磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計說明

1、. . . . 分類號：密級：學(xué) 號：單位代碼：碩 士 學(xué) 位 論 文論文題目:磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計研 究 方 向過程控制專 業(yè) 名 稱控制工程研 究 生 姓 名導(dǎo)師、職稱2012年 3月 18日·66 / 72摘 要選礦工藝過程中的磨礦分級問題一直是國外工程技術(shù)人員和專家們的研究對象，本文在分析國外對磨礦分級過程自動控制研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對目前亟待解決的磨礦易出現(xiàn)的“脹肚”問題，主要從以下幾個方面研究：(1) 根據(jù)磨礦分級的國外研究現(xiàn)狀，綜合分析各方面的要求，通過比照液位計、磨音頻譜分析儀、核子秤、濃度計、流量計與電動閥等硬件的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)，結(jié)合磨礦分級工藝流程

2、實際，采用了磨礦分級過程控制系統(tǒng)方案。(2)繪制磨礦分級中給礦量的工藝流程圖，根據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計原則，畫出總體結(jié)構(gòu)框圖，包括上（下）位機(jī)、檢測機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。(3) 為了實現(xiàn)磨礦分級過程給礦量、磨礦濃度與粒度三大設(shè)定值的控制，在分析DCS系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對磨礦分級系統(tǒng)硬件進(jìn)行選擇和配置。 (4)利用winCC進(jìn)行磨礦分級過程操作面板的設(shè)計,對設(shè)備硬件的配置與控制、控制參數(shù)、運(yùn)行界面進(jìn)行組態(tài),界面包括歷史資料歸檔、事故報警、故障判斷、故障保護(hù)，構(gòu)建人機(jī)界面實現(xiàn)整個系統(tǒng)的實時監(jiān)控。(5) 利用西門子PLC S7-400，選擇step7 軟件實現(xiàn)了D/A輸出程序設(shè)計，對磨礦給礦量控制、磨礦濃度

3、控制、自動加球控制、分級機(jī)溢流濃度的檢測和控制進(jìn)行了編程。針對某礦山選礦廠磨礦分級過程研究并設(shè)計了整套控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用良好。取得的成果可有效解決磨機(jī)運(yùn)行效率不高等問題，對提高工作效率與穩(wěn)定工藝指標(biāo)具有較重要的現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞：磨礦分級；給礦量；磨礦濃度；PLCAbstractGrinding and classification during the beneficiation process has been the study of engineering and technical personnel and experts at home and abroad. On the

4、 basis of Automatic Control research status of grinding and classification process, solved for the prone problem of Grinding and classification, this paper studies mainly from the following several aspects:First, according to the research status of grinding and classification at home and abroad, com

5、prehensive analysis of the various demands, by comparing the technical specifications of the spectrum analyzer, nuclear scale, concentration meter, flow meter and electric valve, and Combination of grinding and classification process of the actual operation, grinding and classification process contr

6、ol system are programmed. Second，the author should draw the grinding and classification technics flow chart. Draw the overall block diagram based on the design goals and design principles of control system, including upper(lower) bit machine, testing and executing agencies.Third, in order&

7、#160;to control the amount of ore, grinding concentration and particle  size of the three parameters in grind grading process,on the basis of analysis of the DCS system,&

8、#160;select and configured the hardware about grind grading system.Forth，Using winCC to design the operator panel of grind grading process. confabulated the interface of hardware configured and control of equipment, control parameters, which including historic

9、al data archiving and accident alarm, fault diagnosis, fault protection, established human-mechanical interface to realize the real-time supervisory of the entire system.Finally,making use of Siemens PLC S7-400, selecting step7 software to achieve

10、60;the design of the D/A input and output programs, programming the detection and control of the amount of ore, grinding concentration ,grinding the ore grinding concentration

11、, automatic ball-adding and the sorting machine overflow concentration.Research and design a whole control system of grind grading for a mine concentrator, the application is 

12、well in practice. The results obtained can be an effective solution to the mill operating efficiency, and has important practical significance to improve the efficiency and

13、60;stability of process criteria.Keywords: grinding classification; grinding ore; concentration; the PLC目錄第一章引言11.1 課題背景與研究意義11.2 磨礦分級過程控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢21.2.1初級階段21.2.2穩(wěn)定生產(chǎn)階段21.2.3最優(yōu)化生產(chǎn)階段31.3本文的主要研究容41.4 本章小結(jié)4第二章磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)工藝流程與方案設(shè)計52.1 磨礦分級自動控制系統(tǒng)工藝流程52.2 給礦量工藝流程62.3系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)62.4系統(tǒng)設(shè)計原則62.5技

14、術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)72.6磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)總體設(shè)計72.6.1磨礦自動控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案72.6.2 系統(tǒng)編程軟件92.6.3系統(tǒng)組態(tài)軟件Wincc92.6.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計102.6.5系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計102.6.6系統(tǒng)擴(kuò)展接口設(shè)計102.7系統(tǒng)的操作方式102.7.1遠(yuǎn)程自動控制102.7.2遠(yuǎn)程手動控制112.7.3就地手動控制112.8 磨礦分級過程的計算機(jī)監(jiān)控112.9 本章小結(jié)11第三章磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計123.1磨礦自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計123.1.1磨礦自動控制系統(tǒng)硬件模塊組成123.1.2磨礦自動控制系統(tǒng)現(xiàn)場儀表輸入輸出電路設(shè)計133.1.3磨礦分級自動控制系統(tǒng)硬

15、件模塊線路設(shè)計153.2 本章小結(jié)23第四章磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實現(xiàn)244.1 磨礦分級系統(tǒng)控制程序設(shè)計流程244.2 上位機(jī)與 PLC 通訊測試和系統(tǒng)的硬件組態(tài)254.2.1 上位控制計算機(jī)與 PLC 的通信254.2.2 磨礦分級過程控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)264.3 磨礦分級過程控制系統(tǒng)的 PLC 程序設(shè)計304.4磨礦分級過程控制系統(tǒng)的控制設(shè)計344.4.1磨礦給礦量的控制354.4.2磨礦濃度的控制374.5 本章小結(jié)39第五章磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計405.1主畫面設(shè)計405.2報警畫面設(shè)計405.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計畫面界面設(shè)計415.4 趨勢畫面界面設(shè)計425.5

