磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

碩 士 學(xué) 位 論 文論文題目:磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬(wàn)字。3.附件包括：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě)2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà)3）畢業(yè)論文須用a4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它摘 要選礦工藝過(guò)程中的磨礦分級(jí)問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)人員和專家們的研究對(duì)象，本文在分析國(guó)內(nèi)外對(duì)磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對(duì)目前亟待解決的磨礦易出現(xiàn)的“脹肚”問(wèn)題，主要從以下幾個(gè)方面研究：(1) 根據(jù)磨礦分級(jí)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，綜合分析各方面的要求，通過(guò)比照液位計(jì)、磨音頻譜分析儀、核子秤、濃度計(jì)、流量計(jì)及電動(dòng)閥等硬件的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)，結(jié)合磨礦分級(jí)工藝流程實(shí)際，采用了磨礦分級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)方案。(2)繪制磨礦分級(jí)中給礦量的工藝流程圖，根據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和設(shè)計(jì)原則，畫(huà)出總體結(jié)構(gòu)框圖，包括上（下）位機(jī)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。(3) 為了實(shí)現(xiàn)磨礦分級(jí)過(guò)程給礦量、磨礦濃度及粒度三大設(shè)定值的控制，在分析dcs系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對(duì)磨礦分級(jí)系統(tǒng)硬件進(jìn)行選擇和配置。 (4)利用wincc進(jìn)行磨礦分級(jí)過(guò)程操作面板的設(shè)計(jì),對(duì)設(shè)備硬件的配置及控制、控制參數(shù)、運(yùn)行界面進(jìn)行組態(tài),界面包括歷史資料歸檔、事故報(bào)警、故障判斷、故障保護(hù)，構(gòu)建人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。(5) 利用西門(mén)子plc s7-400，選擇step7 軟件實(shí)現(xiàn)了d/a輸出程序設(shè)計(jì)，對(duì)磨礦給礦量控制、磨礦濃度控制、自動(dòng)加球控制、分級(jí)機(jī)溢流濃度的檢測(cè)和控制進(jìn)行了編程。針對(duì)某礦山選礦廠磨礦分級(jí)過(guò)程研究并設(shè)計(jì)了整套控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用良好。取得的成果可有效解決磨機(jī)運(yùn)行效率不高等問(wèn)題，對(duì)提高工作效率及穩(wěn)定工藝指標(biāo)具有較重要的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：磨礦分級(jí)；給礦量；磨礦濃度；plcabstractgrinding and classification during the beneficiation process has been the study of engineering and technical personnel and experts at home and abroad. on the basis of automatic control research status of grinding and classification process, solved for the prone problem of grinding and classification, this paper studies mainly from the following several aspects:first, according to the research status of grinding and classification at home and abroad, comprehensive analysis of the various demands, by comparing the technical specifications of the spectrum analyzer, nuclear scale, concentration meter, flow meter and electric valve, and combination of grinding and classification process of the actual operation, grinding and classification process control system are programmed. second，the author should draw the grinding and classification technics flow chart. draw the