摘　要：本文介紹了氧化鋁選礦車間無(wú)傳動(dòng)浮選監(jiān)控系統(tǒng)的組成、功能及實(shí)現(xiàn)方法，重點(diǎn)介紹基于西門子S7系列PLC控制器配置及功能實(shí)現(xiàn)，利用國(guó)內(nèi)著名組態(tài)王實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)顯示、記錄、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。通過以太網(wǎng)模塊，將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備融入局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

 

前言

隨著鋁行業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)大，鋁土礦資源的減少，礦石品位日益降低，越來越多的選礦技術(shù)受到青睞，無(wú)傳動(dòng)選礦技術(shù)的應(yīng)用，為提高礦石指標(biāo)及節(jié)能降耗開辟了一條新途徑，而該技術(shù)的工藝控制系統(tǒng)，也得到高度重視。

 

系統(tǒng)的組成

控制系統(tǒng)由西門子S7-300和S7-200系統(tǒng)及智能監(jiān)控儀表組成，主要負(fù)責(zé)浮選槽液位、給礦流量、浮選過程進(jìn)氣量、浮選藥劑添加量等對(duì)象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)給礦濃度、給礦粒度、泡沫層厚度等選礦工藝關(guān)鍵參數(shù)的精準(zhǔn)控制，同時(shí)利用以太網(wǎng)CP341模塊與上位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。選礦車間系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1。

其中，S7-300系統(tǒng)為本項(xiàng)目的核心控制元件，由CPU314，SM323輸入/出模塊、SM331模入模板、SM332模出模板及通訊器件CP343等部分組成，負(fù)責(zé)選礦車間的主流程監(jiān)控。絮凝劑的調(diào)配與添加控制由S7-200系統(tǒng)執(zhí)行，S7-224XPCN、模擬量輸入EM231、模擬量輸出EM231和通訊模塊CP243等部分組成，負(fù)責(zé)完成選礦車間絮凝劑的配方設(shè)置、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配及輸送。藥劑的調(diào)配與添加控制也由S7-200系統(tǒng)執(zhí)行，由完成選礦車間藥劑的配方設(shè)置、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配及輸送。選礦廠浮選作業(yè)中，按需要準(zhǔn)確地添加各種藥劑是控制工藝過程的重要操作手段，對(duì)選礦效果、生產(chǎn)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響很大，尤其是礦石性質(zhì)不穩(wěn)定的時(shí)候，更是如此，為獲得較好的工藝指標(biāo)、提高加藥控制的準(zhǔn)確性和可靠性、節(jié)省藥劑、減少加藥工人同有害藥劑的接觸和勞動(dòng)強(qiáng)度，迫切需要實(shí)現(xiàn)藥劑的自動(dòng)添加、調(diào)整和計(jì)量。

 

LONGTEC系列控制器選用長(zhǎng)陸系列UNI800測(cè)力分析儀，主要負(fù)責(zé)單回路相對(duì)獨(dú)立對(duì)象的智能調(diào)節(jié)控制，在本項(xiàng)目負(fù)責(zé)定量給料機(jī)的控制，即通過采集V型皮帶的壓力、線速度等參數(shù)，計(jì)算物料的流量，控制下礦量，同時(shí)具有開關(guān)量報(bào)警等功能。該系列儀表與上位機(jī)采用串口RS-485通訊，性價(jià)比高，容易實(shí)現(xiàn)�？刂葡到y(tǒng)的功能

 

1.磨礦部分

這部分主要是礦石的輸送、破碎及研磨，利用長(zhǎng)陸UNI800系列控制給料量，UNI900B稱重控制器具有4-20mADC流量模擬量和（無(wú)源結(jié)點(diǎn)）累積量脈沖輸出，具有的DP通訊功能，把儀表各種參數(shù)直接送入PLC，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，方便與上下工序銜接控制。從而實(shí)現(xiàn)配比控制、配方管理、計(jì)量管理與運(yùn)行狀態(tài)管理等。配置有２路PID控制輸出接口（4-20mADC控制電流輸出），與變頻器構(gòu)成閉環(huán)，兩路控制電流比例可設(shè)置，使給料設(shè)備和皮帶秤速度比例可調(diào)，從而可改變料層厚度，提高配料精度。利用S7-300系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)磨機(jī)的前后加水量控制，每一路供水都是完整的閉環(huán)系統(tǒng)，有電磁流量計(jì)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及旁通管路組成，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)磨機(jī)加水量。同時(shí)，S7-300系統(tǒng)還負(fù)責(zé)破碎機(jī)、傳送帶等各設(shè)備的順序啟停控制，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)的聯(lián)鎖保護(hù)。

 

2.浮選控制部分

鋁土礦浮選作業(yè)是復(fù)雜的物理化學(xué)過程，浮選效率好壞不僅與入選礦石類型、品位、氧化程度及磨礦粒度等關(guān)系密切，同時(shí)還與浮選藥劑制度和操作條件有關(guān)。浮選過程檢測(cè)參數(shù)包括給入槽礦漿流量、中礦循環(huán)量、藥劑加入量、礦漿充氣量、浮選槽及礦漿槽液位等。

 