16、 給礦控制界面設(shè)計425.6 高頻篩設(shè)備控制界面設(shè)計435.7 水路控制界面設(shè)計435.8 參數(shù)設(shè)定設(shè)定界面設(shè)計445.9 棒磨液位濃度控制界面設(shè)計445.10 本章小結(jié)45第六章磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)與分析46第七章總結(jié)與展望48參考文獻(xiàn)50致52附錄A 部分設(shè)計圖紙53附錄B 部分現(xiàn)場圖64理工大學(xué)學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明與使用授權(quán)書69第一章 引言1.1 課題背景與研究意義在礦山選礦生產(chǎn)的過程中，磨礦是生產(chǎn)流程當(dāng)中的重要環(huán)節(jié)，磨機(jī)由出料部、給料部、回轉(zhuǎn)部、傳動部（小傳動齒輪，減速機(jī)，電控，電機(jī)，）等部分組成，因其具備單個個體容量大、整體結(jié)構(gòu)簡單、出產(chǎn)量大并且破碎比例高、以與穩(wěn)定性良

17、好、連續(xù)運(yùn)行等諸多優(yōu)點，已經(jīng)被首選為目前磨礦分級的設(shè)備，現(xiàn)在正被廣泛地應(yīng)用在以下行業(yè)：水泥、選礦、采礦、瓷、化工與電力等12。目前，在選礦廠的生產(chǎn)過程中存在的普遍問題是：1、入磨礦量依賴于手動調(diào)節(jié)，受責(zé)任心和經(jīng)驗等人為因素的影響，操作波動比較大，很難保證入磨礦量穩(wěn)定；2、給水量也依賴于人工調(diào)節(jié)，受礦量變化或供水壓力等因素影響，球磨濃度很難控制穩(wěn)定，進(jìn)而影響作業(yè)效率，有時還甚至造成“脹肚”（礦水的比例嚴(yán)重失衡，如：水過多稱為“稀脹”，水過少則稱“干脹”）等設(shè)備事故。磨礦作業(yè)會直接影響磨礦產(chǎn)品質(zhì)量(如：粒度特性、磨礦產(chǎn)品的濃度、單體解離度等) 以與選礦工藝過程中的處理能力，以與對后續(xù)生產(chǎn)工藝作業(yè)指

18、標(biāo)以至選礦廠的綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、效益指標(biāo)都有著相當(dāng)大得影響。所以，把握好磨礦分級過程來調(diào)整磨礦過程中的一系列參數(shù)、對提高磨礦分級的效率與質(zhì)量是對提高整個選礦廠的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和效益指標(biāo)有著長遠(yuǎn)的意義。但是由于磨礦分級過程中出現(xiàn)的影響因素較多而且機(jī)理比較復(fù)雜、滯后時間較長、生產(chǎn)工藝過程進(jìn)程緩慢、同時整個系統(tǒng)又同時具備以下幾個干擾因素：具有時變性；非線性等干擾因素；因此將會給整個磨礦分級生產(chǎn)操作過程帶來很多的困難；另外，磨機(jī)噪聲達(dá)到100dB且機(jī)組龐大，導(dǎo)致操作人員勞動強(qiáng)度大，工作環(huán)境惡劣。上世紀(jì)九十年代以來，在國外自動化領(lǐng)域的專家學(xué)者、科技工作者、以與在一線的選礦工作人員，在不斷的研究與探討磨礦分

19、級過程中存在的一系列問題。34在整個磨礦分級過程中，影響作業(yè)的因素很多，其中最主要的因數(shù)有以下幾個方面：物料性質(zhì)；具體可分為以下幾個指標(biāo)：給料粒度；礦石可磨度；產(chǎn)品細(xì)度；磨礦機(jī)結(jié)構(gòu)：磨機(jī)型式的選?。荒C(jī)規(guī)格、襯板形狀的選??；操作方面的因素：介質(zhì)的形狀和充填率；介質(zhì)的尺寸配比與材質(zhì)、加棒（球）制度、磨機(jī)轉(zhuǎn)速率、磨礦濃度和料球比等，而這些因素本身又會相互影響。磨機(jī)的負(fù)載是指球磨機(jī)中的物料的負(fù)荷量、棒（球）磨負(fù)荷的負(fù)荷量以與水量三個因素的總和，這三個參數(shù)是磨礦分級過程中最重要的關(guān)鍵參數(shù)，對磨礦分級效果有著最直接而又最顯著的影響。在磨礦分級實際生產(chǎn)工藝中，因為不能準(zhǔn)確檢測磨機(jī)的部負(fù)荷和礦石性質(zhì)的波動、

20、操作水平的差異和外界因素的干擾等，使磨機(jī)負(fù)荷很難維持在最佳水平，進(jìn)而不能充分發(fā)揮磨機(jī)的效率56。經(jīng)過研究擬采用最佳值給礦與磨機(jī)功率的保護(hù)處理相結(jié)合的方案來控制給礦量的大小。用濃度計來監(jiān)測螺旋分級的溢流濃度，排礦補(bǔ)加水量的自動調(diào)節(jié)來控制螺旋分級機(jī)的溢流濃度。采用磨音功率與磨機(jī)電耳雙檢測的手段來對磨機(jī)球負(fù)荷進(jìn)行判別分析。采用壓力計來檢測旋流器組的給礦壓力進(jìn)行控制給礦；采用液位計檢測泵池液位以與根據(jù)液位高低來加水減水；采用料位計對粉礦倉料位來進(jìn)行實時監(jiān)測。通過對系統(tǒng)進(jìn)行研究，設(shè)計出了磨礦分級過程的自動控制系統(tǒng)，對減少工人的勞動強(qiáng)度、實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)、提高選礦過程作業(yè)指標(biāo)與節(jié)能降耗都有重要的經(jīng)濟(jì)實用價值，

21、并產(chǎn)生重要的經(jīng)濟(jì)和社會效益。1.2 磨礦分級過程控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1.2.1初級階段20世紀(jì)50年代以前，選礦過程不采用儀表來進(jìn)行控制，大部分是人工靠個人的操作經(jīng)驗與不多的知識操作控制部分生產(chǎn)過程，導(dǎo)致的結(jié)果是生產(chǎn)指標(biāo)極不穩(wěn)定。而且隨著礦石性質(zhì)和物理塊狀的不斷大水高低變化，一定會引起操作困難，控制基本是不準(zhǔn)確更不與時，很難使生產(chǎn)流程保持基本的穩(wěn)定，更談不上獲得較好的生產(chǎn)指標(biāo)，還有就是勞動強(qiáng)度加大，勞動條件惡劣。隨著儀表工業(yè)的發(fā)展，選礦工藝流程中有的用儀表對某些部分變量進(jìn)行個項檢測，比如在磨機(jī)給礦和回路中加了皮帶秤等，通過人工計量并不斷調(diào)整給礦速度和增加給水回路中水的計量等。通過對選礦過程