overall block diagram based on the design goals and design principles of control system, including upper(lower) bit machine, testing and executing agencies.third,inordertocontroltheamountofore,grindingconcentrationandparticle sizeofthethreeparametersingrindgradingprocess,onthebasisofanalysisofthedcssystem,selectandconfiguredthehardwareaboutgrindgradingsystem.forth，using wincc to design the operator panel of grind grading process. confabulated the interface of hardware configured and control of equipment, control parameters, which including historical data archiving and accident alarm, fault diagnosis, fault protection, established human-mechanical interface to realize the real-time supervisory of the entire system.finally,makinguseofsiemensplcs7-400,selectingstep7softwaretoachievethedesignofthed/ainputandoutputprograms,programmingthedetectionandcontroloftheamountofore,grindingconcentration,grindingtheoregrindingconcentration,automaticball-addingandthesortingmachineoverflowconcentration.researchanddesignawholecontrolsystemofgrindgradingforamineconcentrator,theapplicationiswellinpractice.theresultsobtainedcanbeaneffectivesolutiontothemilloperatingefficiency,andhasimportantpracticalsignificancetoimprovetheefficiencyandstabilityofprocesscriteria.keywords: grinding classification; grinding ore; concentration; the plc目錄第一章 引言11.1 課題背景及研究意義11.2 磨礦分級(jí)過(guò)程控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)21.2.1初級(jí)階段21.2.2穩(wěn)定生產(chǎn)階段21.2.3最優(yōu)化生產(chǎn)階段31.3本文的主要研究?jī)?nèi)容41.4 本章小結(jié)4第二章 磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)工藝流程及方案設(shè)計(jì)52.1 磨礦分級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)工藝流程52.2 給礦量工藝流程62.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)62.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則62.5技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范72.6磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)72.6.1磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案72.6.2 系統(tǒng)編程軟件92.6.3系統(tǒng)組態(tài)軟件wincc92.6.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)102.6.5系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)102.6.6系統(tǒng)擴(kuò)展接口設(shè)計(jì)102.7系統(tǒng)的操作方式102.7.1遠(yuǎn)程自動(dòng)控制102.7.2遠(yuǎn)程手動(dòng)控制112.7.3就地手動(dòng)控制112.8 磨礦分級(jí)過(guò)程的計(jì)算機(jī)監(jiān)控112.9 本章小結(jié)11第三章 磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)123.1磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)123.1.1磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件模塊組成123.1.2磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)儀表輸入輸出電路設(shè)計(jì)133.1.3磨礦分級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件模塊線路設(shè)計(jì)153.2 