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西門子SMART 1000 IE V3,10寸觸摸屏
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西門子s7-400 PLC的磨礦分級智能控制系統(tǒng)設(shè)計

　　關(guān)鍵詞：磨礦分級；PLC；控制系統(tǒng)；硬件配置；軟件設(shè)計

　　0引言

　　磨礦過程主要是將礦石經(jīng)過磨礦處理成細(xì)粒度級的顆粒，提供給選別作業(yè)，它是選礦的中間工序。礦石經(jīng)過物理的研磨、分級作用，顆粒由大變小到一定的程度，才能達(dá)到礦石的單體解離或近于單體解離，有利于選別工序的金屬回收和金屬富集，因此磨礦過程是影響選礦生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它起著承上啟下的作用，是整個選礦廠的作業(yè)。瓶頸”，它直接制約著選礦產(chǎn)品質(zhì)量和金屬回收率。此外，磨礦作業(yè)能耗占選礦廠整個選礦過程的40%一60%，因此，為了提高磨礦效率、節(jié)能降耗、提高有用礦物的精礦品位和回收率和提高選礦廠的經(jīng)濟(jì)效益，實現(xiàn)磨礦過程的自動控制具有十分重要的意義。

　　1磨礦分級過程簡述

　　云南某選礦公司的磨礦分級過程主要有兩套一段棒磨機(jī)和三套二段球磨機(jī)，其主要工藝過程足：礦倉內(nèi)的礦石經(jīng)由振動給礦機(jī)和給礦皮帶機(jī)送人棒磨機(jī)內(nèi)，經(jīng)過一段棒磨機(jī)、螺旋分級機(jī)組成的一段磨礦系統(tǒng)細(xì)磨后送人泵池，再經(jīng)過由變頻器控制的泵抽至旋流器，旋流器的溢流被送入浮選工序.大顆粒的礦石經(jīng)過分礦器送人二段球磨機(jī)繼續(xù)再磨。為了保證磨礦分級效果，必須在一段棒磨機(jī)的入口和出口處以及泵池分別加入一定流量的清水，即給礦水、排礦水和泵池補(bǔ)加水。

　　通過對該公司磨浮作業(yè)的綜合分析，我們確定該磨礦過程的主要被控變量為一段棒磨機(jī)給礦量、給礦水量、排礦水量、泵池補(bǔ)加水量、泵池液位和泵池濃度等。

　　2控制系統(tǒng)的設(shè)計

　　2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　控制系統(tǒng)工藝控制流程如圖1所示。其中：UVF為變頻器;FQT為流量檢測累計;Fv為電動調(diào)節(jié)閥;FT為流量檢測;TE為溫度檢測;IT為電流檢測;LT為液位檢測;DT為密度檢測?。

　　本系統(tǒng)以西門子S7，400 PLC為下位主機(jī)，研華多媒體工業(yè)計算機(jī)為上位主機(jī)，配以檢測儀表和執(zhí)行儀表等，組成集檢測、控制、監(jiān)控管理等功能于一體的控制系統(tǒng)。下位主機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和控制，可以脫離上位主機(jī)獨(dú)立工作，上位主機(jī)負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理，在上位主機(jī)內(nèi)插入一塊CP561l通信卡，與下位PLC進(jìn)行通信。本控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　2.2 PLC的硬件配置

　　根據(jù)圖1所示的磨礦分級作業(yè)的工藝控制要求，本系統(tǒng)共有兩套*相同的振動給礦機(jī)、給礦皮帶機(jī)、一段棒磨機(jī)、分級機(jī)，此外還有三臺二段球磨機(jī)。主要測控點有給礦流量、給礦水流量、排礦水流量、泵池補(bǔ)加水流量磨機(jī)前軸溫度、磨機(jī)后軸溫度、分級機(jī)溫度、泵池液位、泵池礦漿濃度等，其巾實現(xiàn)控制的參數(shù)有給礦流量、給礦水流量、排礦水流量、泵池補(bǔ)加水流量、泵池礦漿濃度和泵池液位，考慮到加藥控制部分、手動/自動切換和本地/遠(yuǎn)程控制等，經(jīng)綜合分析設(shè)計，本系統(tǒng)的PLC硬件配置為電源模塊(PS405 4A)、CPU模塊(CPU412—1)、數(shù)字量輸入模塊(SM421)和模擬量輸出模塊(SM432)各一個，兩個數(shù)字量輸出模塊(SM422)，三個模擬量輸入模塊(SM431)，一個通信卡(CP5611)。其中的通信接口卡CP5611插在上位主機(jī)的PCI插槽上。

　　2.3控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

　　軟件系統(tǒng)設(shè)計包括下位主機(jī)PLC的控制軟件和上位主機(jī)的監(jiān)控軟件的設(shè)計。PLC控制軟件的設(shè)計在西門子的Step7編程軟件環(huán)境下完成，主要包括硬件配置及參數(shù)設(shè)置、通信定義和用戶程序的編寫等。本系統(tǒng)的控制程序主要由主程序和磨給礦設(shè)備順序控制、給礦量控制、給礦水控制、排礦水控制、泵池補(bǔ)加永控制、泵池濃度控制、泵池液位控制和電動閻伺服控制等子程序模塊構(gòu)成。每個子程序調(diào)用與否要根據(jù)上位機(jī)下傳的相關(guān)控制參數(shù)進(jìn)行判斷。此外，還設(shè)計了1 s中斷程序模塊01332和100ms循環(huán)中斷處理程序模塊0835，1 s中斷程序0832用來實現(xiàn)磨機(jī)的模糊控制和參數(shù)報警功能，100 ins循環(huán)中斷處理程序0835則用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采樣和磨機(jī)參考電流值的計算以及磨機(jī)的“脹肚”判斷等功能。本系統(tǒng)的主程序流程如圖3所示”。

