李点根

(南京钢铁集团冶山矿业有限公司,江苏南京 211523)

选矿厂磨矿电气控制系统分析及解决措施

李点根

(南京钢铁集团冶山矿业有限公司,江苏南京 211523)

磨矿分级是选矿厂工艺中重要环节,对选矿生产降低生产运行成本意义重大。文章对某矿业公司选矿厂磨矿分级电气控制系统进行了分析,并提出相应的完善措施,为矿山选矿企业科学的经营管理提供参考。

选矿厂 电气控制系统 磨矿分级

随着国家加大对矿产资源的开发与利用，安全生产、机械化工艺正在逐步的发展壮大，矿山自动化系统逐步运用，大大的加快了矿产资源的利用，使得矿业经济得到进一步发展。作为矿山生产系统的一部分，电气自动化控制系统在其中占据了很重要的位置，对提高选矿效率与矿藏开采的质量和效益影响深远，因此对磨矿生产系列电气控制系统进行研究意义重大。

图1 磨矿分级工艺图

图2 磨浮磨矿分级控制的控制网络

图3 恒定给矿控制图

1 磨矿分级过程自动控制系统分析

1.1 磨矿分级过程自动控制系统

某矿业公司磨浮的十个系列球磨机的分级自动化控制系统，是采用德国西门子S7-300可编程控制器作为主控制机，在现有的磨矿分级生产设备的基础上配置相应的检测仪表、执行机构及控制设备，组成适用的磨矿分级生产过程控制系统，克服生产过程中对工艺流程的各种干扰，稳定磨矿分级生产过程，把主要的生产指标控制在工艺要求的范围内，提供更为先进和方便的操作方式来调节生产过程的参数，提高生产操作的灵活性，从而有利于生产指标的提高。

1.2 磨矿分级自动控制系统工艺流程

选矿生产过程中的重要环节是磨矿分级，控制好磨矿过程能够使能耗降低、最终产品的产量和质量提高。磨矿过程的目标是通过改变给水量和给矿量，使磨机的台时产量达到最优，并且使分级的浓度和溢流粒度满足要求。在磨矿分级过程中，给矿量、原矿的性质、磨机的排矿量、分级机的返砂量、返砂水量、磨机的转速、介质充填率、矿石充填率、衬板状况及球荷比等可以影响磨机的产量以及分级机溢流浓度和粒度。由于上述各种因素的多变性和随机性增加了磨矿分级过程的控制难度。外部条件有原矿性质、磨机的转速、球荷情况及衬板状况，对于这些因素，只能遵守客观事实，自动控制系统无法调节。可是，如果完全排除上述情况来实施控制，显然是不可行的。由于原矿性质随时都有变化的可能，任何变化都会导致破坏系统平衡状态。所以能够自动分析原矿性质的变化，并作出相应调整是控制系统必须具备的一个功能。图1是磨矿分级工艺图。

1.3 磨矿分级控制系统系统硬件组成

(1)工作站。有两个工程师站用于整个系统的控制软件的组态和网络的设置。硬件配置为研华工业级计算机加装CP5611-MPI PCI卡、PCL-745卡和以太网卡。

(2)操作员站。整个系统有十三个操作员站，其中在中控室有三个由研华工业级计算机加装CP5611-MPI PCI卡和以太网卡的站点，在现场有十个球磨操作站，采用德国西门子OP-270操作板，为现场操作工分别提供了较为详细的与控制系统有关的工况流程画面、操作参数调整画面、控制参数设置画面、系统异常报警画面以及相关生产指标数据表等。

(3)现场PLC站。现场PLC站由多种型号的PLC组成，其中控制室内的1#球磨机分级控制、2#～6#球磨机分级控制、7#～10#分级控制三台S7-300PLC系统是磨矿分级控制系统的核心，另在控制室还有一台S7-300PLC作为整个系统的监控站，球磨机操作现场有十台三菱FX2N系列PLC为系统提供每台球磨机润滑系统的工作状态。十台球磨机的给矿分别在三个电磁站由三台PLC控制，一号电磁站和三号电磁站安装S7-300PLC控制，二号电磁站安装欧姆龙C200H PLC控制。

1.4 磨矿分级控制系统系统通讯网络

磨浮工段磨矿控制系统网络整体布局按功能大致可以分为以下层次：操作监控计算机通过PLC的MPI网进行数据采集，工程师站计算机编程、监控及PLC间的数据交换通过PLC的Profibus DP网进行，操作员面板OP 270通过扩展模块CP 342-5的Profibus DP网进行数据交换，工业控制计算机之间通过工业控制以太网进行数据交换。

