一、概述

近十多年來，由于礦用檢測(cè)與分析儀表的逐漸更新和不斷完善，結(jié)算機(jī)的性能價(jià)格比的大幅度提高和局域網(wǎng)、INTERNET網(wǎng)絡(luò)的普遍應(yīng)用，各種遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在各行業(yè)的成功應(yīng)用，使目前選礦廠的過程控制及自動(dòng)化操作達(dá)到了一個(gè)嶄新的水平。在國(guó)內(nèi)的鐵礦、銅礦、金礦等一些礦山，通過對(duì)現(xiàn)有選礦廠進(jìn)行自動(dòng)化改造，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

本項(xiàng)目針對(duì)選礦生產(chǎn)各工作環(huán)節(jié)，特別是關(guān)鍵工藝流程實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)控，同時(shí)為選礦管理等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，為選礦廠、礦業(yè)公司進(jìn)行更加科學(xué)的經(jīng)營(yíng)管理與決策提供有力的支持。

二、選礦自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

選礦自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循“方案合理、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、操作方便”的原則。

（1）采用先進(jìn)成熟的技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)硬件部分采用德國(guó)西門子公司的可編程序控制器及中文操作面板進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）選用可靠的、性價(jià)比是最好的檢測(cè)儀表及控制設(shè)備,采用經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)是成熟的、先進(jìn)的自動(dòng)控制設(shè)備；

（3）系統(tǒng)具有實(shí)用性和易管理性

系統(tǒng)要符石墨選礦工藝的特點(diǎn)，功能要完備、齊全，滿足選礦的生產(chǎn)和管理的需求，其設(shè)計(jì)和所使用的技術(shù)必須實(shí)用，且要易于管理，易于維護(hù)，防止操作過于繁瑣、技術(shù)復(fù)雜。

（4）系統(tǒng)具有和開放性可操作性

系統(tǒng)設(shè)計(jì)開放性原則是指在軟、硬設(shè)備的互連上，系統(tǒng)升級(jí)、擴(kuò)充和更新上，應(yīng)用目標(biāo)和功能變化上，以及在其它外界環(huán)境變化上，要有較強(qiáng)的開放適應(yīng)能力；系統(tǒng)應(yīng)盡量便于用戶的理解、學(xué)習(xí)、掌握和使用；人機(jī)界面友好，具有很強(qiáng)的在線幫助功能，方便操作和維護(hù)。 

三、選礦自動(dòng)化系統(tǒng)的總體架構(gòu)

本次項(xiàng)目的設(shè)計(jì)范圍可以分為三個(gè)層次：

（1）現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)：自動(dòng)控制產(chǎn)品的安裝、調(diào)試。主要包括給料自動(dòng)控制、磨礦以及浮選自動(dòng)化等。

（2）過程監(jiān)控級(jí)：建立統(tǒng)一的自動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)選礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各受控設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視和控制，并提供數(shù)據(jù)接口供其它系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。

（3）生產(chǎn)管理級(jí)：實(shí)現(xiàn)選礦信息的計(jì)算機(jī)管理。涵蓋記錄作業(yè)數(shù)據(jù)、跟蹤作業(yè)流程、生成報(bào)表，并為其它系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口。

四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體構(gòu)架

1、工作（操作）站

工作站是處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的操作界面OI（Operator Interface）或人機(jī)界面HMI（Human Machine Interface）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，主要是為系統(tǒng)的運(yùn)行操作人員提供人機(jī)交互，使操作員可以通過操作員站及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)、各種運(yùn)行參數(shù)的當(dāng)前值、是否有異常情況發(fā)生等。同時(shí)通過輸入設(shè)備對(duì)工藝過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，以保證生產(chǎn)過程的安全、可靠、高效、高質(zhì)。