22、中采用模擬儀表監(jiān)測，也可不同程度地節(jié)省工人的體力，改善勞動條件，提高生產(chǎn)過程穩(wěn)定性，方便操作。目前我國很多選礦的自動化水平位于這個階段7。1.2.2穩(wěn)定生產(chǎn)階段此階段又稱為穩(wěn)定控制階段。到六十年代初期，如金屬探測器、礦漿pH計、礦漿濃度計等自動檢測儀表相繼研制成功，選礦分級過程控制實現(xiàn)了磨礦發(fā)級過程的給礦量與溢流濃度的自控。在上世紀(jì)60年代的十年期間，自動檢驗檢測技術(shù)有了重大突破，如在線X熒光分析儀和電子秤等，70年代末的在線礦漿粒度儀的成功研制，就可直接通過對磨礦分級產(chǎn)品粒度分析并控制，可提高磨礦分級效率與產(chǎn)品質(zhì)量。80年代初，通過調(diào)整選礦廠局部的機(jī)組參數(shù)并采用最佳條件控制，一般可使使生產(chǎn)流

23、程基本穩(wěn)定，大部分采用模擬儀表來進(jìn)行控制。但隨著計算機(jī)普遍在工業(yè)控制的應(yīng)用，在選礦領(lǐng)域也著手研究用電子計算機(jī)進(jìn)行直接的數(shù)字控制（DDC）。在現(xiàn)代選礦工藝中，磨礦分級將采用一系列的現(xiàn)代控制技術(shù)去解決生產(chǎn)過程中的一些難題，包括自適應(yīng)、自組織和最優(yōu)控制等。在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用例子如下所述：設(shè)計多個變量控制器、用多個變量去解決這些變量之間的相互影響，從而能夠更精確的去解決實際問題；應(yīng)用計算機(jī)的在線估計模型系統(tǒng)去實現(xiàn)控制系統(tǒng)的自校正控制；運(yùn)用卡爾曼濾波器來辨識礦石的硬度擾動，這個過程的目的是對礦石的硬度進(jìn)行補(bǔ)償，以實現(xiàn)自動控制。這些技術(shù)的采用與實現(xiàn)，對整個磨礦分級過程控制中在保持穩(wěn)定性控制方面，其控制效果

24、比用普通PID調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)控制時更佳。在這一階段中，微、小型計算機(jī)數(shù)字控制代替了人工控制，它直接作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如直接取樣，直接控制閥門，直接控制給礦等。在監(jiān)測儀表過關(guān)的條件下，對某一個車間或某一個機(jī)組實行局部的穩(wěn)定和最佳控制，使選礦廠的重要生產(chǎn)設(shè)備，如球磨機(jī)組等，在最佳的狀態(tài)下工作。目前，國外大多數(shù)選礦廠的自動化水平處于這個階段。國除鳳凰山銅礦廠由芬蘭引進(jìn)設(shè)備，用小型計算機(jī)控制外，少數(shù)選礦廠，如紅透山銅選廠、首鋼大石河鐵選廠等，也曾進(jìn)行過試驗，但無一成功使用計算機(jī)控制8。1.2.3最優(yōu)化生產(chǎn)階段20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初，伴隨著控制理論的持續(xù)發(fā)展和控制技術(shù)的普遍應(yīng)用，為在生產(chǎn)中選礦技術(shù)實現(xiàn)

25、最優(yōu)控制或選礦廠的自動化工藝奠定了堅實的基礎(chǔ)。考慮到選礦過程中的影響因素比較多，隨著入選礦石性質(zhì)的變化而異去自動校正對各變量的控制，從而達(dá)到使整個選礦指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。選礦廠各重要機(jī)組、各車間都采用計算機(jī)和各種檢測儀發(fā)出的信號配合，最后，用一臺中心計算機(jī)來調(diào)度其它計算機(jī)工作，對整個選礦過程實現(xiàn)最優(yōu)控制。南非等一些國家的選礦廠已進(jìn)入最優(yōu)化生產(chǎn)控制階段。目前，采用計算機(jī)控制的磨礦設(shè)備常見于球磨或棒磨，國也已經(jīng)研究多年，并在少數(shù)選礦廠進(jìn)行了試用。在控制方法上，將現(xiàn)代控制理論中的自適應(yīng)控制、多變量控制、最優(yōu)控制等方法應(yīng)用于棒磨和球磨控制中。但計算機(jī)在自磨機(jī)中的控制應(yīng)用則很少，國外只有塞浦路斯皮馬采礦公司與

26、少數(shù)幾個選礦廠將計算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于自磨機(jī)上。在國，自磨磨礦仍然處于人工操作水平。一方面：因為自磨機(jī)是非常復(fù)雜的工業(yè)過程被控對象，在理論上和實踐上對自磨機(jī)的機(jī)理認(rèn)識，專家們尚未有一個統(tǒng)一的解釋，還沒提出一個可用得數(shù)學(xué)描述控制模型，成為典型的“黑箱”問題；另一方面：由于進(jìn)入自磨機(jī)的礦石性質(zhì)多變使得自磨機(jī)運(yùn)行行為也隨機(jī)多變；再者：自磨機(jī)給礦系統(tǒng)純滯后大以與嚴(yán)重的非線性使得自磨機(jī)的控制難度較大，容易產(chǎn)生“脹肚”事故。當(dāng)然，目前還沒有一種較好的手段來對排礦濃度和料位進(jìn)行直接檢測，也是自磨機(jī)要實現(xiàn)自動控制的一個復(fù)雜問題9。在西方的一些發(fā)達(dá)國家例如：英國、美國、法國、澳大利亞、加拿大、德國、芬蘭、智利等，

27、在各大中型磨礦選礦廠選礦自動化領(lǐng)域起步都比較早，而且已經(jīng)實現(xiàn)了相當(dāng)程度比例的自動化控制，其應(yīng)用圍從碎礦到脫水等各個選礦環(huán)節(jié)；在選礦各階段中礦特的自身因素和選礦過程中的各種設(shè)備狀態(tài)參數(shù)都在測控對象的領(lǐng)域中。例如：國外的一些礦業(yè)公司的選礦廠利用計算機(jī)技術(shù)控制棒磨、球磨兩段磨礦的比例進(jìn)行PID串級控制并采用專家系統(tǒng)進(jìn)行研究，從而成功實現(xiàn)了在保證生產(chǎn)產(chǎn)品和的基礎(chǔ)下的礦產(chǎn)常量的提高，并且能夠有效的使生產(chǎn)工藝過程中的球磨機(jī)工作超負(fù)荷狀態(tài)以下，使得生產(chǎn)和效益得到有效的提高。智利的Copper ton選礦廠也成功地應(yīng)用了兩級集散控制系統(tǒng) 1011。的銀茂鉛鋅礦業(yè)公司的選礦廠研制的磨礦自動控制系統(tǒng)就設(shè)置了電流檢

