PLC 控制技术在选矿工艺破碎自动化中的应用

PLC 控制技术在选矿工艺破碎自动化中的应用彭培祯(宜春钽铌矿有限公司，江西宜春 336000)

摘 要：根据 PLC 自动控制的特点，分析 PLC 控制技术在选矿工艺破碎工段自动化中的应用。关键词：PLC 控制技术;选矿工艺;破碎;自动化;稳定性中图分类号：TD679 文献标识码：B DOI：10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2018.11D.90 0 引言随着自动控制技术的快速发展， 各行业对于 PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)的运用越来越多。 该技术可以通过计算机编写程序让设备实现所需的自动控制，具有较强的稳定性和安全性。在矿山生产过程中，安全性、稳定性、易操控等问题一直是核心关注的问题，利用 PLC 实现自动化控制很好地兼顾了这些问题。 将 PLC 控制技术应用到选矿工艺中可以最大限度地满足生产的实际需求，实现自动化生产。 1 PLC 自动控制技术及破碎工段特点分析 1.1 PLC 自动控制技术 PLC 主要基于微处理器，结合通信技术、计算机技术以及自动控制技术等发展而来。 通过 PLC 编写程序可以实现诸如逻辑运算、时钟控制、顺序控制以及算术运算等一些列操作，采集输入信号的变化然后传输给内部处理单元，经过逻辑运算后输出相关的操作命令。 在矿山设备运行中，PLC 可以实时采集设备运行时的各种参数、数据等信息，并进行整理、计算然后输出相应的控制指令。 主要工作流程可分为输入采样、执行阶段、输出刷新三部分。PLC 正常运行时，自动对所需的数据进行扫描，然后将数据传输到内部存储单元，新数据不会影响其他相关数据。数据采集后，进入下个执行阶段，PLC 根据用户程序编写的顺序进行扫描，一般是自上而下、自左而右的模式;系统将逻辑运算新结果在程序内进行刷新操作。 执行阶段，CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)输出的指令与逻辑控制的输出一一对应的，只有这样才能保证最后输出刷新阶段实现精确控制。 1.2 破碎工段设备工艺简介以及现状宜春钽铌矿选矿厂破碎工段原设备比较简陋，矿仓底部安装 1 台棒条给料机，同时起筛选和给料功能，部分矿石(<100 mm)可直接流入后续工艺， 部分矿石(> 100 mm) 需要经过 C110 颚式破碎机进行处理后再经传送带筛选， 粗碎后的合格矿石(<40 mm)进入 GP300S圆锥破碎机进行中碎，中碎后的合格矿石(<10 mm)进入 HP500 圆锥进行细碎。未安装自动化系统之前， 破碎工段的生产主要以手动操作为主， 所有设备的起停均需要工人在现场完成，并且设备之间缺少必要的连锁保护，常常导致现场出现“压矿” 的情况，生产效率不高，同时大大增加了工人的劳动强度。 改造后的系统高度集成现场设备，在控制室实现全部设备的监控，并实现了设备间的连锁保护，提高了设备运转率和生产效率，降低了工人的劳动强度。 2 破碎工段自动化控制系统组成及编程根据宜春钽铌矿选矿厂工艺流程的特点， 对选矿工艺实行 PLC 自动化控制的设计。 要求可以概括为：操作实现自动化，包括选矿生产过程中的数据监测、设备的自动启停连锁控制、仪表以及通信等故障的自动诊断功能。 系统采用西门子 S7-400 系列冗余 PLC，该模块种类比较齐全，可以满足不同场合的需求。而且该系列控制器具有运行速度快、可靠性高、扩展能力强等优点。 CPU 通过 Profibus-DP 总线协议和分布式 IO 通信。 系统根据机架组态模块的位置包括电源模块、CPU 模块、信号模块、功能模块以及通信模块等。 其中，电源模块将外部提供的 AC 220 V 电压转换为机架后挂靠模块所需的直流 24 V 电源;CPU 是整个机架的核心， 也是系统的指挥中心;信号模块包括数字量输入、输出模块，模拟量输入、输出模块;功能模块指存储一些信号要求比较大的过程信号;通信模块实现 PLC 和其他部分的通信，实现数据的传输功能。 2.1 硬件组态打开 STEP7 软件，建立 1 个 S7-400H 的站点，选择 Hardware 进行硬件的组态工作， 根据现场实际情况进行硬件组态，将各模块按照实际顺序添加到组态中， 导轨机架上模块的顺序与实际控制柜安装顺序一致，如果出现顺序错误，编写程序时编译过程中检查不出问题，直到下载程序调试阶段才会出现问题，此时由于模块位置摆错符号地址都将出现错误， 将给后期调试带来非常大的麻烦，系统的组态如图 1 所示。图 1 系统硬件组态 168 万方数据设备管理与维修 2018 №11(下) 2.2 软件系统本项目 DCS(Distribution Control System，分散控制系统)组态软件选用 SIMATIC PCS 7， 该软件基于全集成自动化思想，高效工程组态更分散的系统配置，适用于分散的过程控制应用场合，同时具备丰富的人机界面产品，提高了监控与管理水平。 根据选矿工艺流程和设备联系，开发出的上位机画面如图 2 所示。 2.2 破碎工段自动控制程序的逻辑及实现的功能(1)实现破碎段所有设备远程启停与监控。(2)生产过程的连锁控制。

