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破碎作业自动化控制系统的智能升级改造

2019-02-11

世界有色金属 2019年8期
关键词:选矿布料光缆

乔 娇

(山东黄金矿业(莱州)有限公司焦家金矿,山东 莱州 261441)

1 焦家金矿破碎自动控制系统架构

焦家金矿选矿车间破碎作业采用三段一闭路+洗矿工艺流程,小时处理能力为600吨左右。破碎作业所有设备都已纳入自动控制系统,该系统采用“3+2”工业测控网络架构,“3+2”指的是三层设备和两层网络。

三层设备包括:管理层设备、控制层设备、执行层设备。

管理层设备:采用CS结构搭建的计算机监控设备层,即控制中心[1]。控制层设备:采用PLC技术搭建的数据采集、运算、控制的控制层。破碎作业控制单元CPU为RX3i310一台,无备用设备。其洗筛远程I/O站NIU配置为一台IC695NKT001。执行层设备:仪表、执行机构、电气和复杂设备的自动化系统[2]。

两层网络包括:控制网与监控网。控制网:执行层与控制层之间通信网络,包括ROFIBUS-DP;PROFIBUSPA;MODBUS RTU等协议。监控网:控制层与管理层设备之间的通信网络,采用TCP/IP的工业以太网进行通信。

2 破碎自动控制系统存在的问题

勒索病毒等问题的爆发,这类病毒容易通过局域网进行传播,扩散到选矿车间工业网。工业网一旦遇到服务器死机等故障,将造成操作员站控制失灵而导致的皮带压矿、球磨机不能正常供料、停料等事故的发生。

破碎自动控制系统的核心就是CPU柜,破碎段自动控制系统现在只有一个CPU柜,只安装有一台RX3i310,既无热备也无冷备,一旦此CPU柜的模块、电源或者其他组件出现故障,将导致破碎段整个自动控制系统失灵。

执行层设备(仪表与设备)存在的问题:①粉矿仓布料小车激光测距定位系统腐蚀严重、定位失灵。②选矿车间破碎筛分流程缺少有效的筛网状态监测手段,一旦筛网出现破损,大块矿石直接进入磨矿流程,影响磨矿效率。

Profibus DP:因DC24V供电不稳、信号干扰等问题,ABB软启DP通讯经常出现设备失联等故障。因料仓进料时,粉尘大、湿度大,造成料位计的数据误判断。线路敷设对PA通讯存在一定的电磁干扰,造成料位计的通讯异常。

监控网(PLC与服务器之间的通讯):

破碎PLC与服务器之间采用以太网通讯,网线为普通超五类双绞线,无屏蔽层,抗干扰性能差,通信速度慢。并且已敷设10年,部分网线出现弯折、破损,影响了信号传输的稳定性,今年来通讯问题频发。

3 自动化提升方案措施

管理层设备——进行选矿车间工业网优化改造。与选矿车间各工段沟通,利用分段停车时间,对选矿车间的服务器、交换机、光纤以及供电线路进行改造。将四台服务器有步骤、按顺序地撤离,并安装在工业网新柜内。对交换机进行提速扩容,将其升级为光缆交换机。对接入选矿工业网的所有网线进行制作更换,并进行有效防护。为避免各种网络病毒的侵袭,专门制定了信息安全防范方案,并联合北京矿业研究总院人员对选矿车间服务器、工程师站以及操作员站进行深度病毒查杀,以此彻底杜绝网络病毒的侵害。

控制层设备——增加CPU控制柜,进行CPU柜冗余(双机热备)设计,新增一套CPU柜,完成此CPU柜的设计、组态、安装(包括控制柜1台,I/O机架电源2个,I/O架16槽1个,CPE330两台,以太网模块,32DI,32DO,8AI,前连接器,Profibus-DP主通讯模块,空槽模块,24VDC电源,交换机EDS-405A,modbus主站以及其他柜内附件等),完成此CPU柜的电气接线、程序迁移,系统调试。

执行层设备,在粉矿仓的布料小车上,安装基于无载波技术的UWB系统。该系统采用非接触式测量,系统不受粉尘影响,测量精度高、刷新速度快。建立筛分环节筛网异常侦测及块度联动报警系统。

控制网——进行改造,DP通讯分类敷设,PA通讯。对破碎段配电室的DP通讯进行重新梳理,按类别区分为三类:变频器类、软启动器类、马达保护器类。每一类驱动设备用一路DP通讯线缆进行连接,并将其连接到各自的DP主站。

在DP通讯线缆的进线出线侧都做好标签记录,以便日后维修。对PA保护线路进行优化升级。将原有PA线路的镀锌钢管保护全部更换,换成贴地敷设的,不易腐蚀的高压胶管。为了减少电磁干扰,对PA线路和DP线路进行全面改造,重新规划敷设路线,规定安全距离,进行隔离,单独敷设。

监控网——升级光缆及交换机:

(1)对监控网进行全面升级,将破碎PLC主站至服务器的交换机、洗筛远程I/O分站至破碎PLC主站的交换机升级为光缆交换机,将通讯线缆升级为光缆。

(2)破碎段AB PLC、GE PLC、RED LION、上位机之间使用的通讯线为超五类4对非屏蔽双绞线电缆,全部更换为超六类无氧铜双屏蔽电缆线。确保通讯网线有很好的抗干扰性,保持信号传输正常,降低线缆间的相互干扰,屏蔽外界的电磁信号。

(3)破碎段AB PLC、GE PLC、上位机等12台设备连接在同一网段,用1台TL-SL1218P千兆上联以太网PoE交换机,16个10/100 Base-T RJ45端口,将12台设备整合以便统一管理,避免破碎段因通讯中断、信号传输不稳影响正常生产。

4 效益和效果

项目对基础自动化技术进行完善,实现了自动化控制系统向智能化控制的升级,经运行验证,控制效果良好。

4.1 管理层

工业网自改造以来,在车间各工段作业流程都运用良好,服务器运行更加稳定,自动控制更加灵敏,此前因服务器故障而导致自动控制失灵的问题得到彻底解决。

4.2 控制层

项目改造完成后,有效减少了因plc自动控制柜硬件、软件故障导致的破碎停车事故,每年增加破碎开车时间约10个小时,有效提升磨机处理量。

4.3 设备层

采用基于UWB的无载波技术的定位系统,可实现布料小车的精准定位。技术人员在此基础上进行了软件设计,优化了布料小车的控制程序,实现了优先布料、自动布料、均匀布料、故障报警等功能,球磨机的处理能力因此得以进一步提高。

4.4 控制网

通过对各类电机驱动设备分类敷设DP通讯线路,对软启进行独立DC24V供电,提高了DP通讯线路的稳定性和可靠性,避免了因通讯故障而导致的设备故障停车事故,提高了设备运转率。

通过对选矿厂自动控制系统通讯的完善改造,基本避免了因通讯不稳造成了料仓溢矿、掩埋给料机等事故的产生,保障了设备开车时间,确保了破碎处理量。

4.5 监控网

将监控网的无屏蔽的超5类网线升级为光缆,监控网的交换机也更新为光缆交换机,工业网通信速率更快、稳定性更高,为选矿自动化的高效运行奠定了基础。

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