綜合自動化在中國黃金烏山二期選礦廠的應用

摘 要：文章以中國黃金集團烏山二期選礦為例描述了選礦廠全流程自動控制，探討了實現選礦廠綜合自動化的技術問題。

關鍵詞：選礦；綜合自動化；冗余系統

1 背景介紹

中國黃金集團烏山銅鉬礦屬大型斑巖型礦床，是我國目前尚未開發的低品位（易采、易選的）大型多金屬礦床，主要礦產為銅，伴生礦產為鉬、銀、金等。烏山銅鉬礦采用大規模露天開采、先進的SABC選礦流程和尾礦膏體輸送工藝；采、選設備大型化；流程控制自動化。規模1000萬噸/年原礦處理能力，整個流程包括：粗破碎、磨礦選別、浮選、精礦分離、尾礦濃縮。

2 選礦自動化分析

選礦自動化系統是一個復雜的控制系統，通常包括粗破碎自動化控制，磨礦分級自動化控制，浮選自動化控制以及尾礦自動化控制。各個控制子系統既有一定的獨立性又互相關聯。

隨著檢測儀表技術、控制技術、計算機技術的發展，在日益嚴峻的競爭壓力下，各個選礦廠的自動化得到了廣泛的發展。但要實現整個選廠的綜合自動化，仍需考慮以下幾個問題：

2.1 儀表和執行機構

要提高控制的精度，提升品質，基礎是要有優秀的檢測儀表和可靠的執行機構。對現場傳感器的魯棒性、快速性、精確性均有很高的要求，如給礦量的檢測，粒度的檢測。另外，對某些難以直接測量的變量也可以考慮軟測量的方式獲得。

2.2 可靠的控制系統

控制系統的可靠性，直接關系到生產的連續性，穩定性。冗余控制系統可以提高系統的可靠性。控制器一用一備，當在用的主控制器出現故障，冗余的從控制器即可快速接管，保證生產正常進行。

2.3 系統的通訊

通常，大型設備如磨機、破碎機等設備會帶有獨立的控制系統[1]，而這些設備的很多數據對實現綜合自動化有重要的意義。根據實踐經驗，通過獨立的通信卡件來完成和各個設備的通訊。這種方式不僅通訊效率高，而且通訊獲得的數據很容易參與邏輯運算。并將設備的關鍵運行參數采集至歷史數據庫，實現長時間存儲。常見的通訊方式如Modbus RTU、Modbus TCP、DeviceNet以及Profibus DP等。

2.4 先進控制算法

目前智能控制理論得到了較快發展，但在我國礦山自動化中應用并不多。其中的模糊控制不需要建立精確的數學模型，解決多變量非線性系統具有明顯的優點[2]。而常規的PID控制算法具有原理結構簡單，可靠性高，容易實現等優點。實際應用中可以優先考慮模糊算法和普通PID結合使用，能夠方便投入和切除。

旋流器控制系統中，泵池補加水的調節會導致旋流器的給礦濃度、溢流粒度的變化，同時也會影響泵池液位的變化；給礦壓力的調節會導致旋流器的溢流粒度的變化，同時也會影響泵池液位的變化。由此可見旋流器的給礦壓力、給礦濃度、泵池液位是相互耦合的因素，需要對其進行解耦控制。考慮到系統的精確模型很難建立，同時由于旋流器各工藝參數的時變性和不確定性，采用模糊控制技術，對其進行解耦，使其成為單獨的控制回路，化簡了系統結構，降低了系統的設計難度。

