浅谈可编程序控制器（PLC）在选矿设备（SLON系列磁选机）运用

赣州金环磁选设备有限公司 李 忠赣州有色冶金研究所 陈佩琳



浅谈可编程序控制器（PLC）在选矿设备（SLON系列磁选机）运用

赣州金环磁选设备有限公司 李 忠
赣州有色冶金研究所 陈佩琳

【摘要】随着现代工业进程，可编程序控制器（PLC）融合计算机技术、微电子技术、数字通讯技术、自动控制技术，具有稳定性强，可靠性高等特点，与SLON系列磁选机完美结合，提升设备技术含量，推进SLON系列磁选机技术升级。尤其可编程序控制器（PLC）产品在其性能指标及功能上进一步提升和完善，在机械设备行业发展发挥重要作用。

【关键词】可编程控制器；PLC；磁选机；电气控制

引言

SLON系列磁选机是目前国内采用机电一体化智能选矿、先进大型磁选设备，在选矿行业有着广泛的应用。在早期的产品中，由于没有使用可编程序控制器（PLC），致使存在选矿指标效果不佳和产能不高等问题。自2005年，采用了磁选机自动控制系统（KGCF），使产品品质和技术附加值得到提升。磁选机自动控制系统（KGCF）以PLC微处理器(CPU)为基础，采用编制程序方式，通过内部存储逻辑处理，执行逻辑运算、顺序运算、算术运算等，对磁选机各项技术参数、性能、操作等模拟，通过PLC微处理器(CPU) 逻辑处理，经数字量之间D/A转换和A/D转换的操作指令，指令数字式输入和输出，达到磁选机选矿生产过程有效控制[1]。本文介绍PLC在SLON系列磁选机控制中的几项关键应用。

1　SLON系列磁选机工作原理

SLon立环脉动高梯度磁选机结构见图1[2]。SLon立环脉动高梯度磁选机主要由磁头、磁轭、激磁线圈、转环（磁介质盒)和脉动冲程机构、各种矿斗等部件构成，用导磁不锈钢制成的圆棒或钢板网状磁介质。

图1　slon立环脉动高梯度磁选机结构

部件名称：l—脉动机构；2—励磁线圈；3—铁轭；4—转环；5—给矿斗；6—漂洗水斗；7—精矿冲洗装置；8—精矿斗；9—中矿斗；1O—尾矿斗；1l—液位斗；l2—转环驱动机构；13—机架；F—给矿；w—清水；c—精矿；M—中矿；T—尾矿。

SLON系列磁选机核心部件激磁线圈由空心铜管绕制，采用低电压高电流激磁，通水冷却。利用纯铁制成的铁铠和磁极头，与线圈构成闭合回路，磁力线完全封闭在方框铁壳内，达到足够的场强。转环在闭合回路作切割磁力线运动，在磁场的作用下，磁性矿粒发生磁聚而形成“磁团”或“磁链”，“磁团”或“磁链”在矿浆中受磁力作用，向磁极运动，而被吸附在转环上的磁介质盒，达到分选的效果。分选效果的好坏，取决于磁选机自动控制系统性能稳定。通过SLON系列自动控制系统研究，关键要解决好“稳定电流、稳定场强、控制温度、控制液位高低和控制水压流量”等技术问题，比如，电流不稳定，将导致场强波动，最终影响产品品质。[3]

2　可编程序控制器（PLC）的工作原理

2.1可编程序控制器（PLC）的构成

PLC由CPU,I/O模块，编程器，存储器，电源模块等构成。因此PLC的选择主要应从机型、容量（I/O点数和用户存储容量）、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。

2.2可编程控制器（PLC）的工作原理

可编程控制器（PLC）的工作原理实质是循环的扫描过程。

2.3可编程控制器（PLC）的工作过程

当PLC执行运行（RUN），其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

2.3.1输入采样

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次把输入状态读入与存入输入映像寄存器过程。

2.3.2用户程序执行

在用户程序执行阶段，PLC依次扫描用户程序(梯形图)，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入对应的元件映像寄存器的过程。

2.3.3输出刷新

输出刷新阶段，PLC通过扫描方式将输出状态传送到输出锁存器的过程。PLC性能优势完全取代传统由继电器和接触器控制，实现开关量的逻辑控制、顺序控制到单机模式、组网以及分布式组态中处理复杂的自动化任务控制系统，存储量大，故障率低，操作简单等特点在自动控制设备广泛使用。既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线[4]。如磁选机、立车、龙门镗铣床、刨床、磨床、组合机床、包装流水生产线。

