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1、精选优质文档-倾情为你奉上PLC自动控制系统在焦家金矿充填站的应用杨纪光 刘文忠 王海涛 杨立辉 刘成杰山东黄金集团（莱州）有限公司焦家金矿 山东省莱州市 邮编： 摘 要：为了提高胶结充填砂浆的质量和管理水平，减轻工人的劳动强度，降低生产成本，焦家金矿充填站施工完成PLC自动检测与控制系统。该系统包括系统硬件、软件配置以及网络结构、主要控制方法、报警、监控和通讯。实际运行结果表明：该系统操作方便、控制精确、稳定可靠，操作人员减少50% ，充填浓度稳定提高3%，达到了预期的要求，并创造了良好的经济效益和社会效益。关键词：PLC 自动检测 控制系统 充填站 应用Application of PLC
2、 automatic control system in Jiaojia Gold Mine filling station Yangjiguang liuwenzhong wanghaitao yanglihuiJiaojia Goldmine , Shandong Gold Group Co.Ltd , Laizhou City Shandong province Abstract： In order to improve the quality of cemented filling mortar and the management level, reduce the labor in
3、tensity of workers, reduce the production cost. Jiaojia Gold Mine filling station construction completed PLC automatic detection and control system. This system includes the system hardware and software configuration, and the network structure, the main method of control, alarm, monitoring and commu
4、nication. The actual operation results show that: The system is easy to operate, control precision, stability and reliability, operating personnel is reduced by 50%, stable filling concentration increased by 3%, reached the expected requirements, and achieved good economic and social benefits.Key wo
5、rd： PLC automatic detection control system filling station application专心-专注-专业1 概述焦家金矿焦家矿区充填站目前的生产规模为年充填量60万m，充填工艺流程包括尾砂输送、贮存和放出工艺，井下固结材料输送、贮存和给定工艺，充填料浆的制备、输送工艺，供水、供风工艺，回流输送工艺等一系列工艺流程3，生产环境恶劣、自动化水平较低，有的甚至采用手动给灰，人工进行放砂、停砂，人工观察并调节搅拌槽充填料浆的液位、流量、浓度，由于调节不及时，运行不稳定，常常出现“溢桶”“断流”“浓度高不下砂”等现象，影响整个充填工艺流程的质量，并容易
6、引发生产堵管事故。因此随着电子技术、计算机技术和控制理论的发展以及检测手段的完善，PLC自动检测与控制系统的成功应用，及时合理地控制过程参数的变化，提高了胶结充填砂浆的质量和管理水平，减轻了工人的劳动强度，降低生产成本。2 工艺流程2.1 焦家矿区地表充填站位于管缆斜井南侧，设有1500m砂仓一座，960 m立式砂仓一座，455 m立式砂仓二座， 150t水泥仓一座，75t水泥仓二座（一体）。1选厂排出的浓度2535%的全尾砂浆，经重选输送至充填制备站来砂池后，自流至3个吸砂池。经制备站的1#5#打砂泵将全尾砂浆分别打入1#、2#、3#个砂仓顶部的250mm水力旋流器组和4#砂仓300mm水力
