淺談PLC 在膠結充填系統中的應用

劉能強

（廣西華錫集團股份有限公司銅坑礦，廣西 河池 547205）

PLC 作為一種支持編程操作的存儲器，其在工業生產領域的應用，提升了管理效能，確保機械設備的操作精度，隨著技術手段的日益成熟，PLC 被廣泛應用于多個領域。PLC在金屬礦山膠結填充系統中的應用，作為一種新的嘗試，極大地降低了礦山回采損失以及礦石貧化，對于延長礦山服務年限、擴大產能有著諸多裨益。基于這種實際，出于增強PLC 在膠結填充系統應用性能的考量，文章著眼于實際，在對礦山膠結填充進行全面梳理的基礎上，完成了對PLC 框架下交接填充系統的設計以及各項技術方案的探討。

1 膠結填充概述

對膠結填充系統原理以及重要性的梳理，有助于技術人員以及礦山企業及時轉變思路，進一步明確膠結填充系統的特點以及運行流程、強化認知，為后續PLC 技術在系統有關環節的應用奠定了思想基礎。

20 世紀50 年代，加拿大率先提出膠結填充的概念，將浮選細顆粒尾砂作為填充物，對礦區進行回填，形成高強度的填充體，這種膠結填充體具有較好的支撐能力，其對于礦山開采區域有著較強的約束能力，能有效防范片落或者冒落情況的發生，增強礦山結構穩定性，在確保采礦工作有序開展的同時，防范各類安全事故的發生。伴隨著技術能力的不斷提升以及實踐經驗的積累，膠結填充技術日益完善，逐步形成了系統化的技術應用模式。正是由于膠結填充系統的高效應用，才能夠解決金屬礦山開采帶來的諸多問題，如膠結填充系統適用性較強，對于適應各種礦體開采工作的需求，從實際情況來看，其大大提升了礦柱回采率，最大限度地實現了貴重金屬以及高品位礦山的回收。盡管膠結填充系統的應用給礦山開采工作帶來了諸多益處，但是現有的膠結填充技術流程煩瑣，操作難度大，成本較高，對于中小型礦山企業而言，難以承擔技術成本，無形之中限制了膠結填充系統的應用范圍。

為了持續發揮交接填充系統的技術優勢，降低操作難度，管控使用成本，確保該項技術的實用性，技術人員有必要在現有的技術條件下，積極進行技術革新，探討膠結填充系統的智能化與自動化。

2 PLC 框架下膠結填充系統基本情況

（1）自動化控制系統。為了保證充填質量，提高生產效率，降低勞動強度，減少事故發生概率，更好地滿足生產需要，必須進行檢測-反饋-調整、監視、記錄電氣化自動控制系統的構建。實現對流量、配比的自動顯示和自動調整，對整個充填過程的監視和自動記錄，確保自動控制系統故障時無擾切換，保證生產。

（2）控制系統結構。充填站控制系統采用S7-300 系列PLC 和工業控制機作為控制核心，操作人員可以在控制室集中控制整個流程，系統具有自動和就地兩種控制方式，可實現無切換，以保證系統工作的可靠性和平穩性。目前使用的傳感器主要包括放砂電磁流量計、放砂濃度計、放砂電動調節閥、調濃水電磁流量計、調濃水電動調節閥、水泥倉導波雷達料位計、螺旋電子秤等傳感器；在控制室工控機上實現放砂流量顯示、放砂濃度顯示、水泥倉料位顯示、水泥給料量顯示、放砂流量調節閥調節及開度顯示、調濃水電動閥調節及開度顯示、雙管螺旋給料機變頻調速器頻率調節及頻率顯示、高速攪拌機變頻調速器頻率調節及頻率顯示。

（3）控制系統功能。在充填站控制室設置工業控制計算機對上述參數進行數據采集、存儲、集中顯示，并編制控制程序進行各參數的自動調節。在控制室通過PLC 和工業控制機顯示并記錄來自各控制單元的過程數據，將分散的過程信息集中起來，實現信息處理和操作集中化，完成系統控制功能和操作畫面組態，在生產中進行各種參數觀察控制，生產過程工藝流程顯示，動態參數曲線顯示，報警及報表打印，完成各種工藝過程的高級控制，優化算法，以利于生產管理及調度；控制尾砂、水、和水泥量按配比添加，保證充填料漿濃度及流量符合充填工藝要求。

