基于PLC控制的矿山粉磨系统研究

郭天舒 杨洪州

摘 要：磨矿分级是冶金行业承上启下的重要环节，在获得最佳矿物粒度的同时使产量最大化。本文为满足上述要求，通过磨机将上游料仓送来的物料研磨至有价矿物单体的合理粒度，并将分级设备分离出的合格粒度的矿物输送至下游选矿作业。并同时对磨矿分级自动控制系统进行了分析与设计，分析S7-300 PLC控制系统的管路和仪表控制结构，硬件组态，给、排矿水量以及矿浆浓度的控制算法。通过模拟现场对控制系统安装调试及实施应用，证明该系统满足设计要求，应用效果良好，提升了企业的经济效益，对传统的选矿行业改进起到指导作用。

关键词：优化控制，磨矿分级控制，PLC控制

1 引言

目前，在选矿过程中发现原矿性质不佳，来源复杂，矿石性质不稳定，原矿处理方法的差别以及设备仪表的不齐全等原因，造成国内选矿厂实现磨矿分级自动控制困难，且自动化程度低。磨矿分级生产过程是一个极为复杂多变的多输入多输出生产过程，机理复杂，影响因素多，具有强非线性、时变性、强耦合等特点[1]。

磨矿分级作业包括磨矿作业和分级作业，矿石经过磨矿作业后才能进行分级作业，分级作业是磨矿作业的后续工作。磨矿作业用磨机，物矿分级用分级机，选别用浮选[2]。磨矿作业与分级作业关系紧密，分级处理的产品能否达到要求，一定程度上依赖于磨矿产品是否满足分级作业对产品的要求（磨矿的粒度和浓度）。矿石在磨矿作业中都有一个经济磨矿粒度，严格控制磨矿粒度，这是实现选矿的关键。如果磨矿产品的粒度过粗，选到的矿物量太低，浪费了原材料，从而增加原材料成本投入，这样会导致选矿回收率及富集率降低；如果磨矿过细，则会增加能耗，降低能耗利用率。只有将矿物粒度控制在分级作业粒度要求的范围内，才能满足磨矿质量要求，又能保证磨矿效率[3]。

本文研究内容主要是根据某选矿厂磨矿分级工艺要求和特点，改善了一套基于PLC磨矿分级自动化控制系统的研究。系统采用分布式控制模式（DCS），以S7-300 PLC作为控制系统的核心，能够实现数据采集、设备连锁控制等功能，分散控制、集中操作。

2 PLC分级控制

2.1 控制的基本原理

控制系统分三层，分别为信息层、现场设备控制层和设备层。给矿量设定值是在PLC和模糊控制算法的基础上，由磨机的磨声和慢传电机的功率所决定的。磨声和功率均是磨机工作状态的表征参数，双输入量的设计保证了设定值的给定精度。以PID控制为核心的给矿量闭环调节系统，通过电子皮带秤实时测量给矿量，并与给矿量设定值进行比较，由 PID 控制程序发出调频指令，调节带式输送机的运行速度，从而调节给矿量。

2.2 控制的硬件设计

S7-300 PLC在矿物加工工业的控制网络中获得的广泛应用，磨矿分级自动控制系统选用S7-300 PLC作为控制主机，它能满足较高水平的应用要求，具有各种功能的模块，能很好地完成自动控制任务。其I/O统计表如表1所示。

通过上述提及的基于PLC的磨矿分级自动控制系统的软硬件设计，有效的改善了设备运行过程中最佳矿物粒度和产量最大化。该系统效果良好，对传统行业进行自动化和信息化改造具有重要的借鉴意义。

3 仿真分析

磨矿过程是一个综合考虑的过程。需要根据具体情况及时反馈信号调整 磨机正常工作，控制给矿量输出平稳、无过大波动，还要保证产品的质量；同时还要以经济效益方面考虑，在保证磨矿效果的前提下尽可能的保证磨机的最大处理能力[4]。

一段磨机新给矿量控制系统可以由具有纯滞后的一阶惯性系统近似。其控制结构图如图3所示。给矿量的调整是通过控制给矿机的电振频率实现的，并利用高精度检测核子秤等检测设备测量实际给矿量，并将实际值反馈给控制器形成给矿量的闭环控制回路[5]。在MATLAB中进行对比仿真实验，控制结果如图7所示。

针对该情况，基于无模型自适应预测控制算法的过程控制策略，并给出了具体的控制方法和步骤。通过分析仿真实验结果，证明了该方法的有效性。

4 结论

本文通过对相关控制系统的设计和優化，对PLC控制系统的管路和仪表控制结构，硬件组态，该磨矿分级自动化控制系统的运行不仅实现了磨矿生产过程的集中监控，而且还可以方便地察看当前及过去一段时间内设备的运行状态，大大降低了操作人员的劳动强度，使操作工人从高粉尘、高噪声的环境中脱离出来。

参考文献：

[1]崔传发，文书明.基于PLC的磨矿分级水量和浓度自动控制系统的设计[J].工业仪表与自动化装置，2016，3：97-101.

[2] 曾志，王毅芳.PLC在磨矿分级自动化系统中的应用[J].电气自动化，2014，36（7）：372-375.

[3]马天雨，桂卫华，王雅琳，阳春华.磨矿分级过程动态优化控制[J].控制与决策，2012，02（23）：30-34.

[4]赵休龙，宋晓西.基于模糊方法的磨矿分级自动控制[J]. 自动化博览，2014（ 12）：52- 53.

[5]赵亚军，文博.磨矿分级自动化控制[J].科技致富向导，2014（ 23）：148.