2、工程師站

工程師站是對(duì)組態(tài)工作和在線系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。其主要功能是提供對(duì)本系統(tǒng)組態(tài)、配置工作的工具軟件（即組態(tài)軟件），并當(dāng)操作站在運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)地監(jiān)視各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，使系統(tǒng)工程師可以通過工程師站及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，使自動(dòng)化系統(tǒng)隨時(shí)處在最佳的工作狀態(tài)中。

自動(dòng)化系統(tǒng)按功能化分為三個(gè)層次，即：現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)、過程監(jiān)控級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí)。

現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)、控制?，F(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)采用基于可編程序控制器（PLC）的集散控制系統(tǒng)方案，確保系統(tǒng)的可靠性。

過程監(jiān)控級(jí)設(shè)置兩臺(tái)工控機(jī)。工控機(jī)互為備份，互為冗余，確保數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確。服務(wù)器將實(shí)時(shí)參數(shù)與畫面發(fā)布到企業(yè)局域網(wǎng)，供生產(chǎn)管理級(jí)調(diào)用。

生產(chǎn)管理級(jí)通過Web瀏覽，可以與局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，不同的局域網(wǎng)用戶享有不同的訪問權(quán)限，在計(jì)算機(jī)上可查看到現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備的運(yùn)行情況、生產(chǎn)情況和操作員日常操作情況。通過此種方法也便于廠領(lǐng)導(dǎo)調(diào)度、指揮生產(chǎn)。

 系統(tǒng)功能構(gòu)架見下圖：

現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)包含破碎狀態(tài)監(jiān)控、給料自動(dòng)化、磨礦自動(dòng)化、浮選自化、浮選加藥系統(tǒng)和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)顯示及監(jiān)測(cè)。各系統(tǒng)間通過網(wǎng)絡(luò)通訊和數(shù)據(jù)交換共同完成整個(gè)選礦自動(dòng)化系統(tǒng)的過程控制。

過程監(jiān)控級(jí)包含六個(gè)子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、監(jiān)控運(yùn)行子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)、圖形子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口子系統(tǒng)。通過這六個(gè)子系統(tǒng)共同完成工作站的所有功能。

生產(chǎn)管理級(jí)包含六個(gè)子系統(tǒng)：WEB瀏覽平臺(tái)、實(shí)時(shí)子系統(tǒng)、報(bào)表子系統(tǒng)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)、用戶管理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)，它們共同完成管理級(jí)的功能。

 五、控制特點(diǎn)

控制系統(tǒng)以簡(jiǎn)單實(shí)用為主，主要以就地（開環(huán)/閉環(huán)）控制、上位機(jī)干預(yù)、集中管理為特點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享。同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)指標(biāo)，為日常生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)依據(jù)?？梢詫?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制、報(bào)警、順序停車、記錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、生成報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。

就地控制：利用PLC控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)中的關(guān)聯(lián)設(shè)備的控制及監(jiān)測(cè)，同時(shí)把設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)傳輸給上位機(jī)，使管理人員能夠在中心控制室的計(jì)算機(jī)上看到各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

遠(yuǎn)程干預(yù)：利用計(jì)算機(jī)和PLC控制器的強(qiáng)大通信功能，可以根據(jù)實(shí)際動(dòng)態(tài)生產(chǎn)需求對(duì)其中設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制，同時(shí)通過視頻系統(tǒng)的輔助，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)流程的無人值守，節(jié)省人員，減輕值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)人性化管理。

手自動(dòng)轉(zhuǎn)換：通過控制柜上的手自動(dòng)轉(zhuǎn)換按鈕，方便實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)的切換，滿足維修及其他工況的需要。

六、控制流程介紹

自動(dòng)化系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)崗位的設(shè)備自動(dòng)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制功能，使生產(chǎn)過程自動(dòng)連續(xù)化、減少人為因素造成的停車，使生產(chǎn)設(shè)備按照流程順序自動(dòng)啟動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)有序生產(chǎn)，減少現(xiàn)場(chǎng)人工干預(yù)，提高生產(chǎn)效率，降低人工成本。同時(shí)保留人工操作功能，與自動(dòng)控制系統(tǒng)并行連鎖使用。