28、測、給礦量、磨機(jī)的電耳值、返砂水控制、溢流濃度、排礦水控制與報警等檢測項目，借助這些檢測的數(shù)據(jù)來控制磨礦過程的每個工藝參數(shù)，分析判斷磨機(jī)工作狀態(tài)并實現(xiàn)控制，使流程運(yùn)行可靠穩(wěn)定；模糊控制加PID調(diào)節(jié)的自動控制方式使效果達(dá)到最佳，能實現(xiàn)局部或全部系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)監(jiān)控或手動、現(xiàn)狀人工操作多種手動操作的方式，借助先進(jìn)的控制系統(tǒng)與高效可靠儀表的組合可使系統(tǒng)使用更長久，再加上人性化個性化的組態(tài)畫面方便了操作，給礦控制方便，當(dāng)設(shè)定好小時給礦量，系統(tǒng)自動根據(jù)礦量的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，給水和濃度控制也操作簡單。中國黃金集團(tuán)烏努格吐山銅鉬礦的選廠磨礦自控系統(tǒng)包括有：磨礦濃度自控、給礦量自控、礦倉料位自控、旋流器的泵池液位值

29、、給礦濃度（壓力）與溢流粒度自控，實現(xiàn)了智能化給水、給礦和磨機(jī)工況自動分析、判斷故障、歷史數(shù)據(jù)歸檔、故障報警和保護(hù)。1.3本文的主要研究容根據(jù)磨礦分級現(xiàn)場操作人員對于生產(chǎn)工藝的操作經(jīng)驗，選取適合該工藝的相應(yīng)的模糊規(guī)則，確定好模糊規(guī)則中的輸入、輸出變量。用模糊控制來解決生產(chǎn)工藝中難以建立的復(fù)雜數(shù)學(xué)模型問題，設(shè)計了一整套針對南方某鉭鈮礦的磨礦分級過程自動過程控制系統(tǒng)，在提高磨礦分級過程中的穩(wěn)定性與處理量方面得到很好的解決途徑，從而使生產(chǎn)工藝中的球磨機(jī)能夠連續(xù)工作并且長期處在最佳狀態(tài)而又不出現(xiàn)“脹肚”現(xiàn)象，提高選礦棒（球）磨的處理能力，提高精礦回收率。本文針對磨礦分級的模糊控制，設(shè)計出一套磨礦分級過

30、程自動控制系統(tǒng)，并且圍繞這一控制方案作者從2010年10月開始了對該控制系統(tǒng)的設(shè)計工作，在長達(dá)一年多的努力下，經(jīng)過不斷的測試與修改，基本完成了針對本文的研究與設(shè)計工作?，F(xiàn)將現(xiàn)階段主要成果撰寫成工程碩士論文并且按以下控制思想組織全文：第一章：引言（磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)的背景、研究意義、發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢）第二章：磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)工藝流程與方案設(shè)計第三章：磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計第四章：磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)第五章：磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計第六章：磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)與分析第七章：總結(jié)與展望1.4 本章小結(jié)本章介紹了項目產(chǎn)生的背景和課題研究

31、的現(xiàn)實意義，在綜合國外磨礦分級控制技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，針對目前礦山磨礦分級存在的諸多問題，提出了本文的主要研究容與側(cè)重點并整理了本文的組織安排。第二章 磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)工藝流程與方案設(shè)計南方某鉭鈮礦建于上世紀(jì)七十年代，是我國目前規(guī)模最大的鉭鈮采選企業(yè)和鉭鈮鋰原料生產(chǎn)基地，礦床含鉭鈮鋰銣銫等多種金屬，具有開采條件好，儲量大，有用金屬多，綜合利用價值高的特點，為國外同行矚目。但目前卻受到無法長時間穩(wěn)定生產(chǎn)的困擾，主要原因是礦石性質(zhì)的變化以與人工操作不能與時對生產(chǎn)不穩(wěn)定因素做出反應(yīng)，導(dǎo)致選礦廠流程穩(wěn)定性差，更無法快速適應(yīng)因原礦的塊粉礦搭配比例變化時新的選別流程的穩(wěn)定，最終導(dǎo)致原礦處理量以與最終

32、產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量無法得到保障和提高，通過引入自動化控制系統(tǒng)，對磨礦生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化控制、優(yōu)化運(yùn)行和優(yōu)化管理，保證磨礦系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定和高效，實現(xiàn)選廠生產(chǎn)磨礦處理能力最大化。2.1 磨礦分級自動控制系統(tǒng)工藝流程選礦生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)是磨礦分級，控制好磨礦過程能夠使能耗降低、最終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量提高。磨礦過程的目標(biāo)是通過改變給水量和給礦量，使磨機(jī)的臺時產(chǎn)量達(dá)到最優(yōu)，并且使分級的濃度和溢流粒度滿足要求。在磨礦分級過程中，給礦量、原礦的性質(zhì)、磨機(jī)的排礦量、分級機(jī)的返砂量、返砂水量、磨機(jī)的轉(zhuǎn)速、介質(zhì)充填率、礦石充填率、襯板狀況與球荷比等可以影響磨機(jī)的產(chǎn)量以與分級機(jī)溢流濃度和粒度。由于上述各種因素的多變

33、性和隨機(jī)性增加了磨礦分級過程的控制難度。外部條件有原礦性質(zhì)、磨機(jī)的轉(zhuǎn)速、球荷情況與襯板狀況，對于這些因素，只能遵守客觀事實，自動控制系統(tǒng)無法調(diào)節(jié)?？墒?，如果完全排除上述情況來實施控制，顯然是不可行的。由于原礦性質(zhì)隨時都有變化的可能，任何變化都會導(dǎo)致破壞系統(tǒng)平衡狀態(tài)。所以能夠自動分析原礦性質(zhì)的變化，并作出相應(yīng)調(diào)整是必須控制系統(tǒng)的一個功能1213。下圖是磨礦分級工藝圖。圖2.1 磨礦分級工藝圖2.2 給礦量工藝流程由工藝要求可得，在下位機(jī)設(shè)定礦量的給定值，核子秤測得的瞬時值作為檢測值，將檢測值與給定值進(jìn)行比較，如果存在偏差，由下位機(jī)將信號輸出至變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過改變給礦電機(jī)的轉(zhuǎn)速從而使礦量改變，

