基于PLC 控制的自動除鐵系統設計

(江西漂塘鎢業有限公司大江選廠,江西大余 341515)

0 引言

礦井下由于礦井工人的生產活動經常會遺留一些工業垃圾,而其中就包括了一些廢棄金屬,比如廢棄的鋼軌、道釘、釬桿、螺絲、鋼筋等,這些大部分為鋼鐵制品,這些廢棄鐵件會被夾在在礦石中被礦車運送到選廠礦石破碎系統,后續則會進入選礦工藝,通常選礦工藝較為復雜,這些廢棄鐵件會對選礦工藝產生一定的干擾,也會破壞選礦設備的穩定性,影響機器的日常運行。因此,這些夾雜在礦石中的廢棄鐵件必須進行及時清除。本文針對夾在在礦石中的廢棄鐵件遺留問題,設計了一套基于S7系列PLC的自動除鐵系統裝置,通過控制機構對電磁鐵周期性地自動控制,將夾雜在礦石中的廢棄鐵件及時清除[1-2]。

1 系統總體設計

自動除鐵系統主要由檢測機構(金屬檢測儀)、控制機構(PLC控制器)、執行機構(步進電機、可移動電磁鐵)幾個模塊構成,其功能是夾雜在礦石中的廢棄鐵件進行及時清理,減少后續礦石處理的干擾,防止選礦設備損壞,保障日常的生產工作。

該裝置的主要工作原理:井下夾雜著鐵件的礦石從井下運送至選廠,經破碎后進入輸送帶,輸送帶的上方安裝了一個電磁鐵,電磁鐵下方兩端安裝了一套金屬檢測儀,其目的是為了檢測電磁鐵的吸附是否過度[3]。PLC控制器通過控制電機來移動電磁鐵,期間給電磁鐵上磁,磁鐵在輸送帶上方將礦石中夾雜的廢棄金屬進行吸附,當達到一定時長或者金屬檢測儀檢測到吸附過度后進行廢棄鐵件釋放,將廢棄鐵件釋放進廢棄金屬倉,實現廢棄鐵件的清理。該裝置為一個閉環控制,圖1為系統設計原理圖。

圖1 系統設計原理圖Fig.1 Schematic diagram of system design

2 硬件設計

本文設計的自動除鐵系統的硬件模塊主要是金屬檢測儀、PLC控制器(PLC、觸摸屏、模擬量輸入輸出)、步進電機、移動式電磁鐵四個模塊硬件裝置構成。

金屬檢測儀的主要作用是為了檢測電磁鐵是否吸附過度,若電磁鐵吸附過度,檢測儀會把信號及時傳遞給PLC,觸發電磁鐵進行廢棄金屬釋放工作。其主要原理是通過線圈發射磁場,當有金屬物質進入磁場后,會對該磁場進行干擾,并轉換成感應電壓,再通過經過通訊模塊傳遞給PLC控制器,作為系統控制的依據[4]。

PLC控制器主要包括:PLC、觸摸屏、模擬量輸入輸出。由于整體的控制流程都有PLC主導,因此PLC的選型比較重要,本文的PLC模塊選用西門子S7(Smart)系列,該款PLC的優勢有:

(1)其結構較為緊湊,安裝的時候不會占用太大空間。

(2)其擴展性較好,有多個擴展模塊,控制規模可從幾點到幾百點。

(3)S7(Smart)的編程軟件是STEP7-Micro/WIN32,該編程軟件可以方便地在Windows環境下對PLC編程、調試、監控。使得PLC的編程更加方便、快捷,能夠滿足各種小規模控制系統的要求。

(4)軟件匹配性較好,可以兼容多種軟件。

數字量輸入輸出模塊的作用是可將數字信號輸入給步進電機,以此來控制電磁鐵的移動以及通斷電,再與觸摸屏搭配,可實現人機交互,電機則采用步進電機,因為步進電機適用于閉環系統,且每步的精度在3%到5%,而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運動的重復性,價格相比伺服電機更為實惠。配合行程開關檢測確定電磁鐵運動極限位置。通斷執行機構電磁鐵可采用DX 型流水線除鐵屑吸盤電磁鐵,該電磁鐵可通過調整功率來調整電磁鐵的吸附力,并且可快速通電斷電。

移動式電磁鐵的作用是將礦石中夾雜的廢棄金屬進行吸附,并將吸附的廢棄金屬運輸至廢棄金屬倉內,從而達到一個清理廢棄金屬的作用,其原理是通過給線圈通電產生磁力,將電能轉換為磁力,該電磁鐵采用滑軌式移動安裝方式。

3 軟件設計

本文的軟件設計是基于STEP7-Micro/WIN32來實現對整個除鐵系統的流程控制,通過Wincc來進行人機交互界面的相關設計,圖2是整個軟件的流程設計圖。

圖2 軟件設計流程圖Fig.2 Software design flow chart

整個軟件的運行原理:首先需要設置電磁鐵移動的起始點和終點,起點是輸送帶的開始端,而終點則是廢棄金屬倉的上端,電磁鐵移動每一個來回都需要從起點到終點,這樣使得電磁鐵在清理的過程不會遺漏清理,使得清理效果能夠更完全徹底。軟件的運行需要設定參數m(金屬檢測儀信號,當電磁鐵吸附過度時(m1=1、m2=1、m3=1)),設定時間周期(t)達到30分鐘后釋放廢棄金屬。軟件運行后,系統給電磁鐵上電,裝置處于工作狀態,電磁鐵開始清理作業,首先需要判定電磁鐵是否吸附過度,若電磁鐵吸附過度,需要釋放廢棄金屬,若電鐵未吸附過度,則繼續吸附,期間需要通過金屬檢測儀的三組信號判斷是否都為1,若三組信號都為1,則認為電磁鐵吸附廢棄金屬可能達到飽和,需要立即釋放廢棄金屬來增加電磁鐵的吸附能力,若三組信號有一個沒有為1,則判定吸附廢棄金屬的仍有作業余地夠,可停留繼續吸附廢棄金屬,當來達到系統設定的固有周期時長后,系統會自動釋放廢棄金屬至廢棄金屬倉,并開始下一個吸附周期[5]。

4 結論

本文利用電磁鐵能夠吸附廢棄鐵件的原理設計了一種礦石自動除鐵裝置,該設計系統是基于西門子S7Smart PLC 的控制來實現的,系統首先設定清理參數,再由S7SmartPLC控制器通過控制步進電機,步進電機將脈沖信號轉換成執行機構的位移,進而控制電磁鐵的移動,期間通過金屬檢測儀檢測電磁鐵是否吸附過度,若吸附過度則需要釋放,若未吸附過度則要經過一個周期時長再釋放廢棄金屬,最終實現了對井下礦石中夾雜的廢棄鐵件清理。