如圖2所示。

圖2：主電路的設(shè)計

其中，控制螺旋分級器和給料泵的電機轉(zhuǎn)動的是交流接觸器KM1和KM2，KM4和KM5分別控制皮帶轉(zhuǎn)動和礦倉振動出礦。KM3可以啟動球磨機，球磨機轉(zhuǎn)速可以通過上位機進行控制。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 程序設(shè)計

PLC程序設(shè)計主要是針對磨礦分級的過程。在項目視圖下程序塊添加新程序塊即可進行編程，圖3是設(shè)計的部分主程序，包括螺旋分級機，給料泵以及球磨機的啟動程序。

圖3：部分主程序

3.2 設(shè)備組態(tài)

打開博途V14軟件，創(chuàng)建項目，并命名為“項目1”。另外，加入CM1243-5CPU模塊和8位通道模擬量輸入模塊，如圖4所示。其中，將PLC的IP地址設(shè)置為192.168.0.2，并將其子網(wǎng)掩碼默認為255.255.255.0。另外，通過交換機將觸摸屏與PLC進行連接通信，只需將他們設(shè)置在同一個局域網(wǎng)即可。

圖4：PLC硬件組態(tài)

3.3 組態(tài)界面

雙擊項目樹中的運行系統(tǒng)設(shè)置，進入系統(tǒng)設(shè)置界面，設(shè)置起始畫面、畫面模板、顏色深度等，雙擊添加新畫面，給新畫面命名，設(shè)置畫面背景色和網(wǎng)格顏色等。使用右側(cè)工具箱對組態(tài)圖像對象進行編輯，并進行編譯，組態(tài)界面如圖5所示。選擇自動啟動并設(shè)置啟停時間為3000ms，并設(shè)置球磨機速度和給水量，系統(tǒng)開始逆向啟動，先啟動螺旋分級機，然后啟動泵池電機，再啟動球磨機，最后打開礦倉并啟動礦倉內(nèi)的電機，每個部分較先前啟動的機器延遲三秒啟動，避免堵料。

圖5：組態(tài)運行界面

3.4 磨礦控制系統(tǒng)的報警變量設(shè)計

當(dāng)分級機或球磨機等設(shè)備等出現(xiàn)故障無法運轉(zhuǎn)，各個部件出現(xiàn)堵料或者給水出現(xiàn)故障情況時，故障燈會自動亮起報警，并留下報警記錄方便查看。報警變量設(shè)置如圖6所示。

圖6：報警變量設(shè)置

4 結(jié)論

考慮到選礦產(chǎn)業(yè)的自動化程度對提升效率與安全的重要性，本文集成PLC控制技術(shù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，提出了一種經(jīng)濟、可靠的磨礦控制系統(tǒng)。所提控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、快速靈活、易于工業(yè)實現(xiàn)。另外，所提結(jié)構(gòu)設(shè)計方法使得過程獨立、可并行控制，具有較高的靈活性。因此，本文所建控制系統(tǒng)可應(yīng)用于整個磨礦流程。