PLC在磨矿工艺中的应用

江杰，孙文婷

（内蒙古科技大学，内蒙古 包头 014010）

0 引言

选矿厂共有9 个并列的生产系列，每个系列为一条单独的磨矿生产线。每条生产线的磨矿工艺流程为三段二闭路磨矿，一段为棒磨机开路磨矿，二段为球磨机与分级机组成的闭路循环，三段为球磨机与旋流器组成的闭路循环。现磁矿系列处理能力200 t/h 左右，因受给矿粒度不均匀、硬度复杂及人为操作因素的影响，整体磨矿过程波动较大，磨矿产品粒度也不稳定，处理能力偏低，没有完全发挥设备的处理能力，在目前的生产条件下，无法再有效提高磨矿产量。为此包钢选矿厂磨矿系统进行了磨矿分级自动控制工业试验研究，以达到提高和稳定磨矿作业能力，保证磨矿产品的品位和粒度。

1 磨矿自动控制系统工艺流程

入磨矿石由矿仓给矿机发至集矿皮带，再输送到给矿皮带，接着给至球磨机，进行一段球磨。一段球磨机的排矿产品给至螺旋分级机，通过分级，一次分级返砂至一段球磨机进行研磨。一次分级溢流作为磨矿分级半成品，进入下道浮选作业工艺。

本系统选用一段球磨分级作业，流程图如图1 所示。

2 磨矿自动控制系统原理

2.1 球磨机自动控制原理

该系统把整体球磨机控制系统分为三个控制模块，分别是球磨机给矿量的控制、球磨机磨矿浓度的控制以及分级机溢流浓度的控制。

2.1.1 球磨机给矿量控制

球磨机给矿量控制是由核子秤实现的。通过核子秤主机将给矿量转为标准信号送至主控机（PLC），主控机（PLC）参照设定给矿量调整圆盘给矿机电机转动频率，从而控制原矿量。磨机给矿量的控制采用磨机电流检测信号判断球磨机负荷。主控机（PLC）根据当前磨机电流判断球磨机目前的工作状态，自动计算生成合适给矿量值。通过设定的给矿量值与通过核子称检测到的原给矿量值进行比较，通过主控机输出控制信号发送至变频器，从而将给矿量控制在合理范围内。球磨机给矿量控制系统原理框图如图2 所示。

图1 磨矿工艺流程图

图2 给矿量控制框图

2.1.2 球磨机磨矿浓度的控制

磨矿浓度的大小会影响矿浆的比重，影响矿粒在钢球周围的黏着程度和矿浆的流动性，直接影响到一次磨矿合格粒度的合格率，故对避免矿石的过粉碎，提高选别指标极为重要。对具体的磨矿分级过程来说，磨矿浓度有一个最佳范围，磨矿浓度提高或降低都不利于磨矿效果，最佳磨矿浓度可以由磨矿分级过程的工艺指标分析以及寻求最佳控制目标得到。因此，稳定磨矿浓度对于提高球磨机的台时处理量、保证溢流粒度量极其重要。球磨机内通过磨矿介质和原矿石以及给矿水三者研磨，从而获得符合标准浓度的矿浆。

因此给矿水的控制是重点。系统中给矿水用电磁流量计来检测，水量大小由电动阀调节。给矿水的计算公式：

给矿水的控制回路如图3 所示。

图3 给矿水控制回路

2.1.3 分级机溢流浓度的控制

由工艺过程分析可知，分级机溢流浓度即一段旋流器给矿浓度，直接影响旋流器的分级效率和产品质量，在原矿性质稳定、工艺流程稳定前提下，粒度和浓度存在线性关系：浓度小，则粒度细；浓度大，则粒度粗。通过在分级机溢流端下方安装浓度计检测分级机溢流浓度，通过调整分级机补加水量来保证其稳定在一定范围，溢流排矿水的控制回路如图4 所示。

图4 排矿水控制回路

2.2 磨机控制系统的主控单元

上位机采用工业控制机完成数据集中管理任务，下位机采用PLC，用以完成独立系统的分散控制功能，数据传输则通过高可靠的工业网络来实现。

控制单元选择AB 公司的SLC500 系列可编程序控制器，其中CPUD 单元选择504 模块。上位机选择IPC610 工业控制机。网络选择DH+工业控制网，网路支持挂靠站点32 个，保证系统的可扩充性。

变频器选择具有远程控制功能，含4～20 mA 输入接口。工控机选用研华ADAM 系列模块。ADAM 模块主要采用ADAM-4000 系列以及ADAM-5000 系列两种。

2.3 控制系统测试

本系统的程序设计选用西门子编程软件STEP7。在STEP7 中用项目来管理自动化系统的软件和硬件。创建项目，进行硬件组态及参数设置，硬件组态的任务是在STEP7 中生成与实际的硬件相同的系统，根据实际所选S7-300 的CPU、通信和模拟量输入/输出及数字量输入/输出模块的具体型号在软件中设置。硬件组态完成后则模拟设备连线，选择上位机，本系统选MPI 协议为通信协议。最后则在主程序OB1 中完成程序编写。

3 结语

本系统球磨机给矿量控制算法是从模糊控制的思想出发，根据球磨机电流的变化，总结出球磨机自动控制的模糊控制过程，通过PLC 的程序来实现，能很好地避免球磨机磨矿过程中易出现的“胀肚”问题。磨矿浓度和溢流浓度分别通过控制球磨机给矿水和螺旋分级机排矿水量的大小来实现，给矿水和排矿水由安装在管道上的电动阀来控制。控制系统采用了西门子的S7-300 系列PLC来实现。检测、执行仪表选型合理，使整个控制系统性价比较高。通过自动控制系统，改善了工人的劳动环境和劳动强度，大大提高了生产率。

［1］马旭东，陈永清，陈深.基于PLC/SCADA 结构的计算机综合控制系统［J］.工业仪表与自动化装置，2002（5）：56-58.

［2］马宁，孔红.S7-300PLC 和MM440 变频器的原理与应用［M］.北京：机械工业出版社，2006：12-58.

［3］何晓峰，陈夕松.西门子S7-300PLC 在磨矿控制系统中应用［J］.自动化技术与应用，2005，24（12）：56-58.