图2　控制系统结构框图

3　PLC在磁选机自动控制系统运用

3.1系统总体结构框图

磁选机自动控制系统采用德国西门子S7-200可编程序控制器（PLC）、模拟量输入输出模块、SMART 700 IE触摸屏、可控硅整流装置(包括三相半控整流电路和触发器)、温度变送器、电流变送器、电压变送器等组成,与变频控制技术及控调技术融为一体[5]，PLC对磁选机工艺参数(磁选机技术指标：电流、电压、场强、温度、液位、水压等)模拟量进行监测与控制,模拟量通过数字量之间D/A转换和A/D转换得以实现。PLC同时具有断电保护，故障诊断和信息保护及恢复功能。PLC结合触摸屏(HMI)对工作过程进行实时监视、数据分析及故障监控[6]。系统的硬件结构框图如图2所示[7]。

3.2通过PLC控制激磁电流达到稳定

磁选机线圈电流由KGCF智能数字整流柜一次线路电源提供线圈（DC:0-60V）直流电压。通过PLC给定信号，在自动控制状态，控制信号触发模块，由KGCF触发控制电路触发晶闸管桥式整流电流。同时，PLC对线圈电流反馈信号进行检测。经PID调节，电流实际值与给定值一致，达到电流稳定。

3.3通过PLC控制场强达到稳定

磁选机场强形成由铁铠和磁极头，与线圈构成闭合回路产生，线圈电流产生磁场，场强强弱大小信号采集通过直流反馈信号给PLC，经PLC自动检测，由KGCF触发控制电路触发晶闸管桥式整流电流，经PID和分流器调节，实现对激磁电流的控制和调节，达到场强稳定。

3.4通过PLC控制温度

磁选机线圈温度过高因水流量低而发出报警，PLC模块安装温度检测装置，实现自动温度监控的功能。每饼线圈外接相应温控传感器，温控元件检测温度信号超过设定值（<60℃），信号采样经PLC检测后，PLC自动控制系统发出断磁信号，封锁触发电路的输出脉冲，达到切断直流输出，实现电路保护并且发出声光报警提示，HMI触摸显示屏提示故障信息，提醒操作人员及时发现处理。若线圈温度恢复正常，PLC系统自动调节激磁电流至设定值，无须人工操作。以此PLC系统达到对温度实时监控。

当KGCF智能数字整流柜中可控硅、变压器等元件在工作过程中发热，整流柜中温控器一经被检测超过设定温度，温度信号反馈到PLC，PLC自动控制系统采用变频控制技术对风机进行风级（1-3级）风量调节，实施降温散热，避免元件因发热烧毁。若风机因故障无法启动，系统自动采集和检测信号，PLC自动控制系统发出声光报警，HMI触摸显示屏提示故障信息，便于操作人员及时处理。

3.5通过PLC控制液位高低

磁选机液位斗安装液位测量传感器，液位信号由PLC系统自动检测，液位高低由PLC自动控制，形成采集、比样、检测、反馈、自控闭合回路。通过PID控制实现自动调节。

3.6通过PLC控制水压流量

磁选机线圈通过水冷方式冷却，线圈外接电接点水压表与PLC系统终端相连接，用于监控线圈水压的工作情况，流量信号采集、检测与比样，由PLC自动控制。若一旦流量过低或水压出现异常，PLC系统发出自动断磁信号，封锁触发电路的输出脉冲，达到切断直流输出实现电路保护，避免线圈烧毁。同时，PLC自动控制系统发出

声光报警，HMI触摸显示屏显示故障信息，提醒操作人员及时处理。若流量恢复正常，PLC系统自动调节激磁电流至设定值，无须人工操作。HMI触摸显示屏提示故障信息自动记录存储，以便管理人员实时监控。

4　结论

编程序控制器（PLC）在选矿设备（SLON系列磁选机）运用，实现人机完美结合。既保证设备的正常使用率又降低人工成本，提高磁选机选矿指标，降低了能耗。实现SLON系列磁选机最大功效，随着PLC高新技术的发展，为SLON系列磁选机技术支撑和创新提供保障。在当今PLC技术发展前景广阔，PLC产品越趋成熟完善，PLC凸显可靠性高、抗干扰能力强、功能强大、灵活，通俗易懂、价格便宜等特点，已成为工业控制的标准设备。被广泛运用到各个领域中。

参考文献

[1]程周.编程序控制器技术与应用[M].北京:电子工业出版社,2002.

[2]李忠,李勇.PLC在Slon系列磁选机的应用[M].中国钨业,2014(3):45-50.

[3]熊大和.SLon立环脉动高梯度磁选机分选红矿的研究于应用[J].金属矿山,2005(8):27-32.

[4]吴中俊,黄永红.可编程序控制器原理及应用.北京：机械工业出版社.2004.

[5]西门子公司.SIMATIC S7-200可编程控制器系统手册[M].北京:国防工业出版社,2000.

[6]杨丽荣,程铁栋.西门子S7-200 PLC在磁选机自动控制系统中的应用[J].矿山机械,2007(4):155-156.

[7]李忠,李勇.PLC在Slon系列磁选机的应用[M].中国钨业,2014(3):45-50.

李忠（1972—），男，江西赣州人，工程师，主要从事磁选机电控设备研制及公司安全工作。

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