PLC 框架下膠結填充系統框架以及功能發生了深刻變化，為了全面發揮PLC 技術的優勢，增強膠結填充系統的運行效能，技術人員應做好系統規劃與設計工作，為后續技術優化調整提供便利。PLC 在膠結填充系統中的應用，實現了填充工藝的智能化，工作人員可以通過PLC 發出相應的指令，完成對填充漿料濃度、灰砂比等的調控，在確保填充質量的同時，梳理了膠結填充的基本工藝流程。在實際的技術應用環節，技術人員以科學性原則、實用性原則為先導，對膠結填充系統原理、PLC 技術特性進行梳理的基礎上，從多個層面進行系統框架搭建，確保各項活動能夠切實滿足實際的工作要求，不斷地提升膠結填充效能。在整個系統組建環節，將PLC 作為控制核心，出現運行或者停止的指令，在相應的指令下，各個運行設備調整狀態，達成填充目標。

在PLC 技術的支持下，膠結填充系統能夠對灰砂比、充填流速、濃度等核心參數進行控制，并且能夠根據礦山回填工作的實際要求，靈活調整各個參數，確保灰砂配比符合實際的使用要求。考慮到礦山膠結填充系統所處的環境較為復雜，PLC 在運行過程中容易受到粉塵、大功率電機等多種因素的干擾，造成信號傳輸不穩定等問題，在這種情況下，技術人員應當調整思路，在PLC 選型以及抗干擾方面作出優化，以確保PLC 的抗干擾能力，促進相關操作活動的順利進行。

3 PLC 在膠結填充系統中應用的方式

PLC 框架下膠結填充系統的運行，可以從濃度控制、灰砂比控制、放砂流速控制等幾個層面入手，扎實做好各個環節的技術應用工作，完成對技術參數的調整，形成完整的膠結填充流程。

（1）膠結填充濃度控制方法。膠結填充系統在運行過程中，為了確保填充效果，需要對充填料漿進行有效控制。為了降低充填成本，盡快地達到充填要求，充填料漿濃度越高，越能達到要求。從以往金屬礦山膠結填充案例來看，濃度過高的漿液極易造成管道堵塞，造成填充不便，基于實際，目前將膠結填充充填料漿控制在65%～70%之間。由于濃度控制區間較小，控制難度較大，在傳統的濃度控制方式，極易出現充填料漿過高或者過低的情況，影響實際的填充效果。PLC 則可以有效控制充填料漿控制精度，在控制環節，將充填料漿檢測數值與給定數值進行對比，根據對比結果，采取必要的手段，進行應對。

（2）膠結充填系統灰砂比控制方案。充填體的質量，即充填體的抗壓能力，取決于漿料中水泥含量，即灰砂比，灰砂比約高，充填體質量越好，灰砂比質量越低，充填體質量越差。在實際生產過程中，高灰砂比取得高質量充填體的同時，造成較高的充填成本，所以，為了降低生產成本且保證充填體能夠達到質量要求，對灰砂比的精確控制非常關鍵。根據井下各采場實際情況，設計各階段，各階層充填漿料尾砂比，在確保充填體質量的同時，降低充填生產成本。充填生產過程中，在自動控制系統中根據實際情況給定灰砂比，使用工業流量計及濃度計對放砂情況進行檢測，將檢測數據傳輸到PLC 中，再由PLC 進行指令編程，根據實際的水泥量需求，對水泥給料速率進行有效控制。

（3）膠結填充系統放砂流速控制方法。為了加快充填工作的開展，確保井下開采工作安全進行，同時避免堵管及爆管等事故的發生。在充填過程中，需要對放砂流速進行有效控制，控制方法：根據井下實際情況給定流速初始值，再根據井下檢測情況，由PLC 自動調節放砂流速，使之達到最優狀態。

（4）灰料控制。為了滿足灰砂配比要求，在灰料控制環節，將沖板流量計獲取的數據，輸入PLC 中，當檢測數據過高時，PLC 將對控制器的頻率進行降低處理，使得給料裝置運行速度降低，灰料供應量減少。當灰料供應量不足時，則可以增加變頻器頻率的方式，增加給料機的轉速，確保灰料的足量供應。

4 結語

PLC 在膠結填充系統中應用，憑借PLC 在邏輯分析以及信息存儲方面的優勢，不僅強化了膠結填充系統的安全性和靈敏度，確保填充質效。同時，還在很大程度上解決了礦山地壓問題，排除井下作業安全隱患，提升了回采率，給礦山企業經濟效益以及區域經濟發展帶來了極大的助力。