7、旋流器组。4经过一段分级脱泥，水力旋流器上部回流管将分级后的细颗粒砂浆，中转箱、管路自流至24m浓密池，经1#、2#回流泵打回选厂53m浓密池、2#大搅拌桶，浓缩后由选厂玛尔斯泵排至北海尾矿库。经旋流器分级合格后的尾砂自流至砂仓中，形成饱和尾砂，等待充填时使用。（具体流程见附图1） 附图1 焦家金矿胶结充填技术流程2.2焦家矿区目前有4套正常工作的充填系统，使用1.5m*1.5m容积2.25m的高浓度搅拌槽，添加胶结料利用300mm*300mm刚性叶轮给料机。充填系统采用了仪表控制和自动控制，并使用工控机，利用PLC控制调节，实现充填自动化。（具体充填自动化工艺流程见附图2）附图2 充填自动化
8、工艺流程3 自动检测和控制系统整个自动控制系统由位于控制室的上位机计算机和各个从站PLC构成。上位机用计算机，主要提供良好的人机界面，进行全面的检测和管理。在控制系统中，计算机用于编程、参数设置和修改以及图形和数据的在线显示功能，通过PLC与各个IO单元如继电器、限位开关、变频器、马达保护器等相连接。并且通过IFIX 5.0画面软件直接显示，通过画面软件直接参与现场的控制。主站和各个从站之间采用环形拓扑结构，通过专用的工业以太网进行通讯。每个配电室的电机控制设备（变频器、软启动器、雷达料位计、液位计等）集中到上位机上，每个控制设备都有智能测控节点，可以向控站及其他设备传送各种参数，并接受来自P
9、LC的命令和数据用来调节控制状态。PLC编程软件使用Proficy Machine Edition软件，主要完成系统硬件配置及参数设置、通信定义和用户程序的编写。6每个站点都有一个地址编号来识别各个控制设备。就像网络通信中的IP地址一样。电气控制设备都有发送器和接收器。各总线站点先检测该帧的地址是不是和自己的编址一样，若一样，则接受数据并解析数据后发给PLC控制单元。若不一样，则该站点就像中间继电器一样，直接通过发送端把该帧站发给下一个控制设备。，节点选用了具有开关量IO通道和模拟IO通道，可以实现开关量输入、开关量输出、脉冲量输入、模拟量输入和模拟量输出功能。（示意图及主要硬件配置见下图）2
10、 3.1尾砂输送、贮存自动控制系统 自动化控制系统根据液位4信号，通过对尾砂的分砂池液位检测与上下限报警，将液位保持在1m左右，来自动调节来砂电动管夹阀的开度以及打砂渣浆泵的频率，来完成尾砂的自动输送、贮存。首先将液位分为三段对应管夹阀三个开度，例如：将液位分为0.5m、1m、1.5m分别对应70%、50%、20%三个阀门开度，当液位低于0.5m时，上位机通过PLC自动控制阀门关度由70%至100%，在1m降至0.5m，阀门开度由20%逐渐开至50%，1m左右时，阀门开度保持在50%基本稳定，超过1.5m，阀门开度由20%降至0%。同样道理控制调节渣浆泵的频率，通过共同调节，达到尾砂的连续输送
11、和贮存，将操作人员转化为设备设施巡检人员，降低操作人员，提高生产效率。（具体工艺流程见附图3）附图3 尾砂输送、贮存自动化控制自动化调试时，通过经验及实测，在砂位稳定在标准位置处时，设定好此管夹阀的开度，这样避免液位、阀门频繁动作，以消除振荡。采用PID控制系统。原理图如下：3.2充填料浆制备、输送自动控制系统充填料浆制备、输送自动控制系统包括搅拌槽液位的自动检测控制及上下报警，调节叶轮给料机频率（转速）来控制甲仓、乙仓、水泥仓给料量；搅拌槽内尾砂浓度检测与上下限报警；尾砂流量与充填料浆流量检测与积累；供水自动控制。（具体见附图2）自动化控制系统通过利用砂仓下砂管上浓度计、液位计的数据，通过调
12、节电动蝶阀开度来加入高压水量调节砂浆浓度，尾砂浆浓度控制在67%70%计算机将根据数据通过PLC编程计算出下砂的干矿量。自动化控制系统按照操作人员给定的灰砂比（灰砂比按照工艺要求配比）来调节胶结料的给料，通过PLC编程计算出需要的胶结料，再与冲板流量计的实测值比较，来调节刚性叶轮给料机的频率（转速）来实现。通过搅拌槽出口的流量计，胶结料量、干砂量、加入水量计算出充填料浆的输送浓度。搅拌槽液位控制原理是:由雷达液位计连续检测搅拌筒的实际液位信息，通过信号，控制砂浆电动胶管阀的开度，以调节搅拌槽的输入尾砂量。对整个过程实现联锁控制。控制框图如下：PLC可编程控制器搅拌槽电动胶管阀设定液位+ 实际液
13、位 -雷达液位计PLC可编程控制器电动碟阀 设定浓度+ 实际浓度纯滞后补偿器 -射线浓度计及及 计PLC可编程控制器叶轮给料机比值器浓度计电磁流量计尾砂 实测 水泥量冲量流量计 冲量流量计 3.3供水、供风自动控制系统 供水自动控制系统控制主要是通过控制液面和阀门的开度来达到平衡。与前面尾砂输送贮存相同。通过水压、风压要求，PLC编程程序控制投入清水泵的台数以及调节频率（转速）。开车后，控制人员只需要用鼠标在画面软件上自动化工艺流程上（附图）的按键设置成自动。就实现对整个过程联锁控制。3.电源系统由于充填站大负荷打砂泵、水泵等设备较多，这类设备的启停往往引起供电网络线路负载突变，引起的电压波动
