歪头山铁矿马耳岭选矿PLC控制系统设计

歪头山铁矿马耳岭选矿PLC控制系统设计

赵永光

赵永光

本钢信息自动化公司自动化事业部辽宁本溪117021

摘要：本文主要介绍了西门子S7-400系列PLC在本钢歪头山铁矿马耳岭选矿控制系统中的应用，利用工业以太网与Profibus-DP网络实现基础级设备与过程级的数据交换，经上位机可视化人机操作界面对现场设备进行监控。

关键词：硬件配置、软件设计

1、引言

本钢歪头山铁矿马耳岭选矿厂位于沈阳、本溪、辽阳三市交界处，投产后可实现就地开采就地磨选，其年处理原矿500万吨、铁精矿265万吨的能力，将进一步提高本钢对当地矿产资源的利用效率，有效整合周边地区的铁矿资源，彻底改变矿石外运处理的现状，极大地降低企业生产运输成本，有利于促进矿山系统科学合理组织生产，提升原料质量，更好地满足后部生产的需要。

2、生产工艺

我国铁矿磨矿工艺，大多数采用两段磨矿流程，由于采用细筛再磨再选新工艺，歪头山铁矿马耳岭选矿车间采用五段磨矿工艺。车间有6台自磨机和6台球磨机组成的6个磨选系统及5个再磨再选系统，全工艺流程为粗破碎-半自磨、球磨阶段磨矿-弱磁选-细筛-磁选柱-中矿再磨、弱磁选工艺流程。开采的矿石先由鄂式破碎机进行初步破碎，破碎至合理细度后经由皮带机、振动给料机、集矿皮带、给矿皮带送入自磨机、一段球磨机，对矿石进行粉碎、研磨。经过一段球磨机研磨的矿石细料进入下一道工序：分级。为了提高工作效率，马耳岭选矿厂采用水力旋流器取代二次螺旋分级机。粗矿粉与水的混合物靠压力由构筑物上部沿切线进入，在离心力的作用下粗重矿粉被抛向器壁并旋转向下排出。较小的颗粒物质旋转到一定程度后随二次上旋涡流排出。从旋流器出来的矿粉经过脱水槽进入磁选机进行磁选。细料依次经过一段磁选机、一段细筛、一筛泵、二段细筛、二筛泵、精选泵、磁选柱进入分矿箱，再经过三段磁选机进入二段球磨机磨选。经二段球磨机、二段细筛、二筛泵、五段磁选机脱泥、脱水处理后流入过滤精矿给矿池，再由精矿泵打到过滤间，经磁选机、过滤机选别、脱水后，由皮带机将精矿粉运至精矿仓。各选别抛尾，最后汇总，自流至尾矿浓密机进行浓缩。

经尾矿浓缩后的尾矿浓度达45%，送至尾矿主砂泵站，经3组6台（2台串联、1用2备、变频调速）200ZJ-II-A73渣浆泵，通过两条D377x10锰钢管路扬送至小西沟尾矿库。

3、系统配置

根据上述生产工艺要求，选择西门子公司的S7系列PLC作为主控制系统，并采用研祥工控机、现场仪表组成多级的、开放的、模块化的、实时多任务的集散型的数据采集和监控系统。PLC控制系统分为两部分：磨选系统和尾矿系统。磨选系统与尾矿系统利用光电转换模块和光纤构成环形网络实现通讯。光纤通讯的优点是信号衰减少，传输距离远、速率高、能力强，抗干扰，容量大，其传输距离能达到10-100公里，完全满足现场设备分散、通讯距离远、电磁干扰大的要求。

磨选系统采用西门子公司的S7-400系列PLC作为主站，通过Profibus-DP网络实现与1#车间变电所从站、2#车间变电所从站、3#车间变电所从站、过滤间从站、精矿库从站的通讯，并通过通讯模块CP443-5实现S7-400主站与变频控制设备间的数据传输。变频器采用施奈德ATV71产品，采用Profibus-DP网络实现通讯。