本章小結(jié)23第四章 磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)244.1 磨礦分級(jí)系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)流程244.2 上位機(jī)與 plc 通訊測(cè)試和系統(tǒng)的硬件組態(tài)254.2.1 上位控制計(jì)算機(jī)與 plc 的通信254.2.2 磨礦分級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)264.3 磨礦分級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)的 plc 程序設(shè)計(jì)304.4磨礦分級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)344.4.1磨礦給礦量的控制354.4.2磨礦濃度的控制374.5 本章小結(jié)39第五章 磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)405.1主畫(huà)面設(shè)計(jì)405.2報(bào)警畫(huà)面設(shè)計(jì)405.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)畫(huà)面界面設(shè)計(jì)415.4 趨勢(shì)畫(huà)面界面設(shè)計(jì)425.5 給礦控制界面設(shè)計(jì)425.6 高頻篩設(shè)備控制界面設(shè)計(jì)435.7 水路控制界面設(shè)計(jì)435.8 參數(shù)設(shè)定設(shè)定界面設(shè)計(jì)445.9 棒磨液位濃度控制界面設(shè)計(jì)445.10 本章小結(jié)45第六章 磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)與分析46第七章 總結(jié)與展望48參考文獻(xiàn)50致 謝52附錄a 部分設(shè)計(jì)圖紙53附錄b 部分現(xiàn)場(chǎng)圖64江西理工大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明及使用授權(quán)書(shū)6969第一章 引言1.1 課題背景及研究意義 在礦山選礦生產(chǎn)的過(guò)程中，磨礦是生產(chǎn)流程當(dāng)中的重要環(huán)節(jié)，磨機(jī)由出料部、給料部、回轉(zhuǎn)部、傳動(dòng)部（小傳動(dòng)齒輪，減速機(jī)，電控，電機(jī)，）等部分組成，因其具備單個(gè)個(gè)體容量大、整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、出產(chǎn)量大并且破碎比例高、以及穩(wěn)定性良好、連續(xù)運(yùn)行等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被首選為目前磨礦分級(jí)的設(shè)備，現(xiàn)在正被廣泛地應(yīng)用在以下行業(yè)：水泥、選礦、采礦、陶瓷、化工與電力等12。目前，在選礦廠的生產(chǎn)過(guò)程中存在的普遍問(wèn)題是：1、入磨礦量依賴于手動(dòng)調(diào)節(jié)，受責(zé)任心和經(jīng)驗(yàn)等人為因素的影響，操作波動(dòng)比較大，很難保證入磨礦量穩(wěn)定；2、給水量也依賴于人工調(diào)節(jié)，受礦量變化或供水壓力等因素影響，球磨濃度很難控制穩(wěn)定，進(jìn)而影響作業(yè)效率，有時(shí)還甚至造成“脹肚”（礦水的比例嚴(yán)重失衡，如：水過(guò)多稱為“稀脹”，水過(guò)少則稱“干脹”）等設(shè)備事故。磨礦作業(yè)會(huì)直接影響磨礦產(chǎn)品質(zhì)量(如：粒度特性、磨礦產(chǎn)品的濃度、單體解離度等) 以及選礦工藝過(guò)程中的處理能力，以及對(duì)后續(xù)生產(chǎn)工藝作業(yè)指標(biāo)以至選礦廠的綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、效益指標(biāo)都有著相當(dāng)大得影響。所以，把握好磨礦分級(jí)過(guò)程來(lái)調(diào)整磨礦過(guò)程中的一系列參數(shù)、對(duì)提高磨礦分級(jí)的效率與質(zhì)量是對(duì)提高整個(gè)選礦廠的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和效益指標(biāo)有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。但是由于磨礦分級(jí)過(guò)程中出現(xiàn)的影響因素較多而且機(jī)理比較復(fù)雜、滯后時(shí)間較長(zhǎng)、生產(chǎn)工藝過(guò)程進(jìn)程緩慢、同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)又同時(shí)具備以下幾個(gè)干擾因素：具有時(shí)變性；非線性等干擾因素；因此將會(huì)給整個(gè)磨礦分級(jí)生產(chǎn)操作過(guò)程帶來(lái)很多的困難；另外，磨機(jī)噪聲達(dá)到100db且機(jī)組龐大，導(dǎo)致操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境惡劣。上世紀(jì)九十年代以來(lái)，在國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化領(lǐng)域的專家學(xué)者、科技工作者、以及在一線的選礦工作人員，在不斷的研究與探討磨礦分級(jí)過(guò)程中存在的一系列問(wèn)題。