集中控制系统在高浓度充填站上的应用

李召国，谢荣峰

（福建省政和县源鑫矿区有限公司，福建 南平 353600）

近年来，随着充填工艺技术的迅速发展，充填采矿法已经成为一种高效、低损失低贫化、有利于环境保护的采矿方法，该采矿法已越来越广泛地被应用。目前国内充填矿山可用于充填骨料的有全尾砂、分级尾砂、河砂、棒磨砂和废石等。结合矿山实际情况，福建省政和县源鑫矿业源鑫公司充填骨料选择选厂产出的全尾砂。本充填系统使用的材料是全尾砂、水泥和水三种物料在地面加工成的无临界流速、不需脱水的高浓度浆体。

集中控制系统作为中控系统和现场设备之间联系的重要纽带，能有效的将深锥膏体浓密机、混凝土搅拌机、充填工业泵及水泥输送计量装置等充填站设备集中控制，并通过流量计、浓度计等仪表将各测量数据传输至集中控制系统，集中控制系统根据各运行设备的信息，并进行监控，将调整数据传输给各运行设备，从而保证充填系统的浓度比、充填量、充填质量[1]。

1 高浓度充填站工艺流程

选厂产出的全尾砂通过渣浆泵输送至充填站内的深锥膏体浓密机中，通过添加絮凝剂进行絮凝沉降，溢流水直接返回选厂使用，深锥浓密机底流浓度达到58%±2（全尾砂）后，经底流循环输送系统输送至混凝土搅拌机，与来自水泥仓的水泥进行强力搅拌，形成合乎质量的高浓度充填料浆，通过充填工业泵经管道输送至待充采空区。

2 高浓度充填站主要设备及设施简介

2.1 深锥膏体浓密机

深锥膏体浓密机是全尾砂低浓度浆体向高浓度浆体转变的关键设备，是全尾砂充填系统的核心设备之一。深锥膏体浓密机可实现连续24h 满负荷工作，解决了传统的二段式浓密或一段式浓密底流浓度低的弊端，提高了底流浓度，同时通过增设底流循环系统，可使料浆在浓密机内部循环，避免压耙等现象的发生。其工作原理是膏体浓密机在工作时，先对入料矿浆进行絮凝，然后注入较深位置处的流态化泥层表面的下方。泥层表面形成一个清晰的固液界面，液体则位于该界面上方。

2.2 充填工业泵

充填工业泵是全尾砂高浓度输送工艺不可缺少的关键设备，是泵送充填系统的核心。充填工业泵由两大部分组成，即双缸活塞泵和液压站。双缸活塞泵由料斗、液压缸及活塞、输送缸、换向阀、冷却槽以及搅拌器等组成。液压站主要由电动机、多组液压泵及液压管路系统(与缸体各动作部件用高压油管相连)液压油箱及冷却系统、动力及电控操作系统等。

2.3 混凝土搅拌机

待搅拌的介质为深锥膏体浓密机制备出的高浓度的全尾砂料浆，物料粒级较细，添加水泥以后粘稠度增大，提高了搅拌均匀的难度。混凝土搅拌机，在充填过程中起到搅拌、缓存作用。

2.4 水泥输送计量装置

水泥输送计量装置是集粉体物料给料输送、称重计量和定量给料控制为一体，机电一体化的产品，主要由卸料闸门、稳流给料装置、螺旋输送装置、计量装置、电控系统等部分组成，能适用于各种工业生产环境的粉体物料连续计量和配料控制系统，尤其可杜绝结拱及冲料现象的发生。

3 集中控制系统的整体结构

控制系统采用上位机组态+PLC 的集中控制方式，采用以太网通讯，该控制方式具有先进、可靠、集中管理、分散控制、稳定等诸多优点，是目前工控行业一种比较流行的控制方式理念，上位机采用组态画面集中显示和控制，使操作人员的操控更加简单、直观，强大的历史记忆功能及智能化的数据处理功能大大的解放了操作者的工作量。PLC 主机+各功能模块实时的完成设备的过程控制及信号的采集，整个系统可以完成实时的监控、报表打印，历史数据查询、实时数据查询，报警等功能。

3.1 电源及功率

电源：AC380V，50HZ。

主要控制系统各部分功率：深锥膏体浓密机系统：45KW搅拌系统：135KW 充填工业泵系统：220KW 水泥输送系统：22.5KW

3.2 上位机

硬件：2 台研华610H 工控机，2 台三星液晶显示器，互为备用。软件：KingView 6.53，WinXP Professional。

3.3 下位机

硬件：西门子CPU 315+数字量和模拟量扩展模块。

PLC 模块结构，CPU 采用西门子S7-300 系列CPU 315-2 DP，S7-300 系列充分支持工业和基础设备自动化控制系统的“透明就绪”架构，有最佳的扩展，功能强劲，结构紧凑，实现了数字量与模拟量的I/O 处理，具备信号采集、回路调节、逻辑连锁、顺序控制等功能，性能先进，安全可靠；开放性好，结构完善。该控制系统为全分布、全开放系统，既便于功能和硬件的扩充，又能充分保护应用资源和投资，分布软件模块化、结构化设计，使系统能适应功能的增加和规模的扩充，并能自诊断；特别是采用以太网通讯的方式，只要网络搭建好，可以在总控室直接操作其他从站设备，调试非常方便。

