PLC技术在磨矿过程中的应用

王前进 蔡佳浩

（盐城工学院电气工程学院 江苏·盐城 224051）

我国的矿产资源非常丰富，但目前正在开发的大多数矿山都存在一些问题，其矿石质量都比较低，且其中的有用成分含量不高，并含有大量的杂质，这都需要通过选矿工序对其进行处理。同时，磨矿作业也会直接影响产品质量以及后续生产工艺作业指标、综合经济技术指标、效益指标等。因此，必须通过优化磨矿分级自动控制系统来快速提高选矿厂的生产效率和经济效益，并降低人工成本，提高产品质量。

考虑到上述需要，本文基于PLC控制技术，采用结构设计方法，提出一种基于PLC的磨矿控制系统设计方法。首先，通过分析整个磨矿流程得到对磨矿产品质量具有极大影响的几个工序；然后，借助于PLC技术，采用结构设计方法，来对上述工序进行独立、可靠性控制；最后，将所设计系统应用于磨矿流程。

1 磨矿控制系统整体方案设计

磨矿系统的具体工艺流程如下：矿石储存在矿仓内，启动磨矿系统后，矿石从矿仓中排出，然后经过皮带由进料口输入进球磨机，并导入一定量的水。当球磨机开始工作时，球磨机的筒体绕着它本身的水平轴线旋转，由于旋转的离心力的作用，管内制式钢球会粘附在管壁的内壁上面。当其运动到一定的位置时会被甩落并撞击矿物将其击碎达到粗磨的效果，然后进入球磨机的第二仓对物料进行细磨，直到达到合格的粒度，再从出料端排出，由球磨机送入泵池，通过给水形成矿浆进入水力旋流器。由于不同粒度的矿浆的悬浮液在水中沉降的速率不同，所以可以将矿浆分成不同层次在旋流器内部分级，使得粒度达到工艺要求的矿浆进入下一道工序，则将粒度大小不合格的部分矿浆进行返砂的流程，进入球磨机再次进行粉磨作业。启动磨矿系统的同时要在泵池和球磨机内注入水来保证磨矿的效果。

磨矿分级自动控制系统设计主要包括两部分。一部分是上位机中运行的监控组态，另一部分是PLC控制程序。其中，上位机采用触摸屏来监测磨矿的运行状态，PLC采用西门子S7-1200系列PLC来实现磨矿分级过程的自动控制。控制程序使用结构化的编程方式，将各个控制任务划分成不同的子程序编写在不同的功能模块中。

2 磨矿控制系统硬件设计

2.1 控制器的选择

磨矿控制系统要求可以在现场进行控制和模拟，因此需要控制器有较高的可靠性和灵活性。目前，西门子公司所生产的PLC是市场上最成熟的，也是使用最为广泛的控制器。

为了高效方便地对系统进行监控和控制，就需要连接其它设备来达成任务要求，这时候就需要对PLC进行选型，常用的两种是S7-200系列PLC和S7-1200系列PLC，S7-200PLC不能满足磨矿控制系统所需要的输入输出点数；而S7-1200PLC具有模块化的结构，设计灵活而且功能强大，适合各种操作情况。此外，S7-1200PLC的工作点数等各方面都符合磨矿控制系统的要求，因此本文选用S7-1200系列PLC。其输入端和输出端点如图1所示。

图1：S7-1200PLC输入输出连接图

2.2 I/O分配

在设计磨矿分级控制系统功能时，需要确定PLC输入和输出的个数。考虑到控制系统的实际应用环境，选择自动启动、自动停止、手动开启螺旋分级和关闭螺旋分级等14个开关信号作为输入信号，利用10个输出点作为控制系统的控制指令。

2.3 磨矿控制系统的主电路设计

为了不出现堵料的情况，需要做到逆向启动，顺向停止。从执行最后一步的螺旋分级机启动，然后依次向前避免出现堵料的情况。系统停止则需要从前往后停止，首先需要停止给矿，然后停止皮带传送，再停止球磨机和泵池运转，最后停止螺旋分级器运转，这样同样是为了防止堵料，减少系统发生故障的可能。主电路包含螺旋分级器，给料泵，紧接着是球磨机和皮带，最后是矿仓。本文设计的磨矿控制系统主电路设计如图2所示。

图2：主电路的设计

其中，控制螺旋分级器和给料泵的电机转动的是交流接触器KM1和KM2，KM4和KM5分别控制皮带转动和矿仓振动出矿。KM3可以启动球磨机，球磨机转速可以通过上位机进行控制。

3 控制系统软件设计

3.1 程序设计

PLC程序设计主要是针对磨矿分级的过程。在项目视图下程序块添加新程序块即可进行编程，图3是设计的部分主程序，包括螺旋分级机，给料泵以及球磨机的启动程序。

图3：部分主程序

3.2 设备组态

打开博途V14软件，创建项目，并命名为“项目1”。另外，加入CM1243-5CPU模块和8位通道模拟量输入模块，如图4所示。其中，将PLC的IP地址设置为192.168.0.2，并将其子网掩码默认为255.255.255.0。另外，通过交换机将触摸屏与PLC进行连接通信，只需将他们设置在同一个局域网即可。

图4：PLC硬件组态

3.3 组态界面

双击项目树中的运行系统设置，进入系统设置界面，设置起始画面、画面模板、颜色深度等，双击添加新画面，给新画面命名，设置画面背景色和网格颜色等。使用右侧工具箱对组态图像对象进行编辑，并进行编译，组态界面如图5所示。选择自动启动并设置启停时间为3000ms，并设置球磨机速度和给水量，系统开始逆向启动，先启动螺旋分级机，然后启动泵池电机，再启动球磨机，最后打开矿仓并启动矿仓内的电机，每个部分较先前启动的机器延迟三秒启动，避免堵料。

图5：组态运行界面

3.4 磨矿控制系统的报警变量设计

当分级机或球磨机等设备等出现故障无法运转，各个部件出现堵料或者给水出现故障情况时，故障灯会自动亮起报警，并留下报警记录方便查看。报警变量设置如图6所示。

图6：报警变量设置

4 结论

考虑到选矿产业的自动化程度对提升效率与安全的重要性，本文集成PLC控制技术与结构设计方法，提出了一种经济、可靠的磨矿控制系统。所提控制系统结构简单、快速灵活、易于工业实现。另外，所提结构设计方法使得过程独立、可并行控制，具有较高的灵活性。因此，本文所建控制系统可应用于整个磨矿流程。