34、將檢測值與給定值的偏差消除。在下一時刻，繼續(xù)執(zhí)行這一過程，從而使給定值與檢測值的偏差最小，使系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。球磨機(jī)負(fù)荷與電流變送器的輸出信號的關(guān)系如圖2.2所示，在本系統(tǒng)中，球磨機(jī)工作過程的磨機(jī)裝載量由電流變送器負(fù)責(zé)檢測。由圖2.2可知，在初始狀態(tài)，礦石裝載量與磨機(jī)電流成正比，即電流變大，礦石裝載量越大。如果磨機(jī)礦石的參數(shù)發(fā)生變化時，要求主機(jī)能與時修改設(shè)定值，而設(shè)定值的修改是通過電流變送器將信號輸?shù)街鳈C(jī)，改變變頻器的值，從而調(diào)整給礦量的大小，使磨礦的運(yùn)行效率達(dá)到最高，一直保持最佳充填率，同時又不會出現(xiàn)“脹肚” 。同時由圖4.3可知，當(dāng)磨機(jī)裝載量達(dá)到一定值時，磨機(jī)電流將不會變大，如果繼續(xù)增大裝

35、載量，磨機(jī)電流反而降低，把這一點作為臨界點，并應(yīng)用實物進(jìn)行標(biāo)定，只要滿足電流信號大于臨界點即可以有效地防止“漲肚”1415。如果電流值小于臨界值，則減小給礦量從而使電流信號變大，如果電流值大于臨界值，磨機(jī)正常運(yùn)行。防止“漲肚”的另一種方法是檢測分級機(jī)的電流，調(diào)節(jié)磨機(jī)的工作狀態(tài)，如果磨機(jī)正常工作，分級機(jī)的返沙比很穩(wěn)定，如果有“漲肚”的趨勢時，則調(diào)節(jié)給礦量，從而使磨機(jī)恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)。圖2.2 給礦量控制2.3系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)南方某鉭鈮礦一段磨礦自動化控制系統(tǒng)的建設(shè)目的是通過對磨礦進(jìn)行檢視、控制和管理，進(jìn)一步挖掘生產(chǎn)設(shè)備的潛能，穩(wěn)定工藝生產(chǎn)過程，穩(wěn)定并提高工藝技術(shù)指標(biāo)；提高設(shè)備自動化，降低一線工人

36、的勞動強(qiáng)度，降低系統(tǒng)維護(hù)成本，提高整體工作效率。2.4系統(tǒng)設(shè)計原則南方某鉭鈮礦磨礦分級過程控制系統(tǒng)本著以下設(shè)計原則進(jìn)行設(shè)計：1、系統(tǒng)的可靠性原則為了使自動化系統(tǒng)在滿足工藝要求基礎(chǔ)的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)長期穩(wěn)定運(yùn)行，并且具有抗各種干擾的能力，滿足電磁兼容性和安全性的要求；所提供的系統(tǒng)軟件是當(dāng)今國際計算機(jī)控制領(lǐng)域公認(rèn)的、穩(wěn)定可靠的、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實時操作系統(tǒng)和相應(yīng)的系統(tǒng)軟件；系統(tǒng)配置的通信網(wǎng)絡(luò)、過程控制系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件和標(biāo)準(zhǔn)的商用軟件具有高容錯能力；所提供的設(shè)備符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。所有部件具有較強(qiáng)的抗電磁與無線電干擾能力；整個綜合自動化系統(tǒng)分成三級網(wǎng)絡(luò)（設(shè)備網(wǎng)、控制網(wǎng)、信息網(wǎng)），各層網(wǎng)要求能夠獨立運(yùn)行，各層網(wǎng)之間要

37、求隔離，隔離通過網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)，保證綜合自動化系統(tǒng)的獨立性和安全性。2、系統(tǒng)的先進(jìn)性原則由于計算機(jī)控制技術(shù)迅速發(fā)展，所提供的系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件是當(dāng)時最先進(jìn)的產(chǎn)品和成熟的最新版本軟件，當(dāng)更先進(jìn)和成熟的產(chǎn)品和軟件版本出現(xiàn)時，能與所提供的產(chǎn)品和軟件保持兼容。保證所提供的系統(tǒng)在本領(lǐng)域中有應(yīng)用業(yè)績。3、系統(tǒng)的易維護(hù)性原則系統(tǒng)具有易于維護(hù)，操作簡便的特點。4、系統(tǒng)的可擴(kuò)展性原則系統(tǒng)具有靈活的擴(kuò)展能力。以保證在工廠擴(kuò)建或改造時，滿足工廠對控制系統(tǒng)的擴(kuò)容要求。除了系統(tǒng)的硬件的要求外，系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件具有靈活的擴(kuò)展能力。5、系統(tǒng)的開放性原則控制系統(tǒng)采用開放的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，符合ISO的有關(guān)通信標(biāo)準(zhǔn)，方便系統(tǒng)擴(kuò)充。6

38、、系統(tǒng)的完善性原則控制系統(tǒng)是完整的、可靠的、滿足技術(shù)要求的系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的硬件、軟件的完整性和兼容性。7、負(fù)荷原則整個系統(tǒng)包括現(xiàn)場儀表、一次元器件、控制單元、工程師站、操作站、管理終端、網(wǎng)關(guān)、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，其負(fù)荷都不超過其硬件、軟件能力的60%。2.5技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)本次方案設(shè)計依據(jù)中國現(xiàn)行的各項有關(guān)規(guī)程、規(guī)與地方有關(guān)規(guī)定。依照的主要規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)如下：1、自動化儀表選型規(guī)定 HG20507-922、工業(yè)自動化儀表用電源、電壓 GB3368-823、工業(yè)自動化儀表用氣源壓力圍和質(zhì)量 GB4830-844、工業(yè)自動化儀表工程施工與驗收規(guī) GB500932002 5、不間斷電源設(shè)備 GB7260-876、

39、計算機(jī)軟件產(chǎn)品開發(fā)文件編制指南 GB 8567-887、工業(yè)控制用軟件評定準(zhǔn)則 GB/T13423-19928、系統(tǒng)接地的型式與安全技術(shù)要求 GB14050932.6磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)總體設(shè)計2.6.1磨礦自動控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案根據(jù)南方某鉭鈮礦選礦廠的工藝特點，把選礦廠自動控制的重點放在提高棒磨機(jī)的磨礦效率和產(chǎn)品質(zhì)量上，在穩(wěn)定磨礦細(xì)度前提下盡最大可能提高磨機(jī)的處理能力。磨礦分級過程自動控制包括給礦量的自動控制，棒磨機(jī)磨礦濃度控制，棒磨機(jī)的音頻檢測，棒磨機(jī)的功率檢測，實現(xiàn)智能給水、給礦與磨機(jī)工況的自動分析、歷史資料歸檔、事故報警、故障判斷、故障保護(hù)等。由于入磨原礦性質(zhì)與粒度的變化、供水水

