DCS集散控制系統在選礦廠應用的重要性

王 槐，盧致明，李鎮宏，郭安然

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

近年以來，金屬價格持續走低，這對過度依賴市場價格而生存的礦山企業來說，無疑是舉步維艱，生產經營帶來較大的挑戰；如何擊碎困難化解壓力，變挑戰為機遇，順利完成礦山企業的各項選礦生產經營任務，成為了每一位礦山人需要去思考、去解決的實際問題。充分發揮、挖掘公司專業技術人員的創造潛力，堅持自主創新與學習運用相集合的發展之路；隨著新技術的不斷推廣應用，DCS集散控制系統充分應用到選礦工藝系統中勢在必行，不僅有效的提高設備運行效率，提升產品質量，減少過粉碎，提高易選合格粒級含量，穩定提高選礦指標，而且降低生產成本，為公司選礦技術的發展添磚加瓦，為順利完成公司下達的各項生產經營任務指標打下堅實的技術基礎。

1 DCS系統的分析與應用

根據選礦廠一直以來采用看、摸來指導生產操作，流程整體穩定性較差、調節速度慢、調節效果不明顯、過于依賴經驗等問題，結合某選礦廠DCS集散控制系統應用嘗到的甜頭，加之DCS集散控制系統技術使用、操作、維護逐漸成熟的實際，某選礦廠于2017年6月開始在破碎、磨礦、浮選、尾礦庫及回水區域推廣應用，并于2017年12月完成安裝并調試[1]。結合DCS集散控制系統對生產和管理進行一體化的設計，通過中控室對設備的啟動、監測、控制和關閉進行操作，中央控制室設置主工程師站一臺，應用站一臺（OPC、歷史、WEB），大屏幕操作站一臺、三臺操作員分別控制全廠的四個區域的動態圖表、報警、趨勢、數據和報告。

整個控制網絡以100MB以太網為基礎的局域網（LAN），系統的控制網絡是冗余的控制網絡，在系統中控制網絡采用的設備包括交換機、以太網線及光纜；DeltaV系統的控制網絡考慮到網絡的可用性，采用冗余的方式，并建立兩條完全獨立的控制網絡，即主、副控制網絡；主、副控制網絡中的交換機、以太網線及工作站和控制器的網絡接口完全獨立，每個DeltaV控制器都有主副2個網絡接口，在采用冗余控制器的配置時，每對控制器會有2個網絡接口連接到主交換機上，另2個網絡接口連接到副交換機上；DeltaV系統的工作站都配有3塊以上的網卡，其中2塊用于建立控制網絡，另1塊用于備用或連接其它系統如工廠網絡等。DeltaV系統的控制網絡采用TCP/IP的通訊協議，系統自動分配各節點的IP地址，每套DeltaV系統可支持最多120個節點。

根據選礦廠生產實際，結合DCS集散控制系統層級情況，即現場設備層，控制層，信息管理層，見圖1。

圖1 DeltaV系統結構圖

（1）現場設備層：主要責任是數據采集和接收控制信號，包括所有生產設備和在線檢測儀表、執行機構的信號采集和接收等。通過IO模塊將所有設備狀態數據和過程數據都讀入到控制系統中同時將控制信號發送給現場設備。IO站均通過光纖或者高速以太網實現點對點結構[2]。

（2）控制層：主要責任是運算和控制，由控制器完成。所有來自IO模塊的數據送入控制器，實時的運行所有關于生產的邏輯控制和回路控制，質量平衡計算、金屬平衡計算、生產產率計算等工作，從而保證操作人員可以及時的調整控制設備啟停、生產異常處理、工藝參數目標值設定等工作。控制器通過光纖或以太網直接和中控室的服務器、工程師站進行數據的傳遞和互通。

①工程師站承擔系統硬件組態、編程、調試和維護的功能。②操作員站承擔操作任務，供操作人員進行監控生產過程和操作。③歷史數據庫是用來存儲數據和進行數據處理、報表開發(根據工藝、設備、生產管理的需求不同進行報表定制)、報表自動生成等功能的，它將這些報表根據權限可以在操作員站上顯示打印，也可以通過WEB服務器發布到礦內制定工作站上。④WEB服務器用于將現場的生產流程畫面和數據發布到礦局域網上，使廠級和礦級領導及時快捷的了解現場的生產情況。

（3）信息管理層：DCS集散控制系統具備OPC接口，將生產數據上傳到工廠信息網或ERP系統，便于進行數據分析以及安排生產計劃。

2 應用成果

通過DCS集散控制系統在選礦廠的推廣應用，設備設施實現了實時監控，對溫度、電流、頻率、功率等的監控，有效的降低了故障停機的概率；對關鍵參數的監控，使操作者在設備設施開機的過程中能夠及時的發現設備的運行情況，降低了設備故障率，大大提高了設備的運轉率[3]。同時對選礦廠關鍵設備磨機功率的計算能夠讓操作人員對磨機內部物料配置情況得到一定的認識，給操作人員帶來了極大的好處，通過公式的計算，讓磨礦系統在給礦上大大的提高了處理量，減少了操作人員現場勞動強度，同時使加入磨機的鋼球充分得于利用，節約了生產成本；通過濃度計反饋回來的濃度值，使操作工不在憑借以往的經驗來加減補加水，使磨礦的工藝系統更加穩定，同時也節約選礦廠的用水量[4]。

依托這一系列新技術的使用，某選礦廠磨機運轉率得到大幅度提升，運轉率提升2.685個百分點，同時磨機臺效較提升了3.26t/h，見表1。

表1 某選礦廠2017-2019年停機時間及相關數據統計表

通過DCS集散控制系統的應用，解決了以往生產操作靠摸、看對各作業環節帶來的指標波動，主要表現在磨礦工藝系統的穩定上，同時提升了設備效率與工藝流程的匹配性，減少操作人員的勞動強度，提高設備運行效率，提升產品質量，減少過粉碎，穩定提高選礦指標，降低生產成本，最終達到增產、增效、穩定指標的效果，見表2。

表2 濃粒度合格率對比表

3 結論

DCS集散控制系統在選礦廠的應用，增強了員工特別是專業技術人員堅持技術創新道路的信心，進一步堅強了企業的科技創新能力，解決了以往看、摸來指導生產操作，流程整體穩定性較差、調節速度慢、效果不明顯、過于依賴經驗等問題，不僅降低了操作人員的勞動強度，而且確保工藝系統穩定、安全、高效運行，有效的提升員工的工作滿意度，同時減少了選礦廠生產運維成本。