破碎作业自动化控制系统的智能升级改造

乔 娇

（山东黄金矿业（莱州）有限公司焦家金矿，山东 莱州 261441）

1 焦家金矿破碎自动控制系统架构

焦家金矿选矿车间破碎作业采用三段一闭路+洗矿工艺流程，小时处理能力为600吨左右。破碎作业所有设备都已纳入自动控制系统，该系统采用“3+2”工业测控网络架构，“3+2”指的是三层设备和两层网络。

三层设备包括：管理层设备、控制层设备、执行层设备。

管理层设备：采用CS结构搭建的计算机监控设备层，即控制中心[1]。控制层设备：采用PLC技术搭建的数据采集、运算、控制的控制层。破碎作业控制单元CPU为RX3i310一台，无备用设备。其洗筛远程I/O站NIU配置为一台IC695NKT001。执行层设备：仪表、执行机构、电气和复杂设备的自动化系统[2]。

两层网络包括：控制网与监控网。控制网：执行层与控制层之间通信网络，包括ROFIBUS-DP；PROFIBUSPA；MODBUS RTU等协议。监控网：控制层与管理层设备之间的通信网络，采用TCP/IP的工业以太网进行通信。

2 破碎自动控制系统存在的问题

勒索病毒等问题的爆发，这类病毒容易通过局域网进行传播，扩散到选矿车间工业网。工业网一旦遇到服务器死机等故障，将造成操作员站控制失灵而导致的皮带压矿、球磨机不能正常供料、停料等事故的发生。

破碎自动控制系统的核心就是CPU柜，破碎段自动控制系统现在只有一个CPU柜，只安装有一台RX3i310，既无热备也无冷备，一旦此CPU柜的模块、电源或者其他组件出现故障，将导致破碎段整个自动控制系统失灵。

执行层设备（仪表与设备）存在的问题：①粉矿仓布料小车激光测距定位系统腐蚀严重、定位失灵。②选矿车间破碎筛分流程缺少有效的筛网状态监测手段，一旦筛网出现破损，大块矿石直接进入磨矿流程，影响磨矿效率。

Profibus DP：因DC24V供电不稳、信号干扰等问题，ABB软启DP通讯经常出现设备失联等故障。因料仓进料时，粉尘大、湿度大，造成料位计的数据误判断。线路敷设对PA通讯存在一定的电磁干扰，造成料位计的通讯异常。

监控网（PLC与服务器之间的通讯）：

破碎PLC与服务器之间采用以太网通讯，网线为普通超五类双绞线，无屏蔽层，抗干扰性能差，通信速度慢。并且已敷设10年，部分网线出现弯折、破损，影响了信号传输的稳定性，今年来通讯问题频发。

3 自动化提升方案措施

管理层设备——进行选矿车间工业网优化改造。与选矿车间各工段沟通，利用分段停车时间，对选矿车间的服务器、交换机、光纤以及供电线路进行改造。将四台服务器有步骤、按顺序地撤离，并安装在工业网新柜内。对交换机进行提速扩容，将其升级为光缆交换机。对接入选矿工业网的所有网线进行制作更换，并进行有效防护。为避免各种网络病毒的侵袭，专门制定了信息安全防范方案，并联合北京矿业研究总院人员对选矿车间服务器、工程师站以及操作员站进行深度病毒查杀，以此彻底杜绝网络病毒的侵害。

控制层设备——增加CPU控制柜，进行CPU柜冗余（双机热备）设计，新增一套CPU柜，完成此CPU柜的设计、组态、安装(包括控制柜1台，I/O机架电源2个，I/O架16槽1个，CPE330两台，以太网模块，32DI，32DO，8AI，前连接器，Profibus-DP主通讯模块，空槽模块，24VDC电源，交换机EDS-405A，modbus主站以及其他柜内附件等)，完成此CPU柜的电气接线、程序迁移，系统调试。

执行层设备，在粉矿仓的布料小车上，安装基于无载波技术的UWB系统。该系统采用非接触式测量，系统不受粉尘影响，测量精度高、刷新速度快。建立筛分环节筛网异常侦测及块度联动报警系统。

控制网——进行改造，DP通讯分类敷设，PA通讯。对破碎段配电室的DP通讯进行重新梳理，按类别区分为三类：变频器类、软启动器类、马达保护器类。每一类驱动设备用一路DP通讯线缆进行连接，并将其连接到各自的DP主站。

在DP通讯线缆的进线出线侧都做好标签记录，以便日后维修。对PA保护线路进行优化升级。将原有PA线路的镀锌钢管保护全部更换，换成贴地敷设的，不易腐蚀的高压胶管。为了减少电磁干扰，对PA线路和DP线路进行全面改造，重新规划敷设路线，规定安全距离，进行隔离，单独敷设。

监控网——升级光缆及交换机：

（1）对监控网进行全面升级，将破碎PLC主站至服务器的交换机、洗筛远程I/O分站至破碎PLC主站的交换机升级为光缆交换机，将通讯线缆升级为光缆。

（2）破碎段AB PLC、GE PLC、RED LION、上位机之间使用的通讯线为超五类4对非屏蔽双绞线电缆，全部更换为超六类无氧铜双屏蔽电缆线。确保通讯网线有很好的抗干扰性，保持信号传输正常，降低线缆间的相互干扰，屏蔽外界的电磁信号。

（3）破碎段AB PLC、GE PLC、上位机等12台设备连接在同一网段，用1台TL-SL1218P千兆上联以太网PoE交换机，16个10/100 Base-T RJ45端口，将12台设备整合以便统一管理，避免破碎段因通讯中断、信号传输不稳影响正常生产。

4 效益和效果

项目对基础自动化技术进行完善，实现了自动化控制系统向智能化控制的升级，经运行验证，控制效果良好。

4.1 管理层

工业网自改造以来，在车间各工段作业流程都运用良好，服务器运行更加稳定，自动控制更加灵敏，此前因服务器故障而导致自动控制失灵的问题得到彻底解决。

4.2 控制层

项目改造完成后，有效减少了因plc自动控制柜硬件、软件故障导致的破碎停车事故，每年增加破碎开车时间约10个小时，有效提升磨机处理量。

4.3 设备层

采用基于UWB的无载波技术的定位系统，可实现布料小车的精准定位。技术人员在此基础上进行了软件设计，优化了布料小车的控制程序，实现了优先布料、自动布料、均匀布料、故障报警等功能，球磨机的处理能力因此得以进一步提高。

4.4 控制网

通过对各类电机驱动设备分类敷设DP通讯线路，对软启进行独立DC24V供电，提高了DP通讯线路的稳定性和可靠性，避免了因通讯故障而导致的设备故障停车事故，提高了设备运转率。

通过对选矿厂自动控制系统通讯的完善改造，基本避免了因通讯不稳造成了料仓溢矿、掩埋给料机等事故的产生，保障了设备开车时间，确保了破碎处理量。

4.5 监控网

将监控网的无屏蔽的超5类网线升级为光缆，监控网的交换机也更新为光缆交换机，工业网通信速率更快、稳定性更高，为选矿自动化的高效运行奠定了基础。