選礦破碎過(guò)程料位控制系統(tǒng)研究

秦智勇

摘要：就國(guó)內(nèi)破碎過(guò)程控制現(xiàn)狀而言，對(duì)破碎過(guò)程料位的控制大部分都是憑借人工經(jīng)驗(yàn)去判斷，或者采用的是傳統(tǒng)的控制方法去控制料位，并不能達(dá)到理想的控制效果。在破碎過(guò)程控制系統(tǒng)中采用先進(jìn)的控制方法有利于節(jié)約能源、降低人工成本和生產(chǎn)原料成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量、延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命和保護(hù)生產(chǎn)安全。本文主要分析探討了選礦破碎過(guò)程料位控制系統(tǒng)，以供參閱。

關(guān)鍵詞：選礦；破碎；料位控制；系統(tǒng)

選礦工藝在冶金工業(yè)中占有十分重要的地位，破碎過(guò)程作為選礦工藝中的首要環(huán)節(jié)，其控制技術(shù)的研究始終廣受關(guān)注。為了保證選礦破碎過(guò)程的穩(wěn)定，破碎機(jī)機(jī)腔料位參數(shù)的控制是該工藝的關(guān)鍵，連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)要求機(jī)腔料位應(yīng)控制在左右。面向復(fù)雜的選礦破碎過(guò)程參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化控制，自適應(yīng)時(shí)變的選礦破碎過(guò)程特性，是選礦破碎過(guò)程控制技術(shù)的核心所在。

1選礦破碎過(guò)程料位控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

鑒于自動(dòng)化系統(tǒng)的控制核心在于現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)，需結(jié)合選礦破碎過(guò)程控制過(guò)程的工藝要求及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)狀況。考慮系統(tǒng)開發(fā)及實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)控制要求，鑒于西門子的PLC內(nèi)置的集成功能豐富、可靠性高、操作方便快捷、通訊能力強(qiáng)大，所以SIEMENS57-300PLC成為了選礦破碎過(guò)程料位控制系統(tǒng)的控制器首選。由于破碎過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)備龐大，生產(chǎn)線鋪的較長(zhǎng)，而57-300PLC具有遠(yuǎn)程通訊功能，有著以太網(wǎng)、profibus，RS-485等多種通訊方式，滿足大部分的通訊要求，便于設(shè)計(jì)集散的分布式控制系統(tǒng)。分布式集散控制系統(tǒng)得益于57-300PLC模塊的強(qiáng)大功能，其遠(yuǎn)程監(jiān)控能使管理者不用親臨現(xiàn)場(chǎng)即能掌控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，更有利于企業(yè)的全局規(guī)劃和部署。整個(gè)控制系統(tǒng)的監(jiān)控層經(jīng)交換機(jī)、光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)入控制層Ethernet。控制層則通過(guò)Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層互換信息。監(jiān)控層功能是對(duì)料位的高度值進(jìn)行設(shè)定，以及系統(tǒng)中的給料機(jī)、皮帶機(jī)、破碎機(jī)等的運(yùn)行狀態(tài)和各項(xiàng)生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并完成采集信號(hào)的存儲(chǔ)、處理和分析，利用屏幕畫面，隨時(shí)了解掌握現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況，畫面中的各類參數(shù)具有實(shí)時(shí)性，還可對(duì)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行干預(yù)控制。控制層通過(guò)PLC的I/O可以接受現(xiàn)場(chǎng)傳感器實(shí)時(shí)傳來(lái)的檢測(cè)信號(hào)，如給料機(jī)給料量，皮帶機(jī)的傳輸量，料位的高低值等。接收的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)監(jiān)控層，并與設(shè)定值比較，經(jīng)由控制算法運(yùn)算，作出準(zhǔn)確的判斷修改，再由PLC的I/O發(fā)送控制命令信號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)層主要是執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。其中料位儀從破碎機(jī)料倉(cāng)采集到料位信號(hào)，經(jīng)料位儀傳感器轉(zhuǎn)換成4-20mA的DC電流信號(hào)，再無(wú)線傳輸給PLC主控制器，控制器根據(jù)采集到的料位信號(hào)通過(guò)控制算法計(jì)算得控制量的輸出值，然后輸出指令調(diào)節(jié)給料機(jī)的給礦流量輸入，使破碎機(jī)機(jī)腔料位跟隨設(shè)定料位曲線。本系統(tǒng)采用西門子的57-300系列PLC作為主控制器，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際布局情況，選擇了兩塊遠(yuǎn)程I/O模塊。實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)料位控制指令和現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)指揮等，CPU與遠(yuǎn)程I/O之間的接口通訊是采用PROFIBUS-DP來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)PLC控制器，可以完成對(duì)給料、料位等參數(shù)的控制。

2選礦破碎過(guò)程料位控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1軟件開發(fā)平臺(tái)

