智能控制系統在砂石骨料行業中的應用

邱小云

（南昌礦山機械有限公司，南昌 330004）

1 砂石骨料生產線早期生產狀態

早期的砂石骨料生產線無法進行自主生產。砂石骨料行業中的集成、智能以及環保化的生產控制，大多是簡單地在砂石骨料生產線中的一些設備附近固定搭設一些設備來實現對其的控制，進而停止和啟動設備。若不規劃好接線方式，這種方式會導致各種線路交織在一起，當線路出現問題時，需要大量時間理清線路。由于沒有控制監控系統，生產線上的膠帶傳輸機容易出現打滑和撕裂等現象；喂料機會出現無法均勻喂料的現象，有時甚至會發生堵塞；生產線中的振動篩容易出現振動頻率不均、下料不均的現象；無法準確得出存品庫中現有存料的總計數量；售料系統容易發生作弊的現象等。這些現象都會影響砂石骨料的生產，使得生產砂石骨料的成本增加，無法保障企業的經濟收益。早期砂石骨料整個生產線都需要依靠生產管理人員的生產經驗和職責心來進行生產，嚴重影響了生產效率和質量，而且在綠色環保方面存有一定的弊端，造成了嚴重的環境污染[1]。

2 砂石骨料生產線中運用的相關設備

2.1 破碎機

砂石骨料生產線中最常見的粗碎設備為反擊破碎機、錘式破碎機、顎式破碎機以及旋回破碎機等。其中，反擊破碎機和錘式破碎機只適合運用在石灰巖類中軟硬度礦石中。單段錘式破碎機是錘式破碎機的一種，其生產工藝流程極為簡單，在破碎石灰巖這類材質時具有極大的優勢，但是在使用它破碎生產砂石骨料時往往會產生較多的細粉料，會影響之后使用的機制砂系統，導致生產效率降低。顎式破碎機對礦石種類沒有特別高的要求，破碎礦石的方式為擠壓破碎，因此它的損件具有較長的使用壽命。與其他破碎機設備相比，它的優勢明顯，裝機功率較低，因此獲得了較多砂石骨料生產企業的青睞。旋回破碎機較常運用于大型金屬礦山，能夠處理大量礦石，同時具備較強的進料能力，可以很好地適應不同種類的礦石。這一破碎機的運用無需搭配給料設備，可以直接運用卡車給料，但造價費用高、安裝要求高以及需要較大的空間進行擺放，還需要應用混凝土，導致建設成本高昂，對設備的操作維護具有較高的要求，往往僅應用于大型砂石骨料生產線。

2.2 除泥篩分設備

在粗碎階段，一般都會設置除泥篩分設備。因為開采的礦石往往帶有泥土，若不將其篩分出去，極易影響砂石骨料的品質。在粗碎階段，需運用經棒條式給料機篩除小于篩條縫隙的物料給入除泥篩，因此需要依據礦石含泥量和泥塊大小選擇除泥篩，從而將礦石上的泥土除去干凈后再將其返回到生產系統中進行生產，并將篩除下來的泥塊進行拋廢處理。需要注意，在除泥篩運作中不可避免會有一些尺寸較小的礦石被篩除出去。

3 智能控制系統組成部分

砂石骨料行業中使用的智能控制系統主要使用分布式控制結構，能夠提高控制系統的實用性，便于后期的維修和調試。這一結構包括工程師操控管理站、操作人員控制站、檢測儀表以及執行儀表等。工程師操控管理站主要由多媒體計算機組成，主要負責系統中的參數設定、切換控制行為、顯示實時數據以及收集歷史數據進行管理等功能。操作人員控制站則由西門子S7-400PLC 組成，主要負責數據的收集和整理。操作人員控制站可以脫離工程師操控管理站獨立運行。檢測儀表主要負責檢測系統中的各個數據和參數。執行儀表主要執行控制信號所傳出的指令，從而對各個參數進行管控。

3.1 砂石骨料行業中引入智能控制系統

砂石骨料行業中引進智能控制系統，能夠連接砂石骨料生產線中涉及的各個設備，從而實現集成控制和無人化操作，提高生產效率和質量。

3.2 智能控制系統介紹

智能控制系統主要采用德國西門子工業自動化家族軟硬件設施設備。主控制器以西門子高級可編程控制的S7-1500CPU 系列為核心。現場級通過拓展西門子分布式遠程IO 分為電力室的分站點，其中主機CPU 與電力室分站點采用的是快速、穩定以及防干擾的PROFINET 現場總線技術來進行銜接，運用光纖環網作為傳輸媒介。系統運用西門子軟件連接CPU 與中控室上位機軟件，使其具備無限兼容性[2]。

