浅谈PLC 在胶结充填系统中的应用

刘能强

（广西华锡集团股份有限公司铜坑矿，广西 河池 547205）

PLC 作为一种支持编程操作的存储器，其在工业生产领域的应用，提升了管理效能，确保机械设备的操作精度，随着技术手段的日益成熟，PLC 被广泛应用于多个领域。PLC在金属矿山胶结填充系统中的应用，作为一种新的尝试，极大地降低了矿山回采损失以及矿石贫化，对于延长矿山服务年限、扩大产能有着诸多裨益。基于这种实际，出于增强PLC 在胶结填充系统应用性能的考量，文章着眼于实际，在对矿山胶结填充进行全面梳理的基础上，完成了对PLC 框架下交接填充系统的设计以及各项技术方案的探讨。

1 胶结填充概述

对胶结填充系统原理以及重要性的梳理，有助于技术人员以及矿山企业及时转变思路，进一步明确胶结填充系统的特点以及运行流程、强化认知，为后续PLC 技术在系统有关环节的应用奠定了思想基础。

20 世纪50 年代，加拿大率先提出胶结填充的概念，将浮选细颗粒尾砂作为填充物，对矿区进行回填，形成高强度的填充体，这种胶结填充体具有较好的支撑能力，其对于矿山开采区域有着较强的约束能力，能有效防范片落或者冒落情况的发生，增强矿山结构稳定性，在确保采矿工作有序开展的同时，防范各类安全事故的发生。伴随着技术能力的不断提升以及实践经验的积累，胶结填充技术日益完善，逐步形成了系统化的技术应用模式。正是由于胶结填充系统的高效应用，才能够解决金属矿山开采带来的诸多问题，如胶结填充系统适用性较强，对于适应各种矿体开采工作的需求，从实际情况来看，其大大提升了矿柱回采率，最大限度地实现了贵重金属以及高品位矿山的回收。尽管胶结填充系统的应用给矿山开采工作带来了诸多益处，但是现有的胶结填充技术流程烦琐，操作难度大，成本较高，对于中小型矿山企业而言，难以承担技术成本，无形之中限制了胶结填充系统的应用范围。

为了持续发挥交接填充系统的技术优势，降低操作难度，管控使用成本，确保该项技术的实用性，技术人员有必要在现有的技术条件下，积极进行技术革新，探讨胶结填充系统的智能化与自动化。

2 PLC 框架下胶结填充系统基本情况

（1）自动化控制系统。为了保证充填质量，提高生产效率，降低劳动强度，减少事故发生概率，更好地满足生产需要，必须进行检测-反馈-调整、监视、记录电气化自动控制系统的构建。实现对流量、配比的自动显示和自动调整，对整个充填过程的监视和自动记录，确保自动控制系统故障时无扰切换，保证生产。

（2）控制系统结构。充填站控制系统采用S7-300 系列PLC 和工业控制机作为控制核心，操作人员可以在控制室集中控制整个流程，系统具有自动和就地两种控制方式，可实现无切换，以保证系统工作的可靠性和平稳性。目前使用的传感器主要包括放砂电磁流量计、放砂浓度计、放砂电动调节阀、调浓水电磁流量计、调浓水电动调节阀、水泥仓导波雷达料位计、螺旋电子秤等传感器；在控制室工控机上实现放砂流量显示、放砂浓度显示、水泥仓料位显示、水泥给料量显示、放砂流量调节阀调节及开度显示、调浓水电动阀调节及开度显示、双管螺旋给料机变频调速器频率调节及频率显示、高速搅拌机变频调速器频率调节及频率显示。

（3）控制系统功能。在充填站控制室设置工业控制计算机对上述参数进行数据采集、存储、集中显示，并编制控制程序进行各参数的自动调节。在控制室通过PLC 和工业控制机显示并记录来自各控制单元的过程数据，将分散的过程信息集中起来，实现信息处理和操作集中化，完成系统控制功能和操作画面组态，在生产中进行各种参数观察控制，生产过程工艺流程显示，动态参数曲线显示，报警及报表打印，完成各种工艺过程的高级控制，优化算法，以利于生产管理及调度；控制尾砂、水、和水泥量按配比添加，保证充填料浆浓度及流量符合充填工艺要求。

