摘　要：本文介紹了氧化鋁選礦車間無傳動浮選監控系統的組成、功能及實現方法，重點介紹基于西門子S7系列PLC控制器配置及功能實現，利用國內著名組態王實現現場參數顯示、記錄、歷史數據查詢等功能。通過以太網模塊，將工業現場設備融入局域網，實現數據共享。

 

前言

隨著鋁行業產能擴大，鋁土礦資源的減少，礦石品位日益降低，越來越多的選礦技術受到青睞，無傳動選礦技術的應用，為提高礦石指標及節能降耗開辟了一條新途徑，而該技術的工藝控制系統，也得到高度重視。

 

系統的組成

控制系統由西門子S7-300和S7-200系統及智能監控儀表組成，主要負責浮選槽液位、給礦流量、浮選過程進氣量、浮選藥劑添加量等對象，進而實現給礦濃度、給礦粒度、泡沫層厚度等選礦工藝關鍵參數的精準控制，同時利用以太網CP341模塊與上位機通訊，實現數據共享。選礦車間系統網絡拓撲如圖1。

其中，S7-300系統為本項目的核心控制元件，由CPU314，SM323輸入/出模塊、SM331模入模板、SM332模出模板及通訊器件CP343等部分組成，負責選礦車間的主流程監控。絮凝劑的調配與添加控制由S7-200系統執行，S7-224XPCN、模擬量輸入EM231、模擬量輸出EM231和通訊模塊CP243等部分組成，負責完成選礦車間絮凝劑的配方設置、現場調配及輸送。藥劑的調配與添加控制也由S7-200系統執行，由完成選礦車間藥劑的配方設置、現場調配及輸送。選礦廠浮選作業中，按需要準確地添加各種藥劑是控制工藝過程的重要操作手段，對選礦效果、生產指標、經濟指標影響很大，尤其是礦石性質不穩定的時候，更是如此，為獲得較好的工藝指標、提高加藥控制的準確性和可靠性、節省藥劑、減少加藥工人同有害藥劑的接觸和勞動強度，迫切需要實現藥劑的自動添加、調整和計量。

 

LONGTEC系列控制器選用長陸系列UNI800測力分析儀，主要負責單回路相對獨立對象的智能調節控制，在本項目負責定量給料機的控制，即通過采集V型皮帶的壓力、線速度等參數，計算物料的流量，控制下礦量，同時具有開關量報警等功能。該系列儀表與上位機采用串口RS-485通訊，性價比高，容易實現。控制系統的功能

 

1.磨礦部分

這部分主要是礦石的輸送、破碎及研磨，利用長陸UNI800系列控制給料量，UNI900B稱重控制器具有4-20mADC流量模擬量和（無源結點）累積量脈沖輸出，具有的DP通訊功能，把儀表各種參數直接送入PLC，以實現數據交換，方便與上下工序銜接控制。從而實現配比控制、配方管理、計量管理與運行狀態管理等。配置有２路PID控制輸出接口（4-20mADC控制電流輸出），與變頻器構成閉環，兩路控制電流比例可設置，使給料設備和皮帶秤速度比例可調，從而可改變料層厚度，提高配料精度。利用S7-300系統實現磨機的前后加水量控制，每一路供水都是完整的閉環系統，有電磁流量計、電動調節閥及旁通管路組成，實時調節磨機加水量。同時，S7-300系統還負責破碎機、傳送帶等各設備的順序啟停控制，以實現各個環節的聯鎖保護。

 

2.浮選控制部分

鋁土礦浮選作業是復雜的物理化學過程，浮選效率好壞不僅與入選礦石類型、品位、氧化程度及磨礦粒度等關系密切，同時還與浮選藥劑制度和操作條件有關。浮選過程檢測參數包括給入槽礦漿流量、中礦循環量、藥劑加入量、礦漿充氣量、浮選槽及礦漿槽液位等。

 

在鄭州研究院選礦車間，浮選作業主要采用無傳動浮選工藝系統實現，利用S7-300系統實現重要參數的全天候監控，重點對浮選槽液位（即泡沫層厚度）、中礦循環量、礦化器充氣量（瞬時和累計）等參數進行精準控制。由于多級浮選過程復雜，串級較長，

 

我們的過程控制模型多數采用經驗模型。例如，通過控制泡沫層厚度，來自動調整浮選槽的礦漿排出量，使液位穩定在預定的設定值上，從而穩定泡沫排出量及其礦化品位值。當礦石性質或藥劑制度變化時，液位與排出泡沫品位的關系發生變化，為獲得要求的品位值，需要調整液位的設定值，并通過液位定值控制系統來實現泡沫排出量及其品位。為了檢測實際液面的高度，采用超聲波液位計進行非接觸式的液位差測量，通過浮球加托盤測量。同時，液面的高度與中礦輸出量與給料泵的進礦量密切相關，根據試驗生產計劃產量，采用PID+目標分段設定的控制方案。在生產調試期間，給料泵由低負荷到高負荷運行，到達目標液位時開始根據生產計劃分幾檔頻率運行給料泵，同時檢測礦化器出口壓力，調節中礦循環量，通過智能PID自適應控制調節閥，達到較好的的液位范圍。

 

浮選槽系統的各個浮選槽之間有很強的獨立性，同時彼此間又有關聯，根據需要，控制系統可實現的功能有液位的顯示與控制、進氣量的顯示累計與控制、中礦循環量與液位的聯鎖控制、給料泵頻率的調節與給料泵壓力的關聯控制、系統給水量的調整等。

 

除了浮選槽液位控制外，浮選過程控制還包括浮選過程設備順序控制、給藥量前饋控制、礦漿pH值控制、礦漿電位控制、浮選礦漿充氣量控制等，筆者結合按照多參數綜合控制及過程較優控制等理論，都取得較好控制效果。

 

上位機軟件功能和設計

上位機監控軟件我們選用了國產組態軟件組態王6.53，負責系統通訊及監控功能：現場各設備數據顯示、狀態指示、數據報表及記錄、數據運算處理、報表查詢、曲線查詢、故障報警和用戶權限配置等。

 

1.系統主畫面

系統主畫面顯示礦石給料量、磨機加水量、浮選槽液位、礦漿壓力、給氣量、給氣累計量、給水累積量、系統設備啟停、設備狀態等參數（如圖2）。

2.數據記錄及查詢

數據記錄及查詢是實驗過程中一項重要的工作，首先需要獲取足夠的原始數據，通過對原始數據的記錄，便于科研人員分析實驗結果，還原真實的實驗過程，軟件利用MicrosoftOfficeAccess數據庫實現數據記錄。可按年、按月、按日對已有數據查詢，并對查詢結果進行分析，并以表格或者曲線的方式顯示，還可以生成EXCEL報表格式。查詢畫面如圖3。

3.系統的通訊功能

本系統通訊分為兩部分：

①S7系列與上位機采用西門子公司的以太網模塊。

②長陸系列UNI800利用DP協議與S7通訊，實現數據實時交換。同時，采用S7-200PLC串口通過RS485接口，使用USS協議對十六臺浮選機用SIEMENSMM440變頻器進行總線控制，降低了接線的成本和難度，提高了系統的擴展性。

 

結束語

隨著鋁土礦資源的日益貧化和市場競爭的日益激烈，充分有效地利用有限的資源、提高企業的市場競爭力，實現生產過程的高效節能。本系統利用西門子S7系列控制器及長陸UNI800系列控制控制器，通訊順暢，網絡結構清晰，設計簡潔，運行可靠，具有很高性價比及推廣價值。

 

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