选矿厂多级皮带机控制系统设计与应用

王俊新　江杰

【摘 要】皮带机分级控制作为选矿作业中的一个重要流程，是一个复杂的非线性时变系统，本文结合巴润分公司选矿厂300万t/a选矿厂皮带机研究了分级过程控制，对皮带分级控制系统进行了硬件和软件设计，工程实施证明，本文设计的智能控制系统具有良好的性价比、高可靠性、易于扩展和先进性的特点，为选矿厂的安全、故障提供实时监控。

【关键词】选矿厂；智能控制；设计与应用

0 引言

从全球范围内看，钢铁储量已处于过剩状态，钢铁和铁矿石的市场价格持续走低，很难创造可观的利润。在自然条件相同的前提下，选矿自动化技术可以帮助选矿厂带来更多的效益，降低人力成本，提供必备的安全保障[1-2]。选矿生产和作业过程中，皮带分级控制是比较关键的环节，它的作业工序对选矿厂内很多生产指标实现与否有很大的影响，它是磨矿作业的前提，皮带分级控制的好坏直接对磨矿作业产生影响。皮带分级过程往往受到很多因素的干扰，其运行的连续性，有多种参数待控制且彼此间具有明显的相关性。不能仅对运行分过程进行控制，形成闭环控制系统，或是把多个系统重新组合起来，我们需全面控制皮带分级过程中涉及的各个参数，应用控制算法和优良设备。单纯通过人工对皮带分级进行调节，很难为下一步球磨机发挥最大的处理能力做好铺垫，溢流粒度也很难保证100%合格。特别在矿石硬度、粒度波动性大、作业指标及其不稳的情况下，其合格率更没有保证。优质的管理和自动化控制，能够带来超额的效益。可见，探讨皮带分级实施智能控制是很有必要的[3-6]。

本论文结合了皮带分级过程这一重要的工业背景，选取巴润分公司选矿厂作为研究对象，经过多年对设备改造及设备管理水平的提升，设备运行逐步趋向于稳定，而对于设备管理者来说不断提升设备管理水平是个永恒的主题，正值此时公司提出了创建国内一流，国际先进的现代化矿山的战略目标，为了实现公司战略目标，使我公司的设备管理水平再上一个台阶，于是提出了巴润选矿厂破碎区域皮带系统无人值守的课题，此项目实施后不仅可以提升设备管理水平，而且可以极大的起到将本增效的作用。通过分析皮带分级流程中遇到的控制问题，对巴润300万t/a特大型皮带分级控制系统进行详细设计。

1 工艺过程

1.1 选矿流程

宏观上，选矿可分成破碎、磨矿以及筛选这三个核心环节；微观上，则可将其细分成破碎、筛分分级、磁选以及后期处理等不同工序，铁矿的选矿工艺流程见图1。

1.2 磨矿流程

在国内，铁矿磨矿工艺基本适用两段磨矿。中小型选矿厂，则以单段磨矿为主。磨矿，一般是通过研磨、冲击两种形式实现。对产品进行破碎，使其粒度达到10-300μm。磨碎粒度，可参照矿石内有用矿物实际的浸染粒度，适用的选别方法等进行挑选。

1.3 皮带分级流程

皮带分级控制是比较关键的环节，它的作业工序，对选矿厂内很多生产指标实现与否有很大的影响，它是磨矿作业的前提，根据筛面筛孔不同的大小，我们可将物料划分成多种粒度级别，即筛分。筛分分级，适用于那些粒度相对较大的物料。根据介质（一般指的是水）中颗粒自身的沉降速度，同样可将物料划分成多个等降级别，即分级。该操作，适用那些粒度相对偏小的物料。粉碎期间，筛分、分级是将粒度适中的物料予以分出，也可以将物料划分成多种粒度级别。

2 皮带分级控制系统设计

2.1 皮带自动控制系统硬件设计

巴润分公司选厂整体控制体统要求分为三层，第一层为信息层，主要完成集中监控，集中协调控制。设定输入的操作和下达指令的操作，系统报警，运行管理及所有工艺参数、设备运行显示、控制过程显示。第二层为现场控制层（PLC子站），实现数据采集，控制算法的实施，工艺信号的联锁等功能；第三层为设备层，即各类智能传送器、各类接触器、真空断路器等执行机构和各种检测仪器、仪表，完成上层发出的命令和数据采集。破碎过程控制系统流程如图2所示：

本系统中提及的给矿部分，是由小圆盘给矿机（30个）、小皮带（数量为6条）共同予以供矿。每组包含5个小圆盘、1条小皮带；3个小皮带，可以为2条大皮带提供矿产，而2条大皮带则可为球磨机分别予以供矿；系统使用的检测仪表，主要是电子皮带秤、粒度计以及浓度计等多种。

