铁矿石选矿过程中应用DCS系统的实践研究

铁矿石选矿过程中应用DCS系统的实践研究

周治宇

（成都利君实业股份有限公司四川省成都市610045）

摘要：通过对北京建龙重工集团有限公司位于河北滦平的新建铁矿石选矿控制系统进行综合论述，阐述DCS系统在铁矿石选矿过程的工作原理。

关键词：铁矿石选矿；DCS系统；S7-300；WINCC

0前言

北京建龙重工集团有限公司在河北滦平铁矿石选矿项目，引进成都利君公司的年产80万吨铁精粉的新型铁矿石高效粉磨干选系统。该系统采用辊磨机粉磨和干法选矿工艺，适合缺水地区的低品位铁矿石资源开采。系统电耗8.84KWh/T，铁精粉（干选产品）品位30%。DCS系统采用西门子公司的S7-300+WINCC控制系统。控制系统按工艺流程分为：破碎、高压辊磨、干式分级、沸腾磁选和干式精磁选5个子系统。

1系统配置及主要功能

根据生产要求和子系统的控制需求，系统配置如图1所示。

图1

从图1看出，整个系统分为系统管理层和现场控制层。

1.1系统管理层

系统管理层由操作站、工程师站、服务器和交换机组成。通讯网络采用Profinet工业以太网，系统管理层和现场控制层之间采用光纤环网的冗余通讯，保证了系统的稳定性和可靠性。

Profinet是由西门子公司和Profibus用户协会开发，把Profibus的主从结构移植到以太网上，并提高了以太网通讯等时性的精度。

操作站、工程师站和服务器是上位机系统，采用西门子WINCCV7.2组态软件。中控操作员通过操作站显示的信息实施对工业过程的监视和操作，以保证生产过程的安全经济性。工程师站是专门为自动化工程师准备的，用于系统的设计、调试和监视的平台。服务器采集现场控制层的数据，并将操作站的指令发送至现场控制层，同时对历史数据进行归档。

1.2现场控制层

现场控制层采用了两台西门子319-3PN/DPCPU，通过西门子Profinet网络和系统管理层进行数据交互，其与现场站之间通过ProfibusDP总线进行通讯。由于各现场站之间已经超出串口通讯允许的距离，所以采用6GK1503-2CB00光纤收发器对ProfibusDP总线进行光电转换，使用光纤来保证通讯的远距离传输和可靠性。对于CPU的型号、数量和分别连接哪些远程IO站，在设计初应进行充分的论证，以保证CPU的运算和通讯能力满足要求，并尽量保证每个CPU的运算负荷相近。

远程IO站是自动控制系统的最底层，直接连接MCC柜、高压变频柜、高压开关柜和现场的仪表等。每个远程站由多个机架组成，机架之间采用IM153-2模块进行相互连接，通讯协议是ProfibusDP。每个站的模拟量和数字量IO点数由工艺流程中的电机和仪表数量来决定，并至少保证20%的富余量。

2系统的控制策略

河北建龙的生产线包括：破碎、高压辊磨、干式分级、沸腾磁选和干式精磁选5个工段。在系统配置时，按工段划分为初中破碎及输送、高压辊磨及输送、干式分级及输送、沸腾磁选及输送和干式精磁选控制站。

系统采用集中优先的控制方式，有单机控制、组控制和回路控制。

2.1单机控制

单机控制时设备只有安全连锁没有工艺连锁，一般用于设备调试和维修时使用。

针对矿山项目使用设备的实际情况，开发了单向电机、双向电机、电动执行器、开关量状态显示、数值显示和数值给定等功能块。

典型设备的安全连锁有：皮带机的拉绳、跑偏、速度和撕裂连锁；提升机的速度、料位和辅传位置连锁；风机的振动、轴承温度连锁等。所有电机超过30KW时应测量电流，并将电流高值加入连锁。

2.2组控制

在正常的生产过程中，为了操作简单方便、减少误操作和加快启停机时间，将生产设备分为若干组。组的划分，以生产顺序上有连续关系和连锁关系的设备分为一组，尽可能以原料库、缓冲仓或堆场作为节点。

开发了组控制功能块，该功能块按照设定的顺序和间隔时间完成组设备启停。启停顺序由工艺流程来决定，间隔时间由电机启动时间和物料传输时间来决定。每个设备应有完善的安全连锁，设备之间、组与组之间应有工艺连锁。同时组功能块还能完成急停和复位等操作。

编程时采用西门子STEP7软件的CFC和LAD编程语言，可以方便的实现以上单机控制和组控制等功能的编程。这种编程方式显得更加简单、稳定和可靠。

2.3回路控制

在整个铁矿石破碎和选矿工艺过程中，保持系统物料输送的稳定是优质高产的前提和关键。通过对仓位、称重量和电流等对输送设备的转速进行闭环控制，PID回路控制能平稳、迅速和准确地自动调节现场的相关设备。使得对工艺流程相关设备的负荷和仓位稳定在一定范围内，既提高了系统的稳定性，又提高了响应速度，满足了工艺需要。在整条生产线中设计了PID控制回路约35个，大大减轻了操作人员的工作强度。由于STEP7软件已将常规控制子程序放入库内，将子程序调入程序后，只需计算和调试相应的PID参数即可。

3系统稳定性的优化

我们在调试过程中，发现影响系统稳定运行的因素很多。所以系统设计时就应尽量避免和减少干扰对系统的影响；同时在日常生产中，也应经常巡检，做到故障及时发现和处理，这样才能保证整个系统稳定、高效运行。

远程IO柜的控制及信号电缆在电缆沟和桥架敷设时应与动力电缆分层敷设，并远离大功率和有高次谐波干扰的用电设备及其配电柜。模拟量输入信号通过隔离模块进行隔离，从而减轻干扰和防止过电压对AI通道的冲击。

UPS电源应严格按规范维护，定期进行电池的自动测试。

计算机系统应良好接地，每一个配电室均应统一接地从而获得一个等电位点，总接地线截面不小于10mm2。

电气系统调试前和运行一段时间后，由于运输振动和热胀冷缩对接线端子的影响，应对整个电气系统的接线进行重新紧固。

由于矿山生产的特殊性，配电室四周要严格密封，避免直接震动和冲击、阳光直射、油雾和雨淋。柜内要定期吹扫、保持清洁，以免造成元器件和接线端子短路和接触不良。

4结束语

西门子DCS系统在河北滦平铁矿项目的运用，实现了生产控制管理中实时性、准确性和完整性的要求。其硬件和软件优越的性能，完全符合复杂生产工艺的要求，达到生产系统优质高产低耗能低污染的目标。该系统的成功投运使得我公司铁矿干法选矿工艺发展到了一个新的阶段，对于我国低品位缺水的铁矿石资源开采闯出一条新路。

参考文献

[1]梅晶，夏俊勇，熊家宏，李智.PLC控制系统在铁矿石运输线的应用[J].《矿山机械》,2009(9):73-75.

[2]曾凡胜.龙桥铁矿破碎自动控制系统的改造[J].《中国矿山工程》,2009,38(6):21-24.

作者简介

周治宇（1982-），男，汉族，籍贯：四川省南充市，学历：本科，职称：电气工程师，研究方向：电气及自动化在机械工程上的应用。