图4 泵池液位控制图

图5 给水控制图

1.5 磨矿分级控制的控制网络组成

主要由六个S7-300PLC的工作站、十个OP270现场操作站、两个工程师站和三个操作员站组成的工业控制以太网、MPI网络和PROFIBUS DP网络。如图2所示。

1.6 系统软件

工程师站和操作员站均安装WINDOWS操作系统，应用软件根据站点功能安装，在操作员站分别安装运行版的iFIX3.5和iFIX4.0实现监控功能，在工程师站分别安装开发版的iFIX2.5，同时安装西门子STEP7标准软件包编程软件，实现建立磨矿过程控制模型，开发相应的磨矿过程控制程序，完成组态控制系统网络、编制监控软件画面和操作面板操作界面等工作，实现达到磨矿控制目标的目的。工程师站和操作员站设有不同的操作权限，工程师站可当操作员站使用。

1.7 球磨机分级控制方案

本系统分为三个控制回路实行磨矿过程控制：

(1)恒定给矿控制：根据生产工艺的实际情况由人工确定给矿量的大小，控制系统按给定值来对给矿机变频器进行控制，从而实现给矿量按设定值恒定给矿(图3)。

(2)泵池液位控制：根据生产工艺来确定合适的泵池液位，控制系统通过对砂泵变频器速度控制，将泵池液位稳定在一定的范围内；同时通过选择合适的砂泵转速范围控制砂泵转速，进而达到控制入旋流器矿浆的流量和分级压力的目的(图4)。

(3)给水控制：按照给矿量及典型工艺要求按比例设定加水量的流量范围(上限和下限)；通过浓度计对分级溢流浓度检测，确定合格粒度的溢流浓度范围(上限和下限)来自动按比例控制给水，即分级溢流浓度在合适的范围内给水恒定；溢流浓度超出上限，给水往上限流量调节，反之，往下限流量调节。另外，本控制环节兼顾泵池液位超限保护控制功能，即通过预先设定液位高减流量值，预防系统异常时泵池液位溢出，快速达到平衡泵池液位、稳定磨矿分级工艺流程，进而系统报警并记录，以便提醒操作人员分析检查工艺异常原因(图5)。

2 磨矿分级过程自动控制系统优势分析

本文分析的磨矿分级过程自动控制系统可以在不同要求下分别达到以下控制目的：一是在稳定分级溢流粒度合格率满足现场工艺要求的前提下，提高台时处理能力；二是在稳定磨机台时处理能力的前提下，提高分级溢流粒度的合格率；三是同时提高磨机台时处理能力和分级溢流粒度的合格率；四是在稳定磨机台时处理能力和分级溢流粒度合格率的前提下，实现优化给水(返砂水，排矿水)。同时，自动化控制系统减轻了工人的劳动强度，减少了设备故障率，大幅提高了劳动生产率和设备作业率。

3 磨矿分级过程自动控制系统完善措施

(1)利用现代信息技术来实现企业综合自动化和信息管理。积极推广应用工业控制计算机、可编程控制器、传感器和执行器，借助自动控制理论和网络通讯技术，结合实际生产工艺，建立科学的数学模型，完成对磨矿生产过程主要参数的控制，并对其它参数进行监视，尽量用软件来替代硬件，最后达到生产过程自动控制、数据远程传送、画面异地浏览的目的，从而保护设备，降低设备故障率，提高系统稳定性和可靠性。

(2)磨矿电气控制系统的关键是润滑控制系统和同步机励磁装置，为此，应积极推广应用MCS系列单片机来降低励磁装置的故障率，又保证同步电机稳定、可靠运行。建议用可编程控制器来改造现有润滑控制系统，减少继电器数量，简化控制线路，减少故障点，降低故障率。

(3)加强磨矿分级过程自动控制系统的维护。一是定期检查各PLC站各基座无异常的低频噪声、振动、烟气、或发热等，如发现异常，立即关闭PLC电源；二是检查各PLC站的电源板、CPU和通讯板等板卡上的各指示灯是否正常，如有异常要及时检查处理；三是检查各工程师站和操作员站有无异常响声和发热等，如发现异常要及时停机处理；四是要观察系统各控制画面中的各项生产数据是否有异常，如有异常要迅速查明原因并及时处理；五是在加强日常检查的同时，要定时做好对各工作站停机检查维护和设备的清洁工作。

4 结语

总之，磨矿分级作业是选矿工艺中最为重要的生产工艺环节之一，其处理能力决定了选厂的整体产量，其溢流粒度的合格率直接影响到后续选别指标的好坏。本文分析的磨矿分级电气控制自动化系统是直接应用于选矿生产的技术，其能为提高选厂生产效率、产品质量、节能降耗、提高选厂现代化科学管理和数字化管理发挥主要作用，并带来显著的经济与社会效益。

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