3.3 智能系統采用的控制模式

砂石骨料生產線的智能系統主要運用3 種控制模式。一是上位機自動控制，也是一種連鎖控制。整個砂石骨料生產線中所運用的設備都存在一種連鎖關系，如開機連鎖，只有當砂石骨料生產線中的下游區域設備開啟后才能夠開啟上游區域設備。關機連鎖是指只有當上游區域設備關閉后才能夠關閉下游區域設備。若生產時發生不正常情況，它可以及時停止生產線運作。連鎖控制的優勢在于能夠極大減少因工作人員操作不當而引發的安全事故，保障砂石骨料生產線正常運行。連鎖控制在智能控制系統中還擁有自行檢測功能，能夠時刻向工作人員反映當前生產線的狀況，使相關人員能夠在生產線運行之前發現和解決生產線存在的故障，進而避免造成損失。二是上位機手動控制。在引入智能控制系統后，生產線中的每臺可控設備在自行操作的基礎上還存有手動功能。這一功能能夠更好地作用在生產線初期調試階段和后期某一設備出現故障需要維修的階段，是對生產線自行啟動不成功的一種補充。三是現場操作箱控制。這一控制方法主要運用在檢修、維護以及調試階段。在生產線現場，維護人員通過將現場箱上面的旋鈕打到現場級，能夠使用現場操作箱對生產線上的設備進行啟動或停止控制操作。

4 砂石骨料售料系統的智能控制

我國在生產砂石骨料時通常采用露天生產方式，會導致現場生產與售料系統之間出現紊亂，因此需設計刷卡裝料系統。利用刷卡裝料系統不需要人員看守，只需要在刷卡操作完成后將砂石骨料通過自動化裝料設備進行裝料，減少了人工投入，避免了作弊現象的發生。

無需人員看守裝料系統是依據砂石骨料多年的生產經驗進行設計的一種無需人員看守的自動過磅系統，能夠實現裝料卡車的自動稱重，并及時、準確地記錄稱重的數據，節省了人力。利用系統內安裝的詳細報表統計軟件，相關人員能夠查詢到每一趟卡車裝料的稱重記錄，極大地方便了財務人員的財務統計工作。此外，該系統擁有多種檢測算法，能夠有效避免作弊現象的發生。

4.1 刷卡制作

刷卡制作需要卡車司機將自己未裝有任何物品的卡車駕駛到地磅上，后由相關人員將稱重數據（卡車皮重）、車號以及ID 卡的卡號等各種信息錄入系統。錄入成功后，需將ID 卡發放到卡車司機手中。

4.2 安裝ID 卡

當ID 卡發放到卡車司機手中后，卡車司機需要安裝此ID 卡，將ID 卡粘貼到卡車前擋風玻璃中間部位。卡車裝料完成行至地磅進行稱重時，系統會自行對其掃描并進行記錄。

4.3 地磅稱重

當司機將卡車開至地磅上方時，系統會自動掃描讀取卡車ID 卡的卡內信息，然后將這一次的地磅稱重記錄反饋到數據庫中進行記錄，以便后續的查詢。在地磅稱重這一區域旁還設置有一個LED 顯示屏，以提醒司機上磅和下磅，同時實時反映此次卡車裝載的砂石骨料重量。同時，地磅旁設置有攝像機對卡車整體進行拍照，并將這一照片上傳至服務器。

4.4 打票

當上述所有操作完成，司機離開地磅出發運用砂石骨料時，系統會自動生成一張小票。司機可以在過磅完成后到磅房領取屬于自己的小票，也可以在系統中設置批量打印小票，然后在下班前取走全部的小票。

5 砂石骨料生產未來發展趨勢

回歸生態環境建設、落實產業結構調整以及推行新型“工業-信息-產業”化戰略發展，對于砂石骨料生產有著更高的要求。砂石骨料生產需要引入信息技術，以完善自身的產業結構，不斷改善生產線中的落后技術和管理方式。想要達到上述的發展水平，還有滿足一些前提條件。例如，生產砂石骨料的企業應當具備完整的生產經營手續，開采礦山也應當符合相關的法律法規及政府對其的審批流程，運用科學合理的開采方式開發礦山資源。另外，在礦山生產規模中應當依據整個城市對砂石骨料的市場需求建設砂石骨料供應基地。對于一些小規模、生產技藝水平落后的砂石骨料生產企業，需實施關閉和整合處理，以滿足規模化發展要求。

6 結語

在砂石骨料生產線中引入智能控制系統，能夠有效提升生產線的生產效率和質量，進而滿足市場的需求。智能控制系統能夠有效且全面地控制砂石骨料生產線中的所有設備，實現生產線的集成、集中化管理，避免因人工誤操導致重大失誤，節省成本投入，提高生產線的經濟效益。此外，通過使用智能控制系統能夠提高生產質量，有效減輕環境污染，滿足綠色經濟化發展需求。