　　上位主機(jī)采用Windows XP操作系統(tǒng)，監(jiān)控軟件采用北京亞控公司的組態(tài)王軟件開發(fā)。其主要功能包括磨礦工藝控制流圖、控制面板操作、實時數(shù)據(jù)顯示、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示、電動閥伺服操作控制、報警顯示、歷史趨勢顯示等。可實現(xiàn)控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、設(shè)備啟/停、控制方式選擇和語音報警等多項功能。
　　3.主要控制方法

　　為保證控制系統(tǒng)具有高可靠性、高抗*力，本系統(tǒng)采用了串級控制、模型控制、模糊控制、聯(lián)鎖控制、PID控制等多種控制方法，實現(xiàn)了磨礦分級的智能化控制。

　　3.1給礦流量的PID控制

　　給礦量由給礦控制回路進(jìn)行控制，該控制回路外圍設(shè)備由皮帶秤、振動控制器和振動給礦機(jī)組成。該回路的輸出值直接控制振動控制器，并通過振動控制器調(diào)節(jié)振動給礦機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過控制振動給礦機(jī)的振動量來調(diào)節(jié)給礦量。該控制回路設(shè)有。自動/手動”控制方式，只有當(dāng)運(yùn)輸皮帶機(jī)和給礦機(jī)都啟動后，該回路才起作用;當(dāng)給礦機(jī)停止時，為了避免誤控制，該回路自動變?yōu)?ldquo;手動”方式。

　　3.2模糊控制

　　模糊控制是控制系統(tǒng)根據(jù)球磨機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)自動調(diào)整給礦量和其他參數(shù)的智能控制。當(dāng)在上位機(jī)中選擇“模糊控制”時，控制系統(tǒng)將自動根據(jù)一段球磨機(jī)的電流量及其變化規(guī)律，判斷球磨機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，從而采取措施。模糊控制狀態(tài)下，每隔30 min改變一次給礦量給定值”。

　　3.3聯(lián)鎖控制

　　當(dāng)在上位機(jī)中選擇“聯(lián)鎖”控制方式時，控制系統(tǒng)處于聯(lián)鎖控制狀態(tài)。這時給礦設(shè)備的啟動或停止與一段球磨機(jī)負(fù)荷量聯(lián)鎖，當(dāng)一段球磨機(jī)出現(xiàn)“脹肚”時，控制系統(tǒng)將自動停止給礦，待“脹肚”解決后，自動恢復(fù)給礦。

　　3.4給礦水流量控制

　　給礦水流量由給礦水控制回路進(jìn)行控制，該控制回路外圍設(shè)備由電磁流量計、電動閥等組成。該回路的輸出值直接控制電動閥開度，通過調(diào)節(jié)電動閥開度來控制給礦水量。該控制回路設(shè)有“自動/手動”和“數(shù)學(xué)模型”控制方式，選擇“數(shù)學(xué)模型”控制方式時，給礦水的給定值將由數(shù)學(xué)模型自動算出。只有在自動控制方式下，“數(shù)學(xué)模型”控制才真正起作用。

　　3.5排礦水流量控制和一段溢流濃度控制

　　一段磨機(jī)排礦水流量由排礦水控制回路控制，該控制回路的外圍設(shè)備由電磁流量計、電動閥等組成。該回路的輸出值直接控制電動閥開度，通過調(diào)節(jié)電動閥開度來控制排礦水量。

　　該控制回路設(shè)有“自動/手動”和“數(shù)學(xué)模型”控制方式，選擇“數(shù)學(xué)模型”控制方式時，排礦水的給定值將由數(shù)學(xué)模型自動算出。只有在自動控制方式下，“數(shù)學(xué)模型”控制才真正起作用。一段溢流濃度的控制主要通過排礦水量來控制。一段溢流濃度控制回路主要由軟件功能實現(xiàn)，但溢流濃度的給定值必須設(shè)定在工藝要求范圍內(nèi)。

　　3.6泵池補(bǔ)加水控制和泵池濃度控制

　　泵池補(bǔ)加水可以單獨(dú)實現(xiàn)PID控制，其外圍設(shè)備由電磁流量計、電動閥等組成。該回路的輸出值直接控制電動閻的開度，通過調(diào)節(jié)電動閥開度來控制泵池補(bǔ)加水量。

　　泵池濃度控制回路主要由密度計、PID控制器等組成，與泵池補(bǔ)加水控制回路共同構(gòu)成串級控制(其主參數(shù)為泵池濃度，副參數(shù)為泵池補(bǔ)加水流量)。只有在上位機(jī)中將泵池濃度控制回路設(shè)置為“串級”.并且將泵池補(bǔ)加水控制回路設(shè)置為“自動”控制方式時，串級控制才起作用。

　　3.7泵池液位控制

　　泵池液位是確保旋流器正常工作的重要因素。泵池液位過低，容易出現(xiàn)“抽空”現(xiàn)象;泵池液位過高。容易造成溢出。故泵池液位必須控制在一個適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，以確保旋流器穩(wěn)定高效運(yùn)行。

　　泵池液位控制回路主要由PID控制器、超聲波物位計、變頻器和泵組成。泵池液位通過超聲波物位計檢測。并通過控制泵流量而控制，即控制泵的轉(zhuǎn)速而控制。通過變頻器控制泵，可以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。