在鄭州研究院選礦車間，浮選作業(yè)主要采用無(wú)傳動(dòng)浮選工藝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，利用S7-300系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)重要參數(shù)的全天候監(jiān)控，重點(diǎn)對(duì)浮選槽液位（即泡沫層厚度）、中礦循環(huán)量、礦化器充氣量（瞬時(shí)和累計(jì)）等參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)控制。由于多級(jí)浮選過程復(fù)雜，串級(jí)較長(zhǎng)，

 

我們的過程控制模型多數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀＠�，通過控制泡沫層厚度，來自動(dòng)調(diào)整浮選槽的礦漿排出量，使液位穩(wěn)定在預(yù)定的設(shè)定值上，從而穩(wěn)定泡沫排出量及其礦化品位值。當(dāng)?shù)V石性質(zhì)或藥劑制度變化時(shí)，液位與排出泡沫品位的關(guān)系發(fā)生變化，為獲得要求的品位值，需要調(diào)整液位的設(shè)定值，并通過液位定值控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)泡沫排出量及其品位。為了檢測(cè)實(shí)際液面的高度，采用超聲波液位計(jì)進(jìn)行非接觸式的液位差測(cè)量，通過浮球加托盤測(cè)量。同時(shí)，液面的高度與中礦輸出量與給料泵的進(jìn)礦量密切相關(guān)，根據(jù)試驗(yàn)生產(chǎn)計(jì)劃產(chǎn)量，采用PID+目標(biāo)分段設(shè)定的控制方案。在生產(chǎn)調(diào)試期間，給料泵由低負(fù)荷到高負(fù)荷運(yùn)行，到達(dá)目標(biāo)液位時(shí)開始根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃分幾檔頻率運(yùn)行給料泵，同時(shí)檢測(cè)礦化器出口壓力，調(diào)節(jié)中礦循環(huán)量，通過智能PID自適應(yīng)控制調(diào)節(jié)閥，達(dá)到較好的的液位范圍。

 

浮選槽系統(tǒng)的各個(gè)浮選槽之間有很強(qiáng)的獨(dú)立性，同時(shí)彼此間又有關(guān)聯(lián)，根據(jù)需要，控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能有液位的顯示與控制、進(jìn)氣量的顯示累計(jì)與控制、中礦循環(huán)量與液位的聯(lián)鎖控制、給料泵頻率的調(diào)節(jié)與給料泵壓力的關(guān)聯(lián)控制、系統(tǒng)給水量的調(diào)整等。

 

除了浮選槽液位控制外，浮選過程控制還包括浮選過程設(shè)備順序控制、給藥量前饋控制、礦漿pH值控制、礦漿電位控制、浮選礦漿充氣量控制等，筆者結(jié)合按照多參數(shù)綜合控制及過程較優(yōu)控制等理論，都取得較好控制效果。

 

上位機(jī)軟件功能和設(shè)計(jì)

上位機(jī)監(jiān)控軟件我們選用了國(guó)產(chǎn)組態(tài)軟件組態(tài)王6.53，負(fù)責(zé)系統(tǒng)通訊及監(jiān)控功能：現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備數(shù)據(jù)顯示、狀態(tài)指示、數(shù)據(jù)報(bào)表及記錄、數(shù)據(jù)運(yùn)算處理、報(bào)表查詢、曲線查詢、故障報(bào)警和用戶權(quán)限配置等。

 

1.系統(tǒng)主畫面

系統(tǒng)主畫面顯示礦石給料量、磨機(jī)加水量、浮選槽液位、礦漿壓力、給氣量、給氣累計(jì)量、給水累積量、系統(tǒng)設(shè)備啟停、設(shè)備狀態(tài)等參數(shù)（如圖2）。

2.數(shù)據(jù)記錄及查詢

數(shù)據(jù)記錄及查詢是實(shí)驗(yàn)過程中一項(xiàng)重要的工作，首先需要獲取足夠的原始數(shù)據(jù)，通過對(duì)原始數(shù)據(jù)的記錄，便于科研人員分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還原真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程，軟件利用MicrosoftOfficeAccess數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄。可按年、按月、按日對(duì)已有數(shù)據(jù)查詢，并對(duì)查詢結(jié)果進(jìn)行分析，并以表格或者曲線的方式顯示，還可以生成EXCEL報(bào)表格式。查詢畫面如圖3。

3.系統(tǒng)的通訊功能

本系統(tǒng)通訊分為兩部分：

①S7系列與上位機(jī)采用西門子公司的以太網(wǎng)模塊。

②長(zhǎng)陸系列UNI800利用DP協(xié)議與S7通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換。同時(shí)，采用S7-200PLC串口通過RS485接口，使用USS協(xié)議對(duì)十六臺(tái)浮選機(jī)用SIEMENSMM440變頻器進(jìn)行總線控制，降低了接線的成本和難度，提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性。

 

結(jié)束語(yǔ)

隨著鋁土礦資源的日益貧化和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，充分有效地利用有限的資源、提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的高效節(jié)能。本系統(tǒng)利用西門子S7系列控制器及長(zhǎng)陸UNI800系列控制控制器，通訊順暢，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，運(yùn)行可靠，具有很高性價(jià)比及推廣價(jià)值。

 

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