40、壓的波動等因素會對磨礦分級生產(chǎn)過程造成經(jīng)常性的甚至是大幅度的擾動，在人工操作的條件下很難與時發(fā)現(xiàn)并克服這些擾動，與時調(diào)整操作條件（如磨機(jī)給水量、給礦量、泵池補(bǔ)加水量、砂泵轉(zhuǎn)速等）。磨礦自動控制系統(tǒng)很容易造成磨機(jī)的過負(fù)荷（即磨機(jī)“脹肚”）或欠負(fù)荷，泵池礦漿外溢、泵喘振，致使磨礦分級生產(chǎn)過程不穩(wěn)定，不僅影響磨機(jī)產(chǎn)量和分級溢流粒度達(dá)不到工藝要求，也直接影響后續(xù)選別流程的穩(wěn)定，影響最終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量1617。針對南方某鉭鈮礦選礦廠磨礦工藝流程的特點，磨礦生產(chǎn)自動控制的關(guān)鍵是：磨機(jī)介質(zhì)充填率符合工藝要求的前提下，控制磨機(jī)的給礦量，使磨機(jī)的礦石裝載量始終在合適的圍，防止磨機(jī)過負(fù)荷（即俗稱“脹肚”）或欠負(fù)

41、荷，在保證磨礦出口粒度與后續(xù)選別流程容量允許的條件下適當(dāng)提高磨機(jī)的處理量。磨機(jī)的礦漿濃度（即磨礦濃度）控制在工藝要求的圍。一段泵池泵出口濃度控制在工藝要求的圍。磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)流程圖如圖2.3所示。圖2.3 磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)在主廠房主控室設(shè)置工程師站1臺，設(shè)置操作員站1臺。上位機(jī)系統(tǒng)與控制器采用100MHz 以太環(huán)網(wǎng)，通過工業(yè)交換機(jī)連接。PLC系統(tǒng)的控制器采用了S7-400控制系統(tǒng)，由1 套S7-416控制器組成，現(xiàn)場I/O采用了ET200分布式I/O。所有IO站都是通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線與主控制器相連接的。系統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)按照環(huán)網(wǎng)設(shè)計，通訊速率為100M，

42、系統(tǒng)具有很高的擴(kuò)展能力，最大可以擴(kuò)展到1000個負(fù)載站（包括現(xiàn)場站和操作站）。環(huán)網(wǎng)所使用的交換機(jī)是MOXA公司生產(chǎn)的工業(yè)交換機(jī)，完全適應(yīng)于苛刻的工業(yè)場合，進(jìn)一步提高了管理控制層通訊的可靠性。2.6.2 系統(tǒng)編程軟件采用西門子公司的STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包作為編程軟件。STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包符合面向圖形和對象的Windows操作原則，可運(yùn)行在Windows2000、WindowsXP、WindowsServer2003下，為適應(yīng)不同的應(yīng)用對象，可選擇不同的版本，本設(shè)計是采用V4.5漢化版進(jìn)行的。(1)SIMATIC管理器可瀏覽SIMATICS7、M7、C7的所有工具軟件和數(shù)據(jù)。(2)符號編輯器管理

43、所有的全局變量，用于定義符號名稱、數(shù)據(jù)類型和全局變量的注釋。(3)通信組態(tài)包括組態(tài)的連接和顯示、定義MPI或PROFIBUSDP設(shè)備之間由時間或事件驅(qū)動的數(shù)據(jù)傳輸、定義事什驅(qū)動的數(shù)據(jù)、用編程語言對所選通信塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。(4)硬件組態(tài)用于對硬件設(shè)備進(jìn)行配置和參數(shù)設(shè)置。包括系統(tǒng)組態(tài)(選擇機(jī)架、給各個槽位分配模塊、自動生成I/OO地址)、CPU參數(shù)設(shè)置(如啟動特性、掃描監(jiān)視時間)和模塊參數(shù)設(shè)置(用于定義硬件模塊的可調(diào)整參數(shù))。(5)編程語言可以是梯形圖語言(LAD)、功能塊圖語言(FBD)和語句表語言(STL)(6)硬件診斷工具為用戶提供自動化系統(tǒng)的狀態(tài)，可快速瀏覽CPU的數(shù)據(jù)以與用戶程序運(yùn)行中的

44、故障原因，也可用圖形方式顯示硬件配置，例如，模塊的一般信息和狀態(tài)、顯示模塊故障、顯示診斷緩沖區(qū)信息等181920。2.6.3系統(tǒng)組態(tài)軟件Wincc本系統(tǒng)選用西門子公司的WinCC軟件作為組態(tài)軟件。組態(tài)軟件采用圖形和動畫的方式顯示各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，能夠在計算機(jī)上遠(yuǎn)程顯示出現(xiàn)場設(shè)備的參數(shù)和運(yùn)行情況，設(shè)備上的檢測值通常采用柱狀圖體現(xiàn)，歷史數(shù)據(jù)則通過曲線表現(xiàn)，形象直觀，同時在組態(tài)軟件中可以隨時更改運(yùn)行參數(shù)，所以，自動化系統(tǒng)正常運(yùn)行的其中一個重要部分是組態(tài)軟件，是人機(jī)交互的中心。WlndowsControIConter(視窗控制中心)是西門子公司W(wǎng)inCC組態(tài)軟件的全稱。它包括Script（腳本）語言

45、、設(shè)備組態(tài)、動畫連接、設(shè)備聯(lián)通等步驟，可以在Windows 操作系統(tǒng)中同時使用各種其他通用軟件的功能，它擁有技術(shù)先進(jìn)和無縫集成的特點2122。在個人計算機(jī)環(huán)境下運(yùn)行WinCC，可以與多種設(shè)備和控制軟件相連接，靈活使用，各種功能齊全，擁有菜單選項、可視窗口。Wincc為用戶提供了形象直觀的環(huán)境，可以利用其進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、組態(tài)和編程，從而得到我們所需要的操作窗口、運(yùn)行窗口、報警窗口、趨勢曲線（包括實時、歷史）、報表等等。可以大大縮短工作時間，提高工作效率。整體開放性是WinCC的另一個特點。整體開放性是指Wincc可以與各種軟件連接在一起，為了滿足實際需要組成有友好的人機(jī)界面，用戶也可以利用Winc

46、c開發(fā)更為高級且滿足自己需求的應(yīng)用系統(tǒng)。2.6.4系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是為保存生產(chǎn)過程中的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)所設(shè)計的，可以方便查詢和調(diào)整設(shè)定值，同時為故障判斷提供可靠地依據(jù)，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫采用Wincc自帶的數(shù)據(jù)庫，可以更好地共享生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從而保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。2.6.5系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計SIMATIC NET工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個的全集成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，擁有豐富靈活的網(wǎng)絡(luò)層級。它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框如圖所示。 SIMATIC NET工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)各個層級的通訊協(xié)議都是符合國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，保證了系統(tǒng)的開放性、可擴(kuò)展性。所有應(yīng)用于SIMATIC NET的產(chǎn)品和模件都是為了工業(yè)應(yīng)用而開發(fā)，適用于可能