34在整個(gè)磨礦分級(jí)過(guò)程中，影響作業(yè)的因素很多，其中最主要的因數(shù)有以下幾個(gè)方面：物料性質(zhì)；具體可分為以下幾個(gè)指標(biāo)：給料粒度；礦石可磨度；產(chǎn)品細(xì)度；磨礦機(jī)結(jié)構(gòu)：磨機(jī)型式的選??；磨機(jī)規(guī)格、襯板形狀的選?。徊僮鞣矫娴囊蛩兀航橘|(zhì)的形狀和充填率；介質(zhì)的尺寸配比及材質(zhì)、加棒（球）制度、磨機(jī)轉(zhuǎn)速率、磨礦濃度和料球比等，而這些因素本身又會(huì)相互影響。磨機(jī)的負(fù)載是指球磨機(jī)中的物料的負(fù)荷量、棒（球）磨負(fù)荷的負(fù)荷量以及水量三個(gè)因素的總和，這三個(gè)參數(shù)是磨礦分級(jí)過(guò)程中最重要的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)磨礦分級(jí)效果有著最直接而又最顯著的影響。在磨礦分級(jí)實(shí)際生產(chǎn)工藝中，因?yàn)椴荒軠?zhǔn)確檢測(cè)磨機(jī)的內(nèi)部負(fù)荷和礦石性質(zhì)的波動(dòng)、操作水平的差異和外界因素的干擾等，使磨機(jī)負(fù)荷很難維持在最佳水平，進(jìn)而不能充分發(fā)揮磨機(jī)的效率56。經(jīng)過(guò)研究擬采用最佳值給礦及磨機(jī)功率的保護(hù)處理相結(jié)合的方案來(lái)控制給礦量的大小。用濃度計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)螺旋分級(jí)的溢流濃度，排礦補(bǔ)加水量的自動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)控制螺旋分級(jí)機(jī)的溢流濃度。采用磨音功率與磨機(jī)電耳雙檢測(cè)的手段來(lái)對(duì)磨機(jī)球負(fù)荷進(jìn)行判別分析。采用壓力計(jì)來(lái)檢測(cè)旋流器組的給礦壓力進(jìn)行控制給礦；采用液位計(jì)檢測(cè)泵池液位以及根據(jù)液位高低來(lái)加水減水；采用料位計(jì)對(duì)粉礦倉(cāng)料位來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出了磨礦分級(jí)過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)、提高選礦過(guò)程作業(yè)指標(biāo)及節(jié)能降耗都有重要的經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值，并產(chǎn)生重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。1.2 磨礦分級(jí)過(guò)程控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 1.2.1初級(jí)階段20世紀(jì)50年代以前，選礦過(guò)程不采用儀表來(lái)進(jìn)行控制，大部分是人工靠個(gè)人的操作經(jīng)驗(yàn)與不多的知識(shí)操作控制部分生產(chǎn)過(guò)程，導(dǎo)致的結(jié)果是生產(chǎn)指標(biāo)極不穩(wěn)定。而且隨著礦石性質(zhì)和物理塊狀的不斷大水高低變化，一定會(huì)引起操作困難，控制基本是不準(zhǔn)確更不及時(shí)，很難使生產(chǎn)流程保持基本的穩(wěn)定，更談不上獲得較好的生產(chǎn)指標(biāo)，還有就是勞動(dòng)強(qiáng)度加大，勞動(dòng)條件惡劣。隨著儀表工業(yè)的發(fā)展，選礦工藝流程中有的用儀表對(duì)某些部分變量進(jìn)行個(gè)項(xiàng)檢測(cè)，比如在磨機(jī)給礦和回路中加了皮帶秤等，通過(guò)人工計(jì)量并不斷調(diào)整給礦速度和增加給水回路中水的計(jì)量等。通過(guò)對(duì)選礦過(guò)程中采用模擬儀表監(jiān)測(cè)，也可不同程度地節(jié)省工人的體力，改善勞動(dòng)條件，提高生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定性，方便操作。目前我國(guó)很多選礦的自動(dòng)化水平位于這個(gè)階段7。1.2.2穩(wěn)定生產(chǎn)階段此階段又稱為穩(wěn)定控制階段。到六十年代初期，如金屬探測(cè)器、礦漿ph計(jì)、礦漿濃度計(jì)等自動(dòng)檢測(cè)儀表相繼研制成功，選礦分級(jí)過(guò)程控制實(shí)現(xiàn)了磨礦發(fā)級(jí)過(guò)程的給礦量及溢流濃度的自控。在上世紀(jì)60年代的十年期間，自動(dòng)檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)有了重大突破，如在線x熒光分析儀和電子秤等，70年代末的在線礦漿粒度儀的成功研制，就可直接通過(guò)對(duì)磨礦分級(jí)產(chǎn)品粒度分析并控制，可提高磨礦分級(jí)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。80年代初，通過(guò)調(diào)整選礦廠局部的機(jī)組參數(shù)并采用最佳條件控制，一般可使使生產(chǎn)流程基本穩(wěn)定，大部分采用模擬儀表來(lái)進(jìn)行控制。但隨著計(jì)算機(jī)普遍在工業(yè)控制的應(yīng)用，在選礦領(lǐng)域也著手研究用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接的數(shù)字控制（ddc）。