选矿综合自动化系统的设计与应用

池彦贺，王建民

(华北理工大学 电气工程学院，河北 唐山 063009)



选矿综合自动化系统的设计与应用

池彦贺，王建民

(华北理工大学 电气工程学院，河北 唐山 063009)

综合自动化；选矿；控制系统

由于中小型选矿厂自动化水平较低，所以自动化系统与管理系统不能实现一体化，并造成了信息孤岛现象的出现。该项研究设计了一种选矿综合自动化系统，将自动化系统与管理系统结合在一起，有效地解决了信息孤岛问题。研究结果表明，该项目设计的综合自动化系统能够提高磨机产量，从而提高选矿厂的经济效益。

中国现有上千家选矿厂，存在自动化程度低、生产成本高、资源消耗大、环境污染严重等问题，已经成为制约中国材料工业发展的瓶颈。欧洲钢铁工业技术发展指南提出：“对于降低生产成本、提高产品质量、减少环境污染和资源消耗问题，只能通过全流程自动控制系统的优化设计来实现”[1]。中小型选矿厂普遍采用人工看磨的方式，操作与管理水平低下。一般的自动化系统往往与管理系统脱节，不能形成有效的管理，因此需要构建一种选矿厂自动化与信息化相结合的综合自动化系统[2]。该项研究设计了一种将自动化与信息化相结合的选矿综合自动化系统，可以实现选矿厂的数字化管理，提高磨矿生产过程的自动化水平，以保证生产系统的持续、稳定和高效运行[3]。

1 综合自动化系统结构

“综合自动化”(也称管控一体化)是现代化选矿厂的基础和目的。众所周知，自动化指的是机械设备或生产过程、管理过程在没有人直接参与的情况下，通过自动检测、信息传输和处理、操纵控制进而实现所要达到的目标，而信息化的信息又来自于生产设备中的自动检测装置，可以说自动化是信息化的基础。反之，由于实现了信息化，又可以远程对生产设备的工况进行监测和自动控制，保证在现场无人值守的情况下得到工况信息，大大减少了工作人员的工作强度，并可提高生产效率。实现了管控一体化之后，可以把生产、安全和管理结合在一起，管理层可以实时得到现场的生产信息，又可以将历史信息进行汇总分析，利用先进控制理论对磨矿工艺进行改进。

结合选矿工业现状，将选矿综合自动化系统分成2层：信息化系统与自动化系统，提出实现企业扁平化管理的集成制造系统。图1所示为综合自动化系统结构图，其中给料机、磨机、流量计、控制柜等组成了选矿综合自动化系统，操作计算机及向上延伸的矿长办公室和远程监控机等组成了选矿综合自动化的信息化系统。

图1　综合自动化系统结构图

2 综合自动化系统

底层设备通过Profibus现场总线与控制柜相连，控制柜通过旋钮、开关等对磨矿所需的所有设备及仪表进行控制，目的是在保证安全稳定的前提下使磨矿量最大。Profibus是一种国际化、开放式、不依赖于生产商的现场总线标准，广泛应用于工业自动化[4]。通过Profibus-DP(数据传输速率9.6 kbit/s～12 Mbit/s)设备级网络将给料机、皮带秤、磨音电耳、电流传感器等连接到控制柜[5]，实现现场设备的分散式数字控制和现场通信。

通过控制柜可以直接对给料机传送带进行控制，并可通过旋钮对传送带正反转进行调节；对给水量的控制，可以通过旋钮调节给水阀的开度实现调节给水量的大小；对本地/远程操作模式进行切换，切换成本地操作模式可以直接通过控制柜进行各种操作，切换成远程控制模式时可以通过上位机软件对各种参数进行远程控制；对传感器采集的各种数据进行集总显示，将电流、磨音、水流量、给矿量等数据显示在液晶屏上便于操作人员直观操作。

控制柜与操作计算机可以直接通过RS485进行连接。RS485的转换接口价格低廉且抗干扰能力强，可以应对磨矿现场的各种干扰。操作计算机也可以直接通过MODBUS协议与矿长办公室的计算机直接相连，使矿长可以随时在办公室监视现场运行情况，实现了实时高效监视。如若远程需要，操作计算机还可以通过GPRS设备将数据直接通过互联网发送出去，真正做到随时随地监测。