47、遭受嚴(yán)重電磁干擾、液體侵蝕、高度污染和機(jī)械沖擊的工業(yè)環(huán)境，SIMATIC NET網(wǎng)絡(luò)已被廣泛地安裝和應(yīng)用，經(jīng)過了時間的考驗。SIMATIC NET工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)還可采用冗余設(shè)計，具備很好的容錯性能，不僅保證了系統(tǒng)通訊的可靠性，也便于系統(tǒng)的故障維護(hù)2324。 本項目PCS7系統(tǒng)的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)選用了SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線。其中工業(yè)以太網(wǎng)用于系統(tǒng)操作員站和主控制站之間的連接；而PROFIBU-DP現(xiàn)場總線用于主控制站和遠(yuǎn)程I/O控制站之間的連接。2.6.6系統(tǒng)擴(kuò)展接口設(shè)計PROFIBUS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)可提供了最多125個節(jié)點，因此還有很大的擴(kuò)展空間，在P

48、ROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中還可以接入眾多的PROFIBUS總線設(shè)備例如智能電機(jī)、智能開關(guān)、智能傳感器或者PROFIBUS總線I/O控制站等，也可以接入其它的控制終端、包括PLC、工控機(jī)、internet遠(yuǎn)程控制設(shè)備、無線聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等，組成豐富多彩的復(fù)雜的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。控制系統(tǒng)預(yù)留了網(wǎng)絡(luò)接口，做為管理工作站的服務(wù)器既可以通過置的10M/100M自適應(yīng)網(wǎng)卡或調(diào)制解調(diào)器與其他客戶機(jī)組成管理級網(wǎng)絡(luò)，又可以在客戶機(jī)上再安裝一塊CP1613卡實現(xiàn)與服務(wù)器的同步監(jiān)控。2.7系統(tǒng)的操作方式自動控制系統(tǒng)分為遠(yuǎn)程自動控制、就地控制和遠(yuǎn)程手動控制三種方式。遠(yuǎn)程自動控制方式為主要的和基本的運(yùn)行方式，其它兩種運(yùn)行方式為在特定工

49、況下的補(bǔ)充，另根據(jù)系統(tǒng)工藝要求提供運(yùn)行時所必要的聯(lián)動和互鎖25。2.7.1遠(yuǎn)程自動控制遠(yuǎn)程自動控制模式由上位機(jī)完成，操作人員可通過上位機(jī)畫面的自動方式啟動按鈕來啟動生產(chǎn)線。首先程序進(jìn)行自檢，自檢通過則彈出啟動允許對話框，如果發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線上設(shè)備出現(xiàn)故障、處于檢修狀態(tài)或其他非正常情況時發(fā)出報警。在遠(yuǎn)程自動控制方式下，生產(chǎn)線上的所有設(shè)備按工藝要求進(jìn)行聯(lián)鎖。2.7.2遠(yuǎn)程手動控制遠(yuǎn)程手動控制模式由上位機(jī)完成，可實現(xiàn)設(shè)備的單機(jī)啟停。在遠(yuǎn)程手動控制方式下，由操作人員直接點擊畫面上的設(shè)備，在彈出的單個設(shè)備啟停對話框上直接進(jìn)行設(shè)備的控制。2.7.3就地手動控制就地控制模式由安裝在設(shè)備附近的就地按鈕站或設(shè)備自帶的

50、控制箱來完成，可通過就地遠(yuǎn)程切換開關(guān)切換設(shè)備的控制方式。只有當(dāng)切換開關(guān)放在遠(yuǎn)程位置時，中控室才能通過程控操作設(shè)備，當(dāng)切換開關(guān)放在就地位置時，只能在就地手動操作設(shè)備；就地手動操作方式具有最高的操作權(quán)限。2.8 磨礦分級過程的計算機(jī)監(jiān)控計算機(jī)是監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程的窗口，顯示并記錄來自各控制單元的過程數(shù)據(jù)，通過人機(jī)界面，將分散的過程信息集中起來，實現(xiàn)信息處理和操作集中化，完成系統(tǒng)監(jiān)視和控制功能26。監(jiān)控系統(tǒng)（工藝過程監(jiān)控級）實現(xiàn)了如下功能：現(xiàn)場設(shè)備工作狀態(tài)顯示（1）操作員站能綜合顯示字符和圖象信息，操作人員通過操作員站實現(xiàn)對控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程的操作和監(jiān)視。每幅畫面能顯示過程變量的實時數(shù)據(jù)和運(yùn)行設(shè)備的狀

51、態(tài)。（2）操作顯示采用多層顯示結(jié)構(gòu)，顯示的層數(shù)可根據(jù)工藝過程和運(yùn)行要求來確定，這種多層顯示可使運(yùn)行人員方便地翻頁，以獲得操作所必需的細(xì)節(jié)和對特定的工況進(jìn)行分析。工藝參數(shù)趨勢曲線顯示和歷史數(shù)據(jù)分析；報警顯示和事故記錄；現(xiàn)場設(shè)備遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程維護(hù)；產(chǎn)量顯示、歷史記錄；遠(yuǎn)程啟停設(shè)備；工藝流程運(yùn)行狀態(tài)分析。2.9 本章小結(jié)本章介紹了本系統(tǒng)的工藝流程和給礦量的工藝流程以與系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)、設(shè)計原則和所需遵循的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)，并從系統(tǒng)設(shè)計組成和系統(tǒng)操作方式這兩方面進(jìn)行了闡述。另外對現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)的功能做了簡要說明。第三章 磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1磨礦自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1.1磨礦自動控制系統(tǒng)硬

52、件模塊組成(1)系統(tǒng)CPU機(jī)型的選擇系統(tǒng)CPU機(jī)型的選取主要是西門子公司的PLCS7-400系列。目前西門子公司生產(chǎn)的PLC是市場上應(yīng)用比較成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域較廣，而且技術(shù)相對而言較為成熟，在技術(shù)支持上有保障。在國外諸多領(lǐng)域的應(yīng)用中，有著豐富的經(jīng)驗可以供參考、借鑒。因此整個系統(tǒng)的開發(fā)周期較短，可以節(jié)約大量的時間，降低成本，為企業(yè)實現(xiàn)利益。在整個S7系列中，西門子S7-200通訊功能相對比較弱，而且不能滿足本系統(tǒng)的開發(fā)所需用的工作點數(shù)；滿足不了工藝要求，也不能與上下位機(jī)以與網(wǎng)絡(luò)間的通訊；同理S7200系列也是因為功能比較簡單，滿足不了工藝自動控制的要求；而S7-400無論從通訊功能還是開發(fā)所需的工