在現(xiàn)代選礦工藝中，磨礦分級(jí)將采用一系列的現(xiàn)代控制技術(shù)去解決生產(chǎn)過(guò)程中的一些難題，包括自適應(yīng)、自組織和最優(yōu)控制等。在生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用例子如下所述：設(shè)計(jì)多個(gè)變量控制器、用多個(gè)變量去解決這些變量之間的相互影響，從而能夠更精確的去解決實(shí)際問(wèn)題；應(yīng)用計(jì)算機(jī)的在線估計(jì)模型系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的自校正控制；運(yùn)用卡爾曼濾波器來(lái)辨識(shí)礦石的硬度擾動(dòng)，這個(gè)過(guò)程的目的是對(duì)礦石的硬度進(jìn)行補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。這些技術(shù)的采用與實(shí)現(xiàn)，對(duì)整個(gè)磨礦分級(jí)過(guò)程控制中在保持穩(wěn)定性控制方面，其控制效果比用普通pid調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)控制時(shí)更佳。在這一階段中，微、小型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制代替了人工控制，它直接作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如直接取樣，直接控制閥門(mén)，直接控制給礦等。在監(jiān)測(cè)儀表過(guò)關(guān)的條件下，對(duì)某一個(gè)車間或某一個(gè)機(jī)組實(shí)行局部的穩(wěn)定和最佳控制，使選礦廠的重要生產(chǎn)設(shè)備，如球磨機(jī)組等，在最佳的狀態(tài)下工作。目前，國(guó)外大多數(shù)選礦廠的自動(dòng)化水平處于這個(gè)階段。國(guó)內(nèi)除鳳凰山銅礦廠由芬蘭引進(jìn)設(shè)備，用小型計(jì)算機(jī)控制外，少數(shù)選礦廠，如紅透山銅選廠、首鋼大石河鐵選廠等，也曾進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)，但無(wú)一成功使用計(jì)算機(jī)控制8。1.2.3最優(yōu)化生產(chǎn)階段20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初，伴隨著控制理論的持續(xù)發(fā)展和控制技術(shù)的普遍應(yīng)用，為在生產(chǎn)中選礦技術(shù)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制或選礦廠的自動(dòng)化工藝奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?？紤]到選礦過(guò)程中的影響因素比較多，隨著入選礦石性質(zhì)的變化而異去自動(dòng)校正對(duì)各變量的控制，從而達(dá)到使整個(gè)選礦指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。選礦廠各重要機(jī)組、各車間都采用計(jì)算機(jī)和各種檢測(cè)儀發(fā)出的信號(hào)配合，最后，用一臺(tái)中心計(jì)算機(jī)來(lái)調(diào)度其它計(jì)算機(jī)工作，對(duì)整個(gè)選礦過(guò)程實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。南非等一些國(guó)家的選礦廠已進(jìn)入最優(yōu)化生產(chǎn)控制階段。目前，采用計(jì)算機(jī)控制的磨礦設(shè)備常見(jiàn)于球磨或棒磨，國(guó)內(nèi)也已經(jīng)研究多年，并在少數(shù)選礦廠進(jìn)行了試用。在控制方法上，將現(xiàn)代控制理論中的自適應(yīng)控制、多變量控制、最優(yōu)控制等方法應(yīng)用于棒磨和球磨控制中。但計(jì)算機(jī)在自磨機(jī)中的控制應(yīng)用則很少，國(guó)外只有塞浦路斯皮馬采礦公司及少數(shù)幾個(gè)選礦廠將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于自磨機(jī)上。在國(guó)內(nèi)，自磨磨礦仍然處于人工操作水平。一方面：因?yàn)樽阅C(jī)是非常復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程被控對(duì)象，在理論上和實(shí)踐上對(duì)自磨機(jī)的機(jī)理認(rèn)識(shí)，專家們尚未有一個(gè)統(tǒng)一的解釋，還沒(méi)提出一個(gè)可用得數(shù)學(xué)描述控制模型，成為典型的“黑箱”問(wèn)題；另一方面：由于進(jìn)入自磨機(jī)的礦石性質(zhì)多變使得自磨機(jī)運(yùn)行行為也隨機(jī)多變；再者：自磨機(jī)給礦系統(tǒng)純滯后大以及嚴(yán)重的非線性使得自磨機(jī)的控制難度較大，容易產(chǎn)生“脹肚”事故。當(dāng)然，目前還沒(méi)有一種較好的手段來(lái)對(duì)排礦濃度和料位進(jìn)行直接檢測(cè)，也是自磨機(jī)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題9。