本自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要針對(duì)給料、磨礦、浮選等幾處關(guān)鍵流程和關(guān)鍵設(shè)備。以下是各個(gè)重要流程控制的介紹，其他附屬設(shè)備省略。

1、    給料皮帶控制

采用阻旋開關(guān)物位計(jì)，阻旋物位開關(guān)物位計(jì)工作原理：

阻旋物位計(jì)采用機(jī)電位控原理，當(dāng)料倉(cāng)內(nèi)無料時(shí)，物位計(jì)通電，葉片旋轉(zhuǎn)；當(dāng)料倉(cāng)內(nèi)有料時(shí)，葉片旋轉(zhuǎn)受阻，隨之?dāng)嚅_物位計(jì)電源。采用阻旋物位計(jì)可以有效的防止粉塵的干擾，增加控制的可靠性及穩(wěn)定性。

控制思路：

當(dāng)1號(hào)料倉(cāng)內(nèi)無料時(shí)，物位計(jì)通電同時(shí)給出電位信號(hào)，由控制器控制皮帶向1號(hào)料倉(cāng)加料，當(dāng)1號(hào)料倉(cāng)內(nèi)達(dá)到物位計(jì)測(cè)量位置（即:滿倉(cāng)）由控制器控制皮帶向2號(hào)料倉(cāng)加料。當(dāng)1、2號(hào)料倉(cāng)都達(dá)到物位計(jì)測(cè)量位置，則由控制器控制皮帶停止。兩個(gè)料倉(cāng)帶有互鎖功能，即：1號(hào)料倉(cāng)滿倉(cāng)，則控制皮帶向2號(hào)料倉(cāng)加料，直至2號(hào)料倉(cāng)滿倉(cāng)后由控制器控制皮帶向1號(hào)料倉(cāng)加料，否則不會(huì)向1號(hào)料倉(cāng)加料。控制原理圖如下：

      1號(hào)物位計(jì)                          2號(hào)物位計(jì)    

               信                          信

                   號(hào)                   號(hào)  皮帶狀態(tài)

                          控制器                        上位機(jī)

                         控          上位機(jī)干預(yù)

                         制

皮帶機(jī)

 2、    磨礦濃度控制

控制原理：

現(xiàn)場(chǎng)的給礦量由皮帶稱得出，水量由電磁流量計(jì)得出，經(jīng)過控制器計(jì)算得出濃度值，以理想的濃度值做為基本值與實(shí)時(shí)的濃度值作比較，控制水量的補(bǔ)償。

控制思路：

根據(jù)皮帶稱得出給礦量4~20mA的實(shí)時(shí)礦量信號(hào)。由電磁流量計(jì)給出水量4~20mA的實(shí)時(shí)水量信號(hào)?？刂破鞲鶕?jù)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算得出濃度值。得出的濃度值與理想的濃度值作比較計(jì)算得出相應(yīng)的水量，由控制器將水量轉(zhuǎn)換為4~20mA信號(hào)傳輸給電動(dòng)執(zhí)行閥門，控制電動(dòng)執(zhí)行閥門的開度來改變水量，達(dá)到理想的濃度計(jì)。并且向上位機(jī)傳輸計(jì)算得出的實(shí)時(shí)濃度值，水流量，給礦量，由上位機(jī)將此數(shù)值以數(shù)字的形式顯示。

由皮帶稱得出給礦量4~20mA信號(hào)，由電磁流量計(jì)給出水量4~20mA信號(hào)，根據(jù)兩者的信號(hào)通過控制器控制閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)。從而達(dá)到最佳的給水量，使?jié)舛群愣?。控制原理圖如下：

  流量計(jì)                   控制器                   理想濃度值

           4~20mA信號(hào)