电气控制系统，是由电源控制柜（数量为单台）、PLC控制柜（数量为2台）、电气控制柜（数量为8台）、电子称控制柜（数量为2台）、变频器（数量为14台）以及电机等多个部分组成。电源柜，能够为PLC柜、控制柜以及電子称控制柜等多个组件进行正常地供电。按照现场相应的工艺标准与要求，为保证系统自身的可靠性，我们通常选择分布式控制系统，借助HH54P继电器来对开关量进行有效控制。借助RZG-2100R处理器，完成全部隔离操作。继电器能对开关量进行有效监控，改进PL相应的控制效果。现场设备的内部驱动亦或是执行，均需遵循PLC下达的指令；运用隔离处理器，将信号传输至电气控制柜上，让设备能够在满足控制要求的情况下运行。

2.2 皮带自动控制系统软件设计

巴润分公司进行选厂工程设计期间，本系统软件主要由PLC控制程序、计算机监控程序等构件组成。系统软件编写主要应用了西门子公司研发的专用软件，该软件可实现对系统硬件组态以及通信组态进行编写，同时还可实现对系统软件进行编写。若需对控制程序进行编写，需应用版本为STEP7 V5.4的软件，编程方式可选择结构化程序，首先对控制任务进行划分，将其划分为细小的子程序，然后将其编制到各个组织块中。PLC控制程序包括两大类，一类是系统程序，另一类是用户程序。系统程序本身含有系统函数，用户直接对其进行调用，用户程序需按照每个用户提出的控制要求进行编写，它包括主程序块，还包括功能块，此外还有中断组织块以及数据块等。当STEP7软件编写好用户程序以后，需在PLC主机中完成下载工作。系统监控软件采用的是WINCC软件，通过对该西门子中的组态软件加以设计，可实现对生产工艺进行有效调整，同时还可使控制设备保持正常的运行状态。

STEP7软件能够对应用方案进行自动创建，数据可通过项目形式实现管理，如硬件组态数据、模块参数、通信组态数据、模块程序等。图3是该方案的详细创建流程。

STEP7软件研究如何对用户程序进行编写，同时还阐述了硬件组态以及网络组态的相关内容，通过对结构化程序进行设计，实现对现场工艺设备进行有效控制。

2.3 系统实现及应用

巴润分公司对控制系统进行工程设计时，通过引进其他控制系统的相关设计理念，同时借鉴了与控制系统相关的应用经验。结合控制设备的具体配置以及控制系统的方案设计和流程选择，考虑到设备选型以及重要的设计环节，要求提出的设计方案必须具备正确的结构，方案必须合理先进，其性价比以及实用性需比其他控制系统更高。

控制系统完成上位机以及下位机的组态，且完成编程和控制电缆以及电气电缆的连接，同时对其进行多次测试且完成了PLC的供电、输出以及输入等信号线的检查，接下来需对系统进行调试。系统调试有两个不同阶段：模拟、现场调试。

当在线调试进行到一定阶段，皮带分级系统的运行效果以及控制功能将符合设计要求，皮带运行过程中出现故障时，可及时反馈报警，必要时自动停止皮带运转，本系统的运行状况相对比较稳定，其维护难度相对较小且操作人员也更轻松，因此本系统的应用效果比较好。

3 结论

选矿工艺流程内，皮带控制系统可以说是非常重要的环节。以巴润分公司300万t/a选矿工程为例，探讨了皮带分级控制系统主要的设计过程，在对其他皮带分级控制系统所取得经验进行整理和总结的前提下，全面优化控制设备及其选型过程，对控制设备进行科学配置，设计好控制回路以及皮带分级控制系统内部的功能、结构，实现皮带机无人值守的智能控制系统。

【参考文献】

[1]姬长生.露天采矿方法[M].徐州：中国矿业大学出版社，2014.

[2]Stiglitz， J.E.，Toward a General Theory of V and Price Rigidities and Economic Fluctuations，theAmerican Economic Review.1999，89（2）：77-80.

[3]楊琳琳，唐秀英，宁旺云.选矿自动化发展现状及趋势[J].现代矿业，2012（4）：116-118.

[4]柴义晓，许维丹.选矿自动化技术探讨[J].工况自动化，2011（10）：74-77.

[5]韩龙.选矿过程控制的发展现状和前景展望[J].有色金属，2000，52（4）：123-125.

[6]王丰雨，张覃，黄宋魏，等.我国选矿自动化评述[J].国外金属矿选矿，2006，43（8）：18-22.

[责任编辑：田吉捷]