在西方的一些發(fā)達(dá)國(guó)家例如：英國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、澳大利亞、加拿大、德國(guó)、芬蘭、智利等，在各大中型磨礦選礦廠選礦自動(dòng)化領(lǐng)域起步都比較早，而且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)程度比例的自動(dòng)化控制，其應(yīng)用范圍從碎礦到脫水等各個(gè)選礦環(huán)節(jié)；在選礦各階段中礦特的自身因素和選礦過(guò)程中的各種設(shè)備狀態(tài)參數(shù)都在測(cè)控對(duì)象的領(lǐng)域中。例如：國(guó)外的一些礦業(yè)公司的選礦廠利用計(jì)算機(jī)技術(shù)控制棒磨、球磨兩段磨礦的比例進(jìn)行pid串級(jí)控制并采用專家系統(tǒng)進(jìn)行研究，從而成功實(shí)現(xiàn)了在保證生產(chǎn)產(chǎn)品和的基礎(chǔ)下的礦產(chǎn)常量的提高，并且能夠有效的使生產(chǎn)工藝過(guò)程中的球磨機(jī)工作超負(fù)荷狀態(tài)以下，使得生產(chǎn)和效益得到有效的提高。智利的copper ton選礦廠也成功地應(yīng)用了兩級(jí)集散控制系統(tǒng) 1011。南京的銀茂鉛鋅礦業(yè)公司的選礦廠研制的磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)就設(shè)置了電流檢測(cè)、給礦量、磨機(jī)的電耳值、返砂水控制、溢流濃度、排礦水控制及報(bào)警等檢測(cè)項(xiàng)目，借助這些檢測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)控制磨礦過(guò)程的每個(gè)工藝參數(shù)，分析判斷磨機(jī)工作狀態(tài)并實(shí)現(xiàn)控制，使流程運(yùn)行可靠穩(wěn)定；模糊控制加pid調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制方式使效果達(dá)到最佳，能實(shí)現(xiàn)局部或全部系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)監(jiān)控或手動(dòng)、現(xiàn)狀人工操作多種手動(dòng)操作的方式，借助先進(jìn)的控制系統(tǒng)及高效可靠?jī)x表的組合可使系統(tǒng)使用更長(zhǎng)久，再加上人性化個(gè)性化的組態(tài)畫(huà)面方便了操作，給礦控制方便，當(dāng)設(shè)定好小時(shí)給礦量，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)礦量的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，給水和濃度控制也操作簡(jiǎn)單。中國(guó)黃金集團(tuán)烏努格吐山銅鉬礦的選廠磨礦自控系統(tǒng)包括有：磨礦濃度自控、給礦量自控、礦倉(cāng)料位自控、旋流器的泵池液位值、給礦濃度（壓力）及溢流粒度自控，實(shí)現(xiàn)了智能化給水、給礦和磨機(jī)工況自動(dòng)分析、判斷故障、歷史數(shù)據(jù)歸檔、故障報(bào)警和保護(hù)。1.3本文的主要研究?jī)?nèi)容根據(jù)磨礦分級(jí)現(xiàn)場(chǎng)操作人員對(duì)于生產(chǎn)工藝的操作經(jīng)驗(yàn)，選取適合該工藝的相應(yīng)的模糊規(guī)則，確定好模糊規(guī)則中的輸入、輸出變量。用模糊控制來(lái)解決生產(chǎn)工藝中難以建立的復(fù)雜數(shù)學(xué)模型問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一整套針對(duì)南方某鉭鈮礦的磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)過(guò)程控制系統(tǒng)，在提高磨礦分級(jí)過(guò)程中的穩(wěn)定性與處理量方面得到很好的解決途徑，從而使生產(chǎn)工藝中的球磨機(jī)能夠連續(xù)工作并且長(zhǎng)期處在最佳狀態(tài)而又不出現(xiàn)“脹肚”現(xiàn)象，提高選礦棒（球）磨的處理能力，提高精礦回收率。本文針對(duì)磨礦分級(jí)的模糊控制，設(shè)計(jì)出一套磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)，并且圍繞這一控制方案作者從2010年10月開(kāi)始了對(duì)該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，在長(zhǎng)達(dá)一年多的努力下，經(jīng)過(guò)不斷的測(cè)試與修改，基本完成了針對(duì)本文的研究與設(shè)計(jì)工作?，F(xiàn)將現(xiàn)階段主要成果撰寫(xiě)成工程碩士論文并且按以下控制思想組織全文：第一章：引言（磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的背景、研究意義、發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)）第二章：磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)工藝流程及方案設(shè)計(jì)第三章：磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)第四章：磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)第五章：磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)第六章：磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)與分析第七章：總結(jié)與展望1.4 本章小結(jié)本章介紹了項(xiàng)目產(chǎn)生的背景和課題研究的現(xiàn)實(shí)意義，在綜合國(guó)內(nèi)外磨礦分級(jí)控制技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)目前礦山磨礦分級(jí)存在的諸多問(wèn)題，提出了本文的主要研究?jī)?nèi)容與側(cè)重點(diǎn)并整理了本文的組織安排。