基于PLC控制的礦山粉磨系統(tǒng)研究

郭天舒 楊洪州

摘 要：磨礦分級(jí)是冶金行業(yè)承上啟下的重要環(huán)節(jié)，在獲得最佳礦物粒度的同時(shí)使產(chǎn)量最大化。本文為滿足上述要求，通過(guò)磨機(jī)將上游料倉(cāng)送來(lái)的物料研磨至有價(jià)礦物單體的合理粒度，并將分級(jí)設(shè)備分離出的合格粒度的礦物輸送至下游選礦作業(yè)。并同時(shí)對(duì)磨礦分級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)，分析S7-300 PLC控制系統(tǒng)的管路和儀表控制結(jié)構(gòu)，硬件組態(tài)，給、排礦水量以及礦漿濃度的控制算法。通過(guò)模擬現(xiàn)場(chǎng)對(duì)控制系統(tǒng)安裝調(diào)試及實(shí)施應(yīng)用，證明該系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)用效果良好，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)傳統(tǒng)的選礦行業(yè)改進(jìn)起到指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化控制，磨礦分級(jí)控制，PLC控制

1 引言

目前，在選礦過(guò)程中發(fā)現(xiàn)原礦性質(zhì)不佳，來(lái)源復(fù)雜，礦石性質(zhì)不穩(wěn)定，原礦處理方法的差別以及設(shè)備儀表的不齊全等原因，造成國(guó)內(nèi)選礦廠實(shí)現(xiàn)磨礦分級(jí)自動(dòng)控制困難，且自動(dòng)化程度低。磨礦分級(jí)生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)極為復(fù)雜多變的多輸入多輸出生產(chǎn)過(guò)程，機(jī)理復(fù)雜，影響因素多，具有強(qiáng)非線性、時(shí)變性、強(qiáng)耦合等特點(diǎn)[1]。

磨礦分級(jí)作業(yè)包括磨礦作業(yè)和分級(jí)作業(yè)，礦石經(jīng)過(guò)磨礦作業(yè)后才能進(jìn)行分級(jí)作業(yè)，分級(jí)作業(yè)是磨礦作業(yè)的后續(xù)工作。磨礦作業(yè)用磨機(jī)，物礦分級(jí)用分級(jí)機(jī)，選別用浮選[2]。磨礦作業(yè)與分級(jí)作業(yè)關(guān)系緊密，分級(jí)處理的產(chǎn)品能否達(dá)到要求，一定程度上依賴于磨礦產(chǎn)品是否滿足分級(jí)作業(yè)對(duì)產(chǎn)品的要求（磨礦的粒度和濃度）。礦石在磨礦作業(yè)中都有一個(gè)經(jīng)濟(jì)磨礦粒度，嚴(yán)格控制磨礦粒度，這是實(shí)現(xiàn)選礦的關(guān)鍵。如果磨礦產(chǎn)品的粒度過(guò)粗，選到的礦物量太低，浪費(fèi)了原材料，從而增加原材料成本投入，這樣會(huì)導(dǎo)致選礦回收率及富集率降低；如果磨礦過(guò)細(xì)，則會(huì)增加能耗，降低能耗利用率。只有將礦物粒度控制在分級(jí)作業(yè)粒度要求的范圍內(nèi)，才能滿足磨礦質(zhì)量要求，又能保證磨礦效率[3]。

本文研究?jī)?nèi)容主要是根據(jù)某選礦廠磨礦分級(jí)工藝要求和特點(diǎn)，改善了一套基于PLC磨礦分級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究。系統(tǒng)采用分布式控制模式（DCS），以S7-300 PLC作為控制系統(tǒng)的核心，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備連鎖控制等功能，分散控制、集中操作。

2 PLC分級(jí)控制

2.1 控制的基本原理

控制系統(tǒng)分三層，分別為信息層、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制層和設(shè)備層。給礦量設(shè)定值是在PLC和模糊控制算法的基礎(chǔ)上，由磨機(jī)的磨聲和慢傳電機(jī)的功率所決定的。磨聲和功率均是磨機(jī)工作狀態(tài)的表征參數(shù)，雙輸入量的設(shè)計(jì)保證了設(shè)定值的給定精度。以PID控制為核心的給礦量閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過(guò)電子皮帶秤實(shí)時(shí)測(cè)量給礦量，并與給礦量設(shè)定值進(jìn)行比較，由 PID 控制程序發(fā)出調(diào)頻指令，調(diào)節(jié)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度，從而調(diào)節(jié)給礦量。

2.2 控制的硬件設(shè)計(jì)

S7-300 PLC在礦物加工工業(yè)的控制網(wǎng)絡(luò)中獲得的廣泛應(yīng)用，磨礦分級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)選用S7-300 PLC作為控制主機(jī)，它能滿足較高水平的應(yīng)用要求，具有各種功能的模塊，能很好地完成自動(dòng)控制任務(wù)。其I/O統(tǒng)計(jì)表如表1所示。

通過(guò)上述提及的基于PLC的磨礦分級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，有效的改善了設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中最佳礦物粒度和產(chǎn)量最大化。該系統(tǒng)效果良好，對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行自動(dòng)化和信息化改造具有重要的借鑒意義。

3 仿真分析

磨礦過(guò)程是一個(gè)綜合考慮的過(guò)程。需要根據(jù)具體情況及時(shí)反饋信號(hào)調(diào)整 磨機(jī)正常工作，控制給礦量輸出平穩(wěn)、無(wú)過(guò)大波動(dòng)，還要保證產(chǎn)品的質(zhì)量；同時(shí)還要以經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，在保證磨礦效果的前提下盡可能的保證磨機(jī)的最大處理能力[4]。

一段磨機(jī)新給礦量控制系統(tǒng)可以由具有純滯后的一階慣性系統(tǒng)近似。其控制結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。給礦量的調(diào)整是通過(guò)控制給礦機(jī)的電振頻率實(shí)現(xiàn)的，并利用高精度檢測(cè)核子秤等檢測(cè)設(shè)備測(cè)量實(shí)際給礦量，并將實(shí)際值反饋給控制器形成給礦量的閉環(huán)控制回路[5]。在MATLAB中進(jìn)行對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)，控制結(jié)果如圖7所示。

針對(duì)該情況，基于無(wú)模型自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制算法的過(guò)程控制策略，并給出了具體的控制方法和步驟。通過(guò)分析仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明了該方法的有效性。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)相關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，對(duì)PLC控制系統(tǒng)的管路和儀表控制結(jié)構(gòu)，硬件組態(tài)，該磨礦分級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行不僅實(shí)現(xiàn)了磨礦生產(chǎn)過(guò)程的集中監(jiān)控，而且還可以方便地察看當(dāng)前及過(guò)去一段時(shí)間內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使操作工人從高粉塵、高噪聲的環(huán)境中脫離出來(lái)。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔傳發(fā)，文書明.基于PLC的磨礦分級(jí)水量和濃度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2016，3：97-101.

[2] 曾志，王毅芳.PLC在磨礦分級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣自動(dòng)化，2014，36（7）：372-375.

[3]馬天雨，桂衛(wèi)華，王雅琳，陽(yáng)春華.磨礦分級(jí)過(guò)程動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制[J].控制與決策，2012，02（23）：30-34.

[4]趙休龍，宋曉西.基于模糊方法的磨礦分級(jí)自動(dòng)控制[J]. 自動(dòng)化博覽，2014（ 12）：52- 53.

[5]趙亞軍，文博.磨礦分級(jí)自動(dòng)化控制[J].科技致富向?qū)В?014（ 23）：148.