DI、DO 模块采用插拔式结构（支持热插拔），体积小，集成度高，安装、扩展方便。接线采用插头的方式，无论在设计、生产、安装调试还是在今后的设备维护中都非常方便。

AI、AO 模拟量采集模块采用插拔式结构，体积小，集成度高，安装、扩展方便。在程序设计中，只需进行简单设置，就可以直接测量出现场设备模拟量的数值，而且此模块本身可以设置一次滤波和二次滤波，减少干扰信号的影响，增加模块采集数据的精度和准确性。

4 操作说明

设备的操作主要在上位机组态画面完成，包括各设备的启/停操作，设备状态的监控，报警显示，电流曲线查询、配比的调用及存储，报表的存储及打印等。各设备均具有远程和就地两种操作模式。

4.1 就地模式

“就地”为设备检修或故障排除时脱离集控控制的一种模式。当设备选择“就地模式”时，总控室内上位机无法远程控制该设备。“就地模式”下设备的操作流程详见各设备控制说明。

4.2 远程模式

4.2.1 主监控画面

“远程”为设备正常运行时归于集控控制的一种模式。前提为各设备控制柜控制面板“就地/远程”开关选择为“远程”。“远程模式”通过上位机组态画面来实现总控室操作人员对充填站的远程控制及信号检测。“远程模式”下，上位机组态画面又可实现充填站手动与自动两种运行方式。

手动运行：通过上位机组态画面，点击各设备动作按钮、配比设定等下发指令，实现远程控制充填站设备，同时将各设备运行状态如实的反馈到组态画面中，方便操作人员监测。

上位机主画面中，包含搅拌系统及泵送系统两部分内容，主要用于各设备状态的运行监控，称重数值的显示及各个画面的切换功能。

4.2.2 用户登录

点击“用户登录”前图标，进入用户登录画面，选择用户名，并输入密码，正式进入运行监控画面。

注意：为了保证不出现误操作，3 种物料的配比设定值只有用户登陆了以后才有权限修改。

4.2.3 运行监控弹出画面说明

点击主画面上的设备图标，可弹出对应的更详细的设备操作界面。

4.2.4 界面说明

（1）模拟量的实时显示：画面中的模拟量包括物料参数设定值、充填泵压力反馈和排量调节值、搅拌时间设定值和剩余值，都是以数字的形式直观显示在界面上。

（2）设备的状态显示：画面中的设备都为参控设备，此类设备有设备图形和弹出窗口二种状态显示方式。

①电动阀门的设备图形显示及操作：当电动阀门关到位的时候，开到位的方形显示红色；当电动阀门开到位的时候，关到位的方形显示绿色；当电动阀门即没有开到位也没有关到位的时候，开到位、关到位的方形均没有指示。

打开按钮、关闭按钮分别控制电动阀门的开和关。②充填泵的显示及操作：点击 “充填泵A”“充填泵B”灰色字体，可弹出充填泵控制界面，可对充填泵进行操作和检测，点击主画面右侧充填泵手动操作按钮也可以对充填泵进行操作和检测。启动时，先根据需要设定好排量设定值，然后依次点击“电机A 启动”、“电机B 启动”“搅拌启动”等按钮，到“泵送允许”指示灯亮起，再按“正泵启动”可开始泵送。停机时，先按“停止泵送”按钮，再依次按“搅拌停止”、“电机B 停止”、“电机A 停止”等按钮，可停止充填泵。③其他电机设备的操作：其他电机设备的操作类似于电动阀门。

（3）设备操作：设备操作可分为手动模式和自动模式。

①手动操作模式：在主画面右上角，单击“手动选择”按钮，带按钮变为绿色的“手动中”，即为手动模式，此时，可以根据需要，手动启停各个设备，启动方式参照③。一般每次开机后，首先在手动模式下，确认各个设备目前状态。②自动操作模式：在主画面右上角，单击“自动选择”按钮，带按钮变为绿色的“自动中”，即为自动模式。

4.2.5 统计报表、打印

点击顶部中间的“历史数据”前的图标，可进入报表画面。

每次完成批次设定值充填后，点击顶部中间的“历史数据“进入报表画面，单击“保存”按钮，该批次所使用的配比和各物料总量能够生成一个Excel 保存在E:实时报表中。

如果系统连有打印机，可现场打印出报表。

4.2.6 实时报警画面显示

点击顶部中间的“历史报警”前的图标，可进入实时报警画面。

报警显示画面主要显示的为当前几天的实时报警，每一行的是记录一些设备的操作或重要的故障报警信息的，比如某个设备的集控位什么时间到达什么时候离开，某个池子超高位什么时候到达什么时候离开。

5 应用效果

集中控制系统在高浓度充填站应用后，该系统运行合理、稳定，充填各工艺流程实现了自动化，能及时合理地控制过程参数的变化。现场操作人员工作重心由手动开关阀门、调节液位，控制流量、浓度转变为维护保养设备、巡查设施、处理设备故障。解决了人工调节不及时、运行不稳定、常常出现的“断流”、“浓度高不下砂”、“堵管”等现象，减轻个人的劳动强度，降低生产成本，提高了充填体强度，确保了充填质量。