14、对白控系统的设备威胁很大。采用由变压器副边一个供电支路对自控系统进行单独供电， 新增加一套计算机控制系统、在线检测仪表公用一套在线式UPS电源系统，电动机构等现场控制设备也采用离线式UPS电源系统，成套系统可保证系统停电或其它异常情况具有远程控制功能，并且电源系统可保障在出现突发情况下充填站有足够的时间进行停车，处理未完成的生产，确保安全生产。4 自动化系统实现的功能系统通过控制网实现对数据的采集处理功能、控制功能和管理功能，系统监控功能通过软件体系实现。(1)数据采集处理功能。系统采集的数字量信号有电气设备的手自动信号、运行信号、各种故障信号、电源信号和设备启停控制信号及工艺流程状态信号等；
15、模拟量信号主要有砂仓、胶结料仓料位，搅拌桶、水池液位，叶轮给料机的给料量，砂浆流量、浓度，给水流量，渣浆泵、水泵等电机电流、频率，高压水、风压力，阀门开度，等。(2)控制功能。实现现场手动控制、单台遥控和自动控制三种控制方式。现场手动控制用于在自动系统停机或故障、电气设备现场维护、现场处理紧急事故时。对每台电气设备均设计单台遥控功能，单台设备的启停，不影响其它任何设备的状态，多用于单台设备运行、试车、维修等工况，满足生产及安全要求，在操作站上实现。自动控制，按工艺要求自动实现。5(3)操作功能。具有操作方式切换、选择操作、操作员登录、“权限”操作和其它常规操作等，同时均有误操作保护功能，在操作
16、站上实现。(4)监视功能。系统按工艺流程分打砂流程、放砂流程、切换阀门流程、砂浆制备流程、参数设置等工艺流程画面实时显示和监视各流程的运行工况，通过动态、变色、闪烁、数字、棒图及曲线的方式实时监视各电气设备、工艺参数的工况，全中文界面。同时可调出以分画面或弹出窗口的形式显示的各设备联锁关系信号状态图。(5)趋势功能。对各流程被测工艺参数设有实时历史趋势功能，在操作站上可调出工艺参数的实时历史趋势曲线。(6)记录功能。对重要电气设备的启停、重要操作、故障、紧急停机、参数超限等设有记录功能。(7)报警功能。系统具有各电气设备故障、参数超限、紧急停机、系统故障、系统软件故障等各种报警，中文提示。(8
17、)历史储存。对数据趋势、报警、记录等历史储存1年。(9)报表功能。有报警报表、班日月生产报表、趋势记录报表、历史记录报表等，实现定时、随时和实时打印的功能。5 应用效果在PLC自动检测与控制系统投入后，经过一年多的生产使用，该系统运行合理、稳定，充填各工艺流程基本实现自动化，现场操作人员由自动化前10人减少至目前的5人，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。劳动强度明显降低。同时，人员编制少后，更加便于管理，并相应提高了管理水平。通过仪器仪表精确各流程的数据，提高了胶结充填砂浆的质量，砂浆平均浓度由之前的68%提高至71%，调节波动小、稳定
18、，并且自动化后，改变了多年来胶结充填给料根据经验和中段下砂量进行手动给料的方法，实现了通过PLC自动随时检测和自控不同配比瞬时的胶结料给料量。 PLC自动检测与控制系统正常运行后产生了巨大的经济效益，在一次性投资200万以后，制备站每年可节约职工、管理人员薪酬共计约30万元，通过根据流量和浓度自动化给料，使给料更加精确、合理，可减少误差5%，同时提高充填料浆的浓度，减少井下充填体脱水量，缩短充填体凝固时间，提高了充填体强度，确保了充填质量，从而降低了矿石的损失率和贫化率。每年可节约生产费用80万元。参考文献：1 焦家金矿基本情况介绍（内部资料） 2012.2 焦家金矿焦家矿区充填自动化工程（内部资料）2011. 3 周爱民.矿山废料胶结充填（第二版）M.北京：冶金工业出版社,2007.4 国家安全生产监督管理总局,GB16423-2006金属非金属矿山安全规程S.北京：中国标准出版社,2006.5 徐正江 胡秀丽.PLC在锅炉房供煤系统上的应用.科技与企业.2013.4.6 杨智东.PLC及自动控制系统在炼钢厂行车上的应用.冶金动力.2013.2.作者简介： 杨纪光 （1986）男 山东临沂人 助理工程师 工学学士学位 从事矿山采矿、充填技术管理工作 联系方式：手机 E-mail ： 通讯地址：山东省莱州市金城镇焦家金矿 邮编：