                  4~20mA             濃度

                   信    4~20mA          流量

                號(hào)         信號(hào)              給礦量

      閥門                  皮帶稱                  上位機(jī)

 3、 各環(huán)節(jié)水量控制

控制原理：

通過電磁流量計(jì)給出當(dāng)前水流量信號(hào)，由控制器計(jì)算并轉(zhuǎn)換為4~20mA信號(hào)給電動(dòng)閥門，控制給水量，使給水量恒定。

控制思路：

將電磁流量計(jì)檢測(cè)得出水量的4~20mA實(shí)時(shí)流量信號(hào)傳給控制器，由控制器將電磁流量計(jì)得出的實(shí)時(shí)流量值與理想的流量值做比較，經(jīng)過控制器計(jì)算得出實(shí)際補(bǔ)償?shù)乃髁浚?jīng)控制器轉(zhuǎn)換輸出4~20mA信號(hào)給電動(dòng)執(zhí)行閥門，控制電動(dòng)執(zhí)行閥門的開度，達(dá)到理想的流量值。并將每一個(gè)管路的實(shí)時(shí)水量和理想水量在上位機(jī)中顯示。由上位機(jī)可以避開流量計(jì)的影響，人工調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門的開度來控制水流量。控制原理圖如下：

           4~20mA信號(hào)

流量計(jì)                   控制器                      理想流量值

        瞬時(shí)流量                4~20mA信號(hào)

                                     手動(dòng)調(diào)節(jié)

                                                         人工干預(yù)

上位機(jī)                     閥門                        

 4、充氣式浮選機(jī)空氣量控制

控制原理：

渦輪流量計(jì)與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門配合使用，當(dāng)空氣通過渦輪流量計(jì)時(shí)渦輪流量計(jì)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生4~20mA信號(hào)，控制器根據(jù)渦輪流量計(jì)的4~20mA信號(hào)，改變電動(dòng)執(zhí)行閥門的開度。控制空氣流量。

控制思路：

空氣經(jīng)過渦輪流量計(jì)時(shí)產(chǎn)生沖力，帶動(dòng)渦輪流量計(jì)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。通過渦輪流量計(jì)葉片的轉(zhuǎn)速計(jì)算出相當(dāng)?shù)牧髁恐?，?/span>4~20mA信號(hào)的方式傳輸給控制器。控制器將渦輪流量計(jì)傳回的信號(hào)與工控機(jī)中理想的空氣流量作比較。經(jīng)計(jì)算得出應(yīng)補(bǔ)償?shù)牧髁浚缓髮⒀a(bǔ)償流量轉(zhuǎn)換為4~20mA信號(hào)傳給電動(dòng)執(zhí)行器，電動(dòng)執(zhí)行器根據(jù)4~20mA信號(hào)的大小控制閥體的開度，達(dá)到理想的控制效果?？刂圃韴D如下：

渦輪流量計(jì)                                          理想空氣流量值

              4~20mA信號(hào)

                           控制器

                 4~20mA                 瞬時(shí)流量

             信號(hào)                          

                            手動(dòng)調(diào)節(jié)

      閥門                                                 上位機(jī)

  5、浮選液位控制

控制原理：

液位計(jì)

采用浮球檢測(cè)浮選機(jī)液位高度，在浮球上方適當(dāng)加一定的重量，可以有效的避免由礦漿泡沫所引起的假液位。液位的高低分別觸發(fā)觸點(diǎn)電極A、電極B。當(dāng)觸點(diǎn)A、B接通則由控制器控制浮選機(jī)閘門電機(jī)正反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閘門的高度改變浮選機(jī)液位。

閘門電機(jī)：

閘門電機(jī)采用專用低速電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為9r/min。電機(jī)配合渦輪渦桿減速機(jī)控制閘板。由控制器控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)閘板高度的變化，改變液位。