第二章 磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)工藝流程及方案設(shè)計(jì)南方某鉭鈮礦建于上世紀(jì)七十年代，是我國(guó)目前規(guī)模最大的鉭鈮采選企業(yè)和鉭鈮鋰原料生產(chǎn)基地，礦床含鉭鈮鋰銣銫等多種金屬，具有開(kāi)采條件好，儲(chǔ)量大，有用金屬多，綜合利用價(jià)值高的特點(diǎn)，為國(guó)內(nèi)外同行矚目。但目前卻受到無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定生產(chǎn)的困擾，主要原因是礦石性質(zhì)的變化以及人工操作不能及時(shí)對(duì)生產(chǎn)不穩(wěn)定因素做出反應(yīng)，導(dǎo)致選礦廠流程穩(wěn)定性差，更無(wú)法快速適應(yīng)因原礦的塊粉礦搭配比例變化時(shí)新的選別流程的穩(wěn)定，最終導(dǎo)致原礦處理量以及最終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量無(wú)法得到保障和提高，通過(guò)引入自動(dòng)化控制系統(tǒng)，對(duì)磨礦生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化控制、優(yōu)化運(yùn)行和優(yōu)化管理，保證磨礦系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定和高效，實(shí)現(xiàn)選廠生產(chǎn)磨礦處理能力最大化。2.1 磨礦分級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)工藝流程選礦生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)是磨礦分級(jí)，控制好磨礦過(guò)程能夠使能耗降低、最終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量提高。磨礦過(guò)程的目標(biāo)是通過(guò)改變給水量和給礦量，使磨機(jī)的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最優(yōu)，并且使分級(jí)的濃度和溢流粒度滿足要求。在磨礦分級(jí)過(guò)程中，給礦量、原礦的性質(zhì)、磨機(jī)的排礦量、分級(jí)機(jī)的返砂量、返砂水量、磨機(jī)的轉(zhuǎn)速、介質(zhì)充填率、礦石充填率、襯板狀況及球荷比等可以影響磨機(jī)的產(chǎn)量以及分級(jí)機(jī)溢流濃度和粒度。由于上述各種因素的多變性和隨機(jī)性增加了磨礦分級(jí)過(guò)程的控制難度。外部條件有原礦性質(zhì)、磨機(jī)的轉(zhuǎn)速、球荷情況及襯板狀況，對(duì)于這些因素，只能遵守客觀事實(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)法調(diào)節(jié)?？墒牵绻耆懦鲜銮闆r來(lái)實(shí)施控制，顯然是不可行的。由于原礦性質(zhì)隨時(shí)都有變化的可能，任何變化都會(huì)導(dǎo)致破壞系統(tǒng)平衡狀態(tài)。所以能夠自動(dòng)分析原礦性質(zhì)的變化，并作出相應(yīng)調(diào)整是必須控制系統(tǒng)的一個(gè)功能1213。下圖是磨礦分級(jí)工藝圖。圖2.1 磨礦分級(jí)工藝圖2.2 給礦量工藝流程由工藝要求可得，在下位機(jī)內(nèi)設(shè)定礦量的給定值，核子秤測(cè)得的瞬時(shí)值作為檢測(cè)值，將檢測(cè)值與給定值進(jìn)行比較，如果存在偏差，由下位機(jī)將信號(hào)輸出至變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)改變給礦電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩沟V量改變，將檢測(cè)值與給定值的偏差消除。在下一時(shí)刻，繼續(xù)執(zhí)行這一過(guò)程，從而使給定值與檢測(cè)值的偏差最小，使系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。球磨機(jī)內(nèi)負(fù)荷與電流變送器的輸出信號(hào)的關(guān)系如圖2.2所示，在本系統(tǒng)中，球磨機(jī)工作過(guò)程的磨機(jī)裝載量由電流變送器負(fù)責(zé)檢測(cè)。由圖2.2可知，在初始狀態(tài)，礦石裝載量與磨機(jī)電流成正比，即電流變大，礦石裝載量越大。如果磨機(jī)內(nèi)礦石的參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，要求主機(jī)能及時(shí)修改設(shè)定值，而設(shè)定值的修改是通過(guò)電流變送器將信號(hào)輸?shù)街鳈C(jī)，改變變頻器的值，從而調(diào)整給礦量的大小，使磨礦的運(yùn)行效率達(dá)到最高，一直保持最佳充填率，同時(shí)又不會(huì)出現(xiàn)“脹肚” 。