2.5 歷史信息存儲和分析

長期歷史數據信息，對于要實現全廠綜合自動化，是一個很關鍵的問題。隨著生產的進行，這些數據可作為優化整個生產過程的依據。長時間需要保存的信息包括：

（1）重要模擬量點；（2）操作員操作信息；（3）重要報警事件。考慮使用專門歷史數據服務器，歷史數據記錄軟件提供數據存儲和查詢。

2.6 系統的Web發布功能

現代企業對于信息一體化要求越來越高，使用專用的Web發布服務器和軟件對HMI監控畫面進行Web發布，通過防火墻連接到管控網絡，方便管理層瀏覽實時生產信息。

3 中國黃金烏山二期綜合自動化方案

3.1 系統結構

由于選廠車間分布的分散性，主控制器、遠程IO站之間往往分布于相距較遠的地方，傳統上的總線很難滿足這樣的要求。AB先進的ControlNet網絡以其高速的通訊速率，靈活的擴展性，簡單的組態很好的滿足了需求，通過光纖可以實現長距離的通訊。

使用帶有磁盤陣列的歷史數據庫實現長期數據歸檔。在歷史數據服務器上專門配置了歷史庫軟件來存儲和查詢所有過程歷史數據。歷史數據庫存儲周期可在50毫秒。

系統配備了web發布服務器，通過專用的web發布軟件實現信息層的遠程瀏覽監控。將整個生產畫面一覽無余的呈現給遠端用戶。

系統網絡分為設備層、控制層、信息層三層結構。各層網要求能夠獨立運行，各層網之間相互隔離，隔離通過網關來實現。其中信息層采用千兆環網實現。HMI系統用C/S架構，監控畫面僅保留在服務器端，維護方便。Web發布服務器將監控畫面進行發布，通過防火墻連接到管理網，可以通過瀏覽器瀏覽。控制器采用目前國際上先進的Control Logix L73控制器，并且采用冗余系統[3]，最大限度的保證了系統正常運行。控制系統內置大量的控制功能塊，同時能夠滿足離散和連續過程控制任務。先進的報警功能塊的使用，使得在傳統的監控系統中位于HMI層的報警移植到控制層，有效的減輕了服務器的負擔。

3.2 系統功能

整個自動化系統功能包括：

（1）過程監測

監測的參數包括：現場設備狀態，工藝參數；監測畫面包括各個工藝動態畫面、實時、歷史趨勢。

（2）過程控制

操作員通過中控室控制現場生產。根據工礦，自動控制如皮帶、泵的運行，對于液位、流量、壓力的過程參數控制。

（3）報警、事件記錄

系統具有完備的報警監視功能，提醒操作員對現場問題進行及時處理。另外事故、操作記錄方便管理人員分析核查事故的原因。

（4）用戶管理

系統具有完善的用戶管理功能，通過區域劃分，將不同車間的控制權限進行劃分，以適應現場的操作需求。

（5）系統狀態診斷

系統的故障信息能夠及時在工程師或操作員畫面報警欄中指示，系統狀態包括：控制器運行指示，IO站運行狀態，通訊狀態，模塊運行狀態。

（6）Web瀏覽

通過瀏覽器在管理網可以輕松的瀏覽生產畫面，實時監視生產信息。

4 結束語

綜合自動化的應用在選礦廠中取得了很好的效果，實施后提升了整個工廠的自動化水平，提高了原礦處理量，提高了設備運行效率，進一步提高和穩定了精礦的質量，降低了工人勞動強度，提高了資源的綜合利用，為實現數字化礦山管理打下了堅實的基礎。

參考文獻

[1]陳夕松，等.Nordbcrg HP系列破碎機給礦自動控制系統設計[J].工業儀表與自動化裝置，2004，（3）：47-48.

[2]張文修，梁廣錫.模糊控制與系統[M].西安：西安交通大學出版社，1998.

[3]張建峰，陳在平，王露萍，等.基于ControlNet現場總線的PLC雙CPU冗余控制系統實現[J].制造自動化，2005，27（8）：42-45.

作者簡介：關兵（1986-），畢業于東北大學，本科學歷，助理工程師，曾參與中國黃金集團烏山PCS系統，包鋼巴潤全流程控制系統等項目，就職丹東東方測控技術有限公司，主要從事自動化系統設計開發應用。