PLC 框架下胶结填充系统框架以及功能发生了深刻变化，为了全面发挥PLC 技术的优势，增强胶结填充系统的运行效能，技术人员应做好系统规划与设计工作，为后续技术优化调整提供便利。PLC 在胶结填充系统中的应用，实现了填充工艺的智能化，工作人员可以通过PLC 发出相应的指令，完成对填充浆料浓度、灰砂比等的调控，在确保填充质量的同时，梳理了胶结填充的基本工艺流程。在实际的技术应用环节，技术人员以科学性原则、实用性原则为先导，对胶结填充系统原理、PLC 技术特性进行梳理的基础上，从多个层面进行系统框架搭建，确保各项活动能够切实满足实际的工作要求，不断地提升胶结填充效能。在整个系统组建环节，将PLC 作为控制核心，出现运行或者停止的指令，在相应的指令下，各个运行设备调整状态，达成填充目标。

在PLC 技术的支持下，胶结填充系统能够对灰砂比、充填流速、浓度等核心参数进行控制，并且能够根据矿山回填工作的实际要求，灵活调整各个参数，确保灰砂配比符合实际的使用要求。考虑到矿山胶结填充系统所处的环境较为复杂，PLC 在运行过程中容易受到粉尘、大功率电机等多种因素的干扰，造成信号传输不稳定等问题，在这种情况下，技术人员应当调整思路，在PLC 选型以及抗干扰方面作出优化，以确保PLC 的抗干扰能力，促进相关操作活动的顺利进行。

3 PLC 在胶结填充系统中应用的方式

PLC 框架下胶结填充系统的运行，可以从浓度控制、灰砂比控制、放砂流速控制等几个层面入手，扎实做好各个环节的技术应用工作，完成对技术参数的调整，形成完整的胶结填充流程。

（1）胶结填充浓度控制方法。胶结填充系统在运行过程中，为了确保填充效果，需要对充填料浆进行有效控制。为了降低充填成本，尽快地达到充填要求，充填料浆浓度越高，越能达到要求。从以往金属矿山胶结填充案例来看，浓度过高的浆液极易造成管道堵塞，造成填充不便，基于实际，目前将胶结填充充填料浆控制在65%～70%之间。由于浓度控制区间较小，控制难度较大，在传统的浓度控制方式，极易出现充填料浆过高或者过低的情况，影响实际的填充效果。PLC 则可以有效控制充填料浆控制精度，在控制环节，将充填料浆检测数值与给定数值进行对比，根据对比结果，采取必要的手段，进行应对。

（2）胶结充填系统灰砂比控制方案。充填体的质量，即充填体的抗压能力，取决于浆料中水泥含量，即灰砂比，灰砂比约高，充填体质量越好，灰砂比质量越低，充填体质量越差。在实际生产过程中，高灰砂比取得高质量充填体的同时，造成较高的充填成本，所以，为了降低生产成本且保证充填体能够达到质量要求，对灰砂比的精确控制非常关键。根据井下各采场实际情况，设计各阶段，各阶层充填浆料尾砂比，在确保充填体质量的同时，降低充填生产成本。充填生产过程中，在自动控制系统中根据实际情况给定灰砂比，使用工业流量计及浓度计对放砂情况进行检测，将检测数据传输到PLC 中，再由PLC 进行指令编程，根据实际的水泥量需求，对水泥给料速率进行有效控制。

（3）胶结填充系统放砂流速控制方法。为了加快充填工作的开展，确保井下开采工作安全进行，同时避免堵管及爆管等事故的发生。在充填过程中，需要对放砂流速进行有效控制，控制方法：根据井下实际情况给定流速初始值，再根据井下检测情况，由PLC 自动调节放砂流速，使之达到最优状态。

（4）灰料控制。为了满足灰砂配比要求，在灰料控制环节，将冲板流量计获取的数据，输入PLC 中，当检测数据过高时，PLC 将对控制器的频率进行降低处理，使得给料装置运行速度降低，灰料供应量减少。当灰料供应量不足时，则可以增加变频器频率的方式，增加给料机的转速，确保灰料的足量供应。

4 结语

PLC 在胶结填充系统中应用，凭借PLC 在逻辑分析以及信息存储方面的优势，不仅强化了胶结填充系统的安全性和灵敏度，确保填充质效。同时，还在很大程度上解决了矿山地压问题，排除井下作业安全隐患，提升了回采率，给矿山企业经济效益以及区域经济发展带来了极大的助力。