尾矿系统采用西门子公司的S7-300系列PLC作为主站，并通过Profibus-DP网络实现与ET200M从站间通讯。

PLC系统与上位机WINCC画面之间采用工业以太网通讯。为保证系统运行可靠，防止由于上位机电脑出现故障而影响生产操作，故主控制室配置了四台上位机，一台为工程师站、三台为操作员站；粗破碎操作室配置一台上位机，为操作员站。这样可以保证控制程序的唯一性。

4、WINCC监控画面

上位机提供友好的人机交换画面。人机界面以简洁、清晰的风格组态各个操作画面，画面上准确明了的以图形方式表示出当前生产线的设备工况及模拟量信息，并以不同颜色、图形和文字进行表示。画面中现场设备呈现红色代表设备运行，灰色代表设备停止，红黄色交替闪烁代表设备出现故障，泵池液面显示以绿色代表。主厂房工艺流程画面中六个一段球磨机出口水量调节阀的阀位均可以从画面中调节阀示意的角度来得知，在阀旁边给出了三位有效数字的百分数开度，并用调节阀的颜色显示阀位开度，如绿色代表关阀，红色代表开阀，进而形象、准确地反映了现场阀门的实际开度，使操作人员感到熟悉亲切。画面上旋流器给矿池、一筛泵池、精选机给矿池、精矿泵给矿池、事故泵池的液位均有棒图和数字显示，液面随液位变化上升和下降，进而直观的反映出液位的变化。

系统监控画面多达10多屏，包括：方便工人操作的监控画面；形象直观的模拟画面；易于统计抄表的参数画面；便于追查事故原因的历史趋势画面；显示设备故障的报警画面；提供技术分析信息的实时曲线画面等等。上位机监控画面之主厂房工艺流程图画面如下：

图1主厂房工艺流程图

5、实现功能

（1）数据采集模块FC105采集各个模拟量数据，例如：压力、流量、电流、液位等，在上位机画面上显示，有些参与连锁控制、参与报警输出。

（2）采集磁选机、自磨机、球磨机、一筛泵、二筛泵、细筛电机、精选泵、精矿泵、事故泵、皮带机、渣浆泵等设备的运行、故障、集中/就地信号及一些开阀/关阀、自动变频选择等开关量信号，并依据生产工艺通过一些连锁程序控制，输出上述设备的启动/停止、开阀/关阀命令。

（3）利用PID调节实现一段球磨机出口水量调节阀控制。在自动方式下，根据旋流器给矿池液位值与出口水量设定值进行比较，运用FB41模块实现PID调节，控制调节阀的自动开关阀位，保证给矿池液位保持在设定值附近；在手动方式下，只要输入调节阀的手动开关阀位，按“enter”键，调节阀就按照此阀位值动作。

（4）为方便操作人员记录G-4#皮带机每小时累积量，程序中调用系统功能块SFC1读取系统时钟，生成各小时时刻的脉冲，再经过一系列运算，算出每小时的累积量。

（5）粗破碎站设计三条运输皮带、板式给料机、鄂式破碎机，三条皮带机经过相应时间间隔，按照一定顺序逐个启动，相互联锁。停止同理。

（6）磨选系统有6个旋流器，旋流器自动化控制系统对旋流器的给矿压力、泵池液位进行检测，通过控制泵池补水和变频调速给矿泵，实现旋流器给矿压力和泵池液位的优化控制。

（7）故障报警模块与处理模块是比较重要的一部分，它判断系统是否正常工作，判断一些开关量与模拟量信号是否在系统允许范围内，并在出现故障时发出声音报警，同时在报警条目中实时显示。

6、结束语

采用S7系列PLC控制器和WINCC过程监控组态软件，实现了生产设备操作的自动控制、联锁保护、数据集中显示和处理等较为全面的功能，从实际运行的效果看，该系统设计合理，稳定可靠，显著提高了生产效率。实践证明，西门子S7系列PLC在本钢歪头山马耳岭选矿厂控制系统的应用是成功的。

[1]西门子S7-300通信基础2013。

[2]西门子S7-300可编程控制器产品样本2013。

作者简介赵永光，女，1978年8月出生，2003年7月毕业于辽宁工学院，测控技术与仪器专业，工程师。目前在本钢信息自动化公司自动化部从事PLC方面的工作。