53、作點數(shù)等方面均符合本系統(tǒng)的要求，故生產(chǎn)工藝自動控制系統(tǒng)選用S7400系列PLC2728。CPU模塊的選擇西門子PLC S7-400是模塊式結(jié)構(gòu)。首先模塊化、無風(fēng)扇的設(shè)計；其次硬件模塊堅固耐用，拓展性良好，容易擴(kuò)展并具備廣泛的通訊能力，且較容易實現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)；在本文的控制系統(tǒng)中要求與上位機(jī)進(jìn)行通訊，同時能與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊。綜合以上因素的影響，根據(jù)性價比與系統(tǒng)控制要求，選用CPU416-2DP。416-CPU本身帶有兩個PROFIBUS-DP接口，從而建立一個DP網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)PLC與整個生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的通訊。(3)電源模塊的選擇PS407系列電源模塊是西門子公司為S7-400專配的24V DC

54、電源，可安裝在S7-400的專用導(dǎo)軌上，其額定輸出電流有2A、5A、10A等多種?，F(xiàn)在選用5A的電源，用于對SIMATIC S7-400的供電。(4)信號模塊I/O的選取信號模塊分為：數(shù)字量模塊和模擬量模塊，數(shù)字量模塊分為數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊，模擬量模塊分為模擬量輸入模塊和模擬量輸入模塊。信號的輸入輸出磨塊，主要根據(jù)現(xiàn)場控制設(shè)備的數(shù)量和控制類型的要求來選擇，在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，應(yīng)該留有一定量的余額量，以滿足以后生產(chǎn)工藝的改進(jìn)的需求。在模塊分級控制系統(tǒng)選用6個數(shù)字量輸入模塊SM321DI32×DC24V，5個數(shù)字量輸出模塊SM322 DO32×24V/0.5

55、A, 3個模擬量輸入模塊SM331 AI8×12Bit和1個模擬量輸出模塊SM332 AO4×12Bit。（5）通信模塊本系統(tǒng)的通信模塊為CP443-1，CP443-1用于將SIMATIC S7-400連接到工業(yè)以太網(wǎng)。采用10/100Mbit/s通訊速率自檢測，支持全雙工/半雙工連接，可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程編程和調(diào)試，通過S7路由實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的PG/OP通訊。CP443-1通過自帶的微處理器，獨立的處理工業(yè)以太網(wǎng)上的數(shù)據(jù)通訊。3.1.2磨礦自動控制系統(tǒng)現(xiàn)場儀表輸入輸出電路設(shè)計超聲波液位計超聲波液位計用于一段分級泵池液位檢測，工程項目選用型號為FDU91+FMU90+支架4臺。超

56、聲波液位計的功能特點為：液位計具有反向保護(hù)電路、限流保護(hù)電路，在設(shè)備安裝時正負(fù)極接反不會損壞變送器，異常時變送器會自動限流在35MA以。液位計穩(wěn)定性良好，滿度、液位計零位穩(wěn)定性可達(dá)0.2%FS/年。在補(bǔ)償法度0-70圍，溫度飄移低于0.1%FS，在整個允許工作溫度圍低于0.3%FS。液位計固態(tài)結(jié)構(gòu)，無可動部件，可靠性高，元器件使用壽命長。液位計的安裝方便，而且結(jié)構(gòu)簡單，即經(jīng)濟(jì)又耐用。濃度計濃度計用于一段高頻篩給礦濃度檢測，工程項目中選用測控公司型號為DF-5420（含現(xiàn)場顯示表），共4臺。本儀表采用非接觸式測量方式，設(shè)備探測器安裝在現(xiàn)場工業(yè)管道與設(shè)備外面，避免受物料的一些因素的影響，例如：物料

57、的粘稠、物料的腐蝕、高溫高壓、以與磨損等。這樣的安裝可以使設(shè)備長期運(yùn)行并且穩(wěn)定可靠，不但能使?jié)舛扔嫿?jīng)久耐用，而且還能使測量結(jié)果受到的干擾因素最少。這就使得環(huán)境因素以與物料的給定的速度、溫度等均對射線測量和密度測量沒有影響。濃度計采用高靈敏且高效率的閃爍探測器，并且所需放射源的強(qiáng)度大大降低。最低可減小到25(毫居里)，使?jié)舛扔媰x器的輻射安全性能得到有效的保證29。主要技術(shù)參數(shù)：測量圍：濃度；適應(yīng)管徑(液層厚度)：mm；精確度等級：；基本誤差：量程的±(由現(xiàn)場的環(huán)境條件與設(shè)備的量程大小而定)；射線計數(shù)率的長期穩(wěn)定與重復(fù)性：。主機(jī)：工作溫度050；相對濕度90(40)；探測器：工作溫度-2

58、050；相對濕度95(40)；流量計流量計用于一段高頻篩給礦流量檢測和一段泵池補(bǔ)加水流量檢測，工程項目中選用德國科隆公司型號為ZDLJP-100的電磁流量計。其主要技術(shù)參數(shù)如表3.1 所示表3.1 ZDLJP-100技術(shù)參數(shù)精    度 02(DNl01600)測量圍012mS壓    力025M Pa4.0MPa介質(zhì)最高溫度一體型130，分體型180環(huán)境溫度   -40,+65輸出信號 4-20mA電流信號電    源 AC：100230V、DC：24V通  &#

59、160; 訊 RS 485、PROFIBUS PADP電動調(diào)節(jié)閥電動調(diào)節(jié)閥用于一段磨礦給礦水流量調(diào)節(jié)和一段泵池補(bǔ)加水流量調(diào)節(jié)，工程項目中選用凱爾特公司型號為ZDLJP-150和ZDLJP-100各2臺。其結(jié)構(gòu)特點和應(yīng)用圍如下：ZDLJp型電子式電動精小型單座調(diào)節(jié)閥是由3610L系列電子式電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和低流阻直通單座調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有伺服系統(tǒng)、無需另配伺服放大器，有輸入信號與電源即可控制運(yùn)轉(zhuǎn)，連線簡單，閥體為直通單座無底蓋上導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，閥芯為柱塞型結(jié)構(gòu)，具有體積小、重量輕、流量大、調(diào)節(jié)精度高等特點，適用于流量大，泄漏量要求嚴(yán)格的場合。 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)如表3.2所示：表3.2 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)公稱通徑(mm)10015