對(duì)于不僅工藝要求高，而且技術(shù)復(fù)雜的選礦破碎生產(chǎn)控制系統(tǒng)而言，有一個(gè)優(yōu)秀的軟件開發(fā)環(huán)境至關(guān)重要。（1）下位機(jī)PLC控制程序開發(fā)平臺(tái)一STEP7。STEP7可在個(gè)人計(jì)算機(jī)上提供57-300/400系列PLC的編程環(huán)境。有梯形圖、語(yǔ)句表、功能塊圖三種程序編輯器供用戶選擇，可以實(shí)現(xiàn)程序的輸入、編輯、測(cè)試、診斷和檢索功能，也可以在線作系統(tǒng)監(jiān)控及故障的檢測(cè)。能夠方便的上載和下載程序。（2）上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控軟件開發(fā)平臺(tái)一組態(tài)王。在工程應(yīng)用實(shí)際中常采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)作為監(jiān)控，其開發(fā)平臺(tái)常用的有inTouch、Wincc、組態(tài)王和MCGS等。組態(tài)王是一款受眾廣泛的工控組態(tài)軟件，吸收了國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，不斷對(duì)其功能進(jìn)行改進(jìn)和完善，使其功能更加強(qiáng)大。組態(tài)王的配置界面相當(dāng)豐富且簡(jiǎn)捷易用，還具有動(dòng)畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、工程報(bào)表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多的強(qiáng)大功能。（3）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)一KingHistorian數(shù)據(jù)庫(kù)。組態(tài)王自帶的KingHistorian數(shù)據(jù)庫(kù)能自動(dòng)完成對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的報(bào)警和存盤處理，還可以根據(jù)需要把相關(guān)信息以事件的方式發(fā)送給系統(tǒng)的其他部分，以觸發(fā)其他相關(guān)的事件，有利于實(shí)時(shí)處理，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

2.2系統(tǒng)軟件功能與流程

選礦破碎過(guò)程控制系統(tǒng)軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，調(diào)節(jié)料位的設(shè)定值，顯示破碎機(jī)料位、給料量的實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線，打印出報(bào)表及查詢報(bào)警記錄，還可對(duì)選礦破碎過(guò)程進(jìn)行干預(yù)控制。選礦破碎過(guò)程控制系統(tǒng)的軟件功能以下四部分組成：（1）系統(tǒng)安全監(jiān)控：破碎機(jī)料位值過(guò)高或過(guò)低的報(bào)警條件的設(shè)定，當(dāng)檢測(cè)到破碎機(jī)料位值超出了所設(shè)的300mm范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)的發(fā)出警報(bào)提醒。為了能夠更好的保護(hù)系統(tǒng)安全，系統(tǒng)給與了各個(gè)操作員高低不等的操作權(quán)限。（2）智能監(jiān)控：對(duì)選礦破碎過(guò)程控制系統(tǒng)重要參數(shù)的檢測(cè)，比如破碎機(jī)及給料機(jī)等設(shè)備運(yùn)行情況、破碎機(jī)料位、給料機(jī)和皮帶機(jī)給料量等，由檢測(cè)到的參數(shù)及設(shè)定參數(shù)的變化值來(lái)調(diào)控系統(tǒng)參數(shù)。（3）參數(shù)調(diào)節(jié)：主要調(diào)控選礦破碎過(guò)程控制系統(tǒng)的各個(gè)監(jiān)測(cè)參數(shù)，如料位信息，為求參數(shù)滿足工藝要求，亦可以對(duì)參數(shù)手動(dòng)或自動(dòng)地修改。（4）數(shù)據(jù)管理：記錄并保存破碎機(jī)料位、給料機(jī)給料量等生產(chǎn)信息和事件，便于以后的查閱。選礦破碎過(guò)程控制系統(tǒng)啟動(dòng)主程序后，首先初始化給料量、料位值等一系列參數(shù)，接下來(lái)啟動(dòng)破碎過(guò)程控制主監(jiān)控界面、破碎過(guò)程工藝流程界面、安全報(bào)警界面以及數(shù)據(jù)信息報(bào)表打印界面和給料量及料位值的實(shí)時(shí)曲線界面等監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)啟動(dòng)給料機(jī)、破碎機(jī)、皮帶機(jī)等設(shè)備的信號(hào)被接收到時(shí)，設(shè)備啟動(dòng)子程序開始運(yùn)行并啟動(dòng)所要求設(shè)備。在破碎車間的所有設(shè)備運(yùn)行正常后，再調(diào)用破碎過(guò)程控制系統(tǒng)料位控制子程序?qū)ζ扑闄C(jī)機(jī)腔料位進(jìn)行控制。當(dāng)設(shè)備故障發(fā)出故障信號(hào)時(shí)，馬上讀取故障狀態(tài)字并報(bào)警及顯示報(bào)警信息，管理者或者操作人員可以對(duì)故障進(jìn)行處理，有的故障處理可以在監(jiān)控系統(tǒng)上完成，有的則必須到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)去排除故障。當(dāng)有停止信號(hào)被接收到時(shí)，則依次停止各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡純.選礦破碎過(guò)程料位控制系統(tǒng)研究[D].中南大學(xué).2014.

[2]劉海軍.選礦自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].內(nèi)蒙古科技大學(xué).2017.

[3]王宣宇.破碎給礦控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)分析[J].煤炭技術(shù).2011（16）.

（作者單位：滿礦集團(tuán)有限公司）