3 综合自动化信息化系统

上位监控软件由C#编写，分为中控室监控软件、局域网服务器软件、局域网客户端软件、远程故障诊断软件。中控室监控软件将系统运行过程中的数据通过画面直观显示，方便现场操作人员对系统的控制监视；局域网服务器软件与中控室监控软件相连，将实时数据存入数据库，可以实现对磨机运行状况的远程数据汇总；局域网客户端软件通过对数据库内容的读取，除了可以通过画面实时监测运行状况外，还可以实现报表打印查询、历史运行趋势、故障报警。

图2为工艺过程状况图，整个界面分为四大部分。左上角为动态动画演示，可以将设备传输的数据进行处理，演变成动画演示，动态地表现当前磨机运行状况；下方为数据模块区，即将数据直观地显示在面板上方便进行观测，下方的5个圆钮为当前设备运行模式；右上角的空白区为运行曲线区，可以将下方的料检测、水流量、磨音和磨机电流通过曲线显示在空白区，以便观查磨机运行趋势曲线；最右下角的方框内为当前仪表柜操作状况，可以显示当前操作模式是手动模式或自动模式。

图2　工艺过程状况图

对磨机运行给料量的控制采用自主设定的专家控制模式，通过对磨音大小的判断来决定给料量、给水量的多少，系统会自动根据设定值进行调节，实现无人看管自动添减料的功能。图3为磨机给料设定图，将对应专家数据输入该窗口后软件即可通过设定值对磨机给料量、给水量进行调节。

图3　专家系统输入界面

点击图2左下角的历史按钮，可以进入如图4所示的历史曲线界面。该界面可以查询指定日期时间段的历史曲线，还可以通过向前或向后按钮对显示时间段进行调整，通过该界面可以随时对历史运行趋势进行查询，还可以与实时运行曲线进行比较。

图4　历史曲线界面

4 综合自动化系统实施效果

应用该选矿自动化系统可以实现以下功能：

(1)实现基于现场仪表的中小型选矿厂磨矿设备的控制，包含料、水的闭环控制、磨机负荷的智能控制。

(2)在选矿厂中间控制室即可对全选矿厂进行操作控制。通过控制室电脑显示工艺流程画面，使操作人员对整个生产过程的参数、流程及设备状态进行监控。该自动化系统方便了操作人员根据生产需要及时对工艺进行参数调整及控制。

(3)记录选矿设备的运行历史数据并形成历史曲线，用来分析和总结生产过程中水料之间的依赖关系，便于与设备进行配合调节，还可以将数据记录用于分析事故原因。将所有数据都同时存到数据库中，为今后生产参数提供数据源。

(4)在生产过程中，当设备出现异常时，操作软件和现场控制柜将同时发出警报，以便提示操作人员或监控室监视人员对异常情况进行处理。

(5)可以远程将设备运行参数同步显示在操作软件上，使管理人员随时对现场运行状况进行监视，并可实现现场无人值守，减少在岗人员编制，同时减轻现场操作人员的劳动强度。

(6)具有报表打印功能，可以将存入数据库的各种内容进行筛选打印，使管理人员方便地提取出所需要的各种数据，实现运行状况与管理的结合。

5 结论

选矿综合自动化系统将工业自动化与信息化相结合，成功地解决了“信息孤岛”问题，同时过程控制的数据得到了有效利用。该选矿综合自动化系统具有控制精度高、抗干扰强、稳定可靠、方便管理、易于检修等特点，大大提高了设备作业效率，降低工人的劳动强度。该系统投入运行，使得磨机产量显著提高，为选矿厂创造了巨大的经济价值。

[1]欧洲钢铁工业联盟著，韩静涛译.欧洲钢铁工业技术发展指南[R].北京:中国金属学会,1999:10.

[2]张申. 煤矿自动化发展趋势[J]. 工况自动化,2013,39(2):27-33.

[3]王继生,潘涛. 数字矿山建设实践探索[J]. 工况自动化,2014,40(3):32-35.

[4]何晓峰. 磨矿过程综合自动化系统研究及应用[D]. 南京：东南大学,2006.

[5]谭得健. 我国煤矿自动化现状及发展趋势[J]. 工况自动化.2010,(9):126-129.

Design and Application of Integrated Automation System for Mineral Separation

CHI Yan-he, WANG Jian-min

(College of Electrical Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063000, China)

integrated automation; mineral separation; control system

Because of low automation level in small and medium-sized concentrating plant, automation system and management system can’t realize integration, and the phenomenon of information isolated island is caused. An integrated automation system for mineral separation was designed, and automation system and management system were integrated, the problem of information island was effectively solved. The research results show that the mill output is improved by the design of the integrated automation system, so the economic benefit of the concentrating plant is increased.

2095-2716(2016)03-0086-05

TP273+.1

A

2095-2716(2016)03-0091-07