以缓冲料仓为界，分段实现逆序开车与顺序停车功能;包含所有分段的全流程一键启停功能。故障连锁停车：某个设备故障停车后，其前端设备连锁停车。料位连锁：料位空时提醒下游流程及时停车，料位高时提醒上游流程及时停车，保证料仓不溢料、设备不长时间空载。通过现场调试，该工段实现了自动控制，所有设备都可以实现远程启动、停止，设备运行状态实现实时监控。在生产过程的自动控制功能： ①设备之间实现连锁控制。以缓冲料仓为主要界限，可以分段实现顺序停止、逆序启动功能;另外多分段的流程设备可以实现全局一键启停功能;②故障处理更加完善。 当某个设备出现故障时，通过程序控制让前端连锁运行的设备停车;另外，对系统常见故障及时采集并作出智能诊断，给巡检人员提供有效的处理建议，避免引起较大事故，保障生产的安全、稳定;③料位连锁的自动控制。 料位较低时自动控制下端设备及时停车; 料位比较高时及时让上游设备及时停车，解决料仓溢料问题，而且设备不会长时间处于空载模式，节约资源。 3 结语破碎工段采用 PLC 技术实现自动控制， 具有较多优点：① 通过采集现场实际生产数据建立完善的预警功能， 如现场仪表或设备的通信发生故障时，系统会自动进行诊断，发出报警提醒巡检人员及时处理，保障设备运行的稳定性和可靠性;②PLC 控制可以让系统控制更加精确，整体抗干扰能力更强;③通过数据分析确定生产过程的最佳工况组合，提高生产效率和经济效益; ④PLC 采集的现场数据可以进行记录，并作出统计性分析，对生产的整体把控起到很好的支撑作用。随着我国矿山企业的日益扩大， 对安全生产的要求越来越高，运用 PLC 技术显著提高了企业的生产效率，提高了生产过程中的稳定性、安全性以及可靠性，对矿山企业的快速健康发展起到推动作用。参考文献[1] 马永杰.矿山电气中 PLC 控制技术的应用分析[J].世界有色金属， 2017(21)：177，179. [2] 杨勇.矿山电气中 PLC 控制技术的实际运用[J].中国锰业，2016， 34(6)：157-158，161. [3] 杜娟.PLC 控制技术在矿山电气设备中的应用[J].中小企业管理与科技(下旬刊)，2015(11)：95-96. [4] 邵键洲.矿山电气中 PLC 控制技术的实际运用[J].技术与市场， 2015，22(6)：213-214. [5] 张杨.典型选矿工艺的 PLC 控制系统[D].淮南：安徽理工大学， 2015. 〔