控制思路：

當(dāng)浮選機(jī)液位達(dá)到所設(shè)定的高度，浮球液位計(jì)觸發(fā)電極觸點(diǎn)A接通控制器開關(guān)量信號(hào)，控制器判斷液位達(dá)到最高上限值，控制器控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，使閘板高度降低，使礦漿液位減低。反之，控制器控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，使閘板高度增加，使礦漿液位增加。當(dāng)浮球液位計(jì)沒有觸發(fā)觸點(diǎn)A、B時(shí)控制器則判斷當(dāng)前礦漿液位處于理想范圍內(nèi)，電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)。電機(jī)正反轉(zhuǎn)始終保持互鎖狀態(tài)。控制器帶有自動(dòng)/手動(dòng)切換開關(guān)，當(dāng)在手動(dòng)狀態(tài)下，人工可以通過控制柜按鈕控制液位高低的變化。每個(gè)浮選機(jī)閘門的運(yùn)行狀態(tài)在上位機(jī)軟件中顯示，且具體可操控性?？刂圃韴D如下：

               A       高液位

               B             低液位                  控制器

     浮球

                                  正反轉(zhuǎn)

   人工干預(yù)             電機(jī)

                                                    電機(jī)運(yùn)行

狀態(tài)

                                               上位機(jī)

6、尾礦排礦控制

采用超聲波位置檢測(cè)儀，檢測(cè)當(dāng)前液位高度。通過檢測(cè)儀的反饋信號(hào)，由控制器控制閥門的開度改變排礦量。

7、電機(jī)電流、運(yùn)行狀態(tài)及遠(yuǎn)程啟停檢測(cè)

控制原理：

電流監(jiān)測(cè)：

電流變送器可以直接將被測(cè)主回路交流或者直流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的4~20mA信號(hào)連續(xù)輸出到控制器中，經(jīng)控制器計(jì)算得出實(shí)際電流值。

 運(yùn)行狀態(tài)：

利用中間繼電器與電機(jī)交流接觸器串聯(lián)。在啟動(dòng)交流接觸器時(shí)，中間繼電器接通，控制器電位接通，控制器將接通電位信號(hào)傳輸至上位機(jī)，在上位機(jī)中顯示。

遠(yuǎn)程啟停：

利用中間繼電器與交流接觸器線圈串聯(lián)。啟動(dòng)時(shí)控制器向中間繼電器線圈輸出24V電壓使中間繼電器節(jié)點(diǎn)吸合使220電壓通過至交流接觸器線圈。

控制思路：

電流監(jiān)測(cè)：

由電流變送器測(cè)出主回路的電流并轉(zhuǎn)換為4~20mA信號(hào)傳給控制器，經(jīng)控制器按線性比例計(jì)算出得實(shí)際的電流值，將實(shí)際電流值以數(shù)字的形式在上位機(jī)軟件中顯示。

運(yùn)行狀態(tài)：

22Kw電機(jī)由電流信號(hào)判斷運(yùn)行狀態(tài)。為防上干擾，當(dāng)電流達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，控制器判定電機(jī)處于開啟狀態(tài)。22Kw以下電機(jī)，利用中間繼電器線圈與交流接觸器線圈串聯(lián)。當(dāng)開啟電機(jī)時(shí)，電流通過線圈，中間繼電器吸合觸發(fā)控制器電位控制器通過電們判定電機(jī)處于開啟狀態(tài)。

 遠(yuǎn)程啟停：

利用控制器輸出24V電壓至中間繼電器線圈。220V電壓接至中間繼電器常開觸點(diǎn)，當(dāng)啟動(dòng)時(shí)控制器輸出24V電壓使中間繼電器繼圈吸合。常開觸點(diǎn)吸合220V電壓接通至交流接觸器線圈使交流接觸器吸合，則電機(jī)啟動(dòng)。控制原理圖如下：

                       中間繼電器      電機(jī)狀態(tài)    啟動(dòng)停止

電流變送器<

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