(江西漂塘钨业有限公司大江选厂,江西大余 341515)

0 引言

矿井下由于矿井工人的生产活动经常会遗留一些工业垃圾,而其中就包括了一些废弃金属,比如废弃的钢轨、道钉、钎杆、螺丝、钢筋等,这些大部分为钢铁制品,这些废弃铁件会被夹在在矿石中被矿车运送到选厂矿石破碎系统,后续则会进入选矿工艺,通常选矿工艺较为复杂,这些废弃铁件会对选矿工艺产生一定的干扰,也会破坏选矿设备的稳定性,影响机器的日常运行。因此,这些夹杂在矿石中的废弃铁件必须进行及时清除。本文针对夹在在矿石中的废弃铁件遗留问题,设计了一套基于S7系列PLC的自动除铁系统装置,通过控制机构对电磁铁周期性地自动控制,将夹杂在矿石中的废弃铁件及时清除[1-2]。

1 系统总体设计

自动除铁系统主要由检测机构(金属检测仪)、控制机构(PLC控制器)、执行机构(步进电机、可移动电磁铁)几个模块构成,其功能是夹杂在矿石中的废弃铁件进行及时清理,减少后续矿石处理的干扰,防止选矿设备损坏,保障日常的生产工作。

该装置的主要工作原理:井下夹杂着铁件的矿石从井下运送至选厂,经破碎后进入输送带,输送带的上方安装了一个电磁铁,电磁铁下方两端安装了一套金属检测仪,其目的是为了检测电磁铁的吸附是否过度[3]。PLC控制器通过控制电机来移动电磁铁,期间给电磁铁上磁,磁铁在输送带上方将矿石中夹杂的废弃金属进行吸附,当达到一定时长或者金属检测仪检测到吸附过度后进行废弃铁件释放,将废弃铁件释放进废弃金属仓,实现废弃铁件的清理。该装置为一个闭环控制,图1为系统设计原理图。

图1 系统设计原理图Fig.1 Schematic diagram of system design

2 硬件设计

本文设计的自动除铁系统的硬件模块主要是金属检测仪、PLC控制器(PLC、触摸屏、模拟量输入输出)、步进电机、移动式电磁铁四个模块硬件装置构成。

金属检测仪的主要作用是为了检测电磁铁是否吸附过度,若电磁铁吸附过度,检测仪会把信号及时传递给PLC,触发电磁铁进行废弃金属释放工作。其主要原理是通过线圈发射磁场,当有金属物质进入磁场后,会对该磁场进行干扰,并转换成感应电压,再通过经过通讯模块传递给PLC控制器,作为系统控制的依据[4]。

PLC控制器主要包括:PLC、触摸屏、模拟量输入输出。由于整体的控制流程都有PLC主导,因此PLC的选型比较重要,本文的PLC模块选用西门子S7(Smart)系列,该款PLC的优势有:

(1)其结构较为紧凑,安装的时候不会占用太大空间。

(2)其扩展性较好,有多个扩展模块,控制规模可从几点到几百点。

(3)S7(Smart)的编程软件是STEP7-Micro/WIN32,该编程软件可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控。使得PLC的编程更加方便、快捷,能够满足各种小规模控制系统的要求。

(4)软件匹配性较好,可以兼容多种软件。

数字量输入输出模块的作用是可将数字信号输入给步进电机,以此来控制电磁铁的移动以及通断电,再与触摸屏搭配,可实现人机交互,电机则采用步进电机,因为步进电机适用于闭环系统,且每步的精度在3%到5%,而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性,价格相比伺服电机更为实惠。配合行程开关检测确定电磁铁运动极限位置。通断执行机构电磁铁可采用DX 型流水线除铁屑吸盘电磁铁,该电磁铁可通过调整功率来调整电磁铁的吸附力,并且可快速通电断电。

移动式电磁铁的作用是将矿石中夹杂的废弃金属进行吸附,并将吸附的废弃金属运输至废弃金属仓内,从而达到一个清理废弃金属的作用,其原理是通过给线圈通电产生磁力,将电能转换为磁力,该电磁铁采用滑轨式移动安装方式。

3 软件设计

本文的软件设计是基于STEP7-Micro/WIN32来实现对整个除铁系统的流程控制,通过Wincc来进行人机交互界面的相关设计,图2是整个软件的流程设计图。

图2 软件设计流程图Fig.2 Software design flow chart

整个软件的运行原理:首先需要设置电磁铁移动的起始点和终点,起点是输送带的开始端,而终点则是废弃金属仓的上端,电磁铁移动每一个来回都需要从起点到终点,这样使得电磁铁在清理的过程不会遗漏清理,使得清理效果能够更完全彻底。软件的运行需要设定参数m(金属检测仪信号,当电磁铁吸附过度时(m1=1、m2=1、m3=1)),设定时间周期(t)达到30分钟后释放废弃金属。软件运行后,系统给电磁铁上电,装置处于工作状态,电磁铁开始清理作业,首先需要判定电磁铁是否吸附过度,若电磁铁吸附过度,需要释放废弃金属,若电铁未吸附过度,则继续吸附,期间需要通过金属检测仪的三组信号判断是否都为1,若三组信号都为1,则认为电磁铁吸附废弃金属可能达到饱和,需要立即释放废弃金属来增加电磁铁的吸附能力,若三组信号有一个没有为1,则判定吸附废弃金属的仍有作业余地够,可停留继续吸附废弃金属,当来达到系统设定的固有周期时长后,系统会自动释放废弃金属至废弃金属仓,并开始下一个吸附周期[5]。

4 结论

本文利用电磁铁能够吸附废弃铁件的原理设计了一种矿石自动除铁装置,该设计系统是基于西门子S7Smart PLC 的控制来实现的,系统首先设定清理参数,再由S7SmartPLC控制器通过控制步进电机,步进电机将脉冲信号转换成执行机构的位移,进而控制电磁铁的移动,期间通过金属检测仪检测电磁铁是否吸附过度,若吸附过度则需要释放,若未吸附过度则要经过一个周期时长再释放废弃金属,最终实现了对井下矿石中夹杂的废弃铁件清理。