同時(shí)由圖4.3可知，當(dāng)磨機(jī)裝載量達(dá)到一定值時(shí)，磨機(jī)電流將不會(huì)變大，如果繼續(xù)增大裝載量，磨機(jī)電流反而降低，把這一點(diǎn)作為臨界點(diǎn)，并應(yīng)用實(shí)物進(jìn)行標(biāo)定，只要滿足電流信號(hào)大于臨界點(diǎn)即可以有效地防止“漲肚”1415。如果電流值小于臨界值，則減小給礦量從而使電流信號(hào)變大，如果電流值大于臨界值，磨機(jī)正常運(yùn)行。防止“漲肚”的另一種方法是檢測(cè)分級(jí)機(jī)的電流，調(diào)節(jié)磨機(jī)的工作狀態(tài)，如果磨機(jī)正常工作，分級(jí)機(jī)的返沙比很穩(wěn)定，如果有“漲肚”的趨勢(shì)時(shí)，則調(diào)節(jié)給礦量，從而使磨機(jī)恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)。圖2.2 給礦量控制2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)南方某鉭鈮礦一段磨礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)目的是通過(guò)對(duì)磨礦進(jìn)行檢視、控制和管理，進(jìn)一步挖掘生產(chǎn)設(shè)備的潛能，穩(wěn)定工藝生產(chǎn)過(guò)程，穩(wěn)定并提高工藝技術(shù)指標(biāo)；提高設(shè)備自動(dòng)化，降低一線工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低系統(tǒng)維護(hù)成本，提高整體工作效率。2.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則南方某鉭鈮礦磨礦分級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)本著以下設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：1、系統(tǒng)的可靠性原則為了使自動(dòng)化系統(tǒng)在滿足工藝要求基礎(chǔ)的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，并且具有抗各種干擾的能力，滿足電磁兼容性和安全性的要求；所提供的系統(tǒng)軟件是當(dāng)今國(guó)際計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域公認(rèn)的、穩(wěn)定可靠的、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和相應(yīng)的系統(tǒng)軟件；系統(tǒng)配置的通信網(wǎng)絡(luò)、過(guò)程控制系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件和標(biāo)準(zhǔn)的商用軟件具有高容錯(cuò)能力；所提供的設(shè)備符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。所有部件具有較強(qiáng)的抗電磁及無(wú)線電干擾能力；整個(gè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)分成三級(jí)網(wǎng)絡(luò)（設(shè)備網(wǎng)、控制網(wǎng)、信息網(wǎng)），各層網(wǎng)要求能夠獨(dú)立運(yùn)行，各層網(wǎng)之間要求隔離，隔離通過(guò)網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，保證綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的獨(dú)立性和安全性。2、系統(tǒng)的先進(jìn)性原則由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)迅速發(fā)展，所提供的系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件是當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的產(chǎn)品和成熟的最新版本軟件，當(dāng)更先進(jìn)和成熟的產(chǎn)品和軟件版本出現(xiàn)時(shí)，能與所提供的產(chǎn)品和軟件保持兼容。保證所提供的系統(tǒng)在本領(lǐng)域中有應(yīng)用業(yè)績(jī)。3、系統(tǒng)的易維護(hù)性原則系統(tǒng)具有易于維護(hù)，操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。4、系統(tǒng)的可擴(kuò)展性原則系統(tǒng)具有靈活的擴(kuò)展能力。以保證在工廠擴(kuò)建或改造時(shí)，滿足工廠對(duì)控制系統(tǒng)的擴(kuò)容要求。除了系統(tǒng)的硬件的要求外，系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件具有靈活的擴(kuò)展能力。5、系統(tǒng)的開(kāi)放性原則控制系統(tǒng)采用開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，符合iso的有關(guān)通信標(biāo)準(zhǔn)，方便系統(tǒng)擴(kuò)充。6、系統(tǒng)的完善性原則控制系統(tǒng)是完整的、可靠的、滿足技術(shù)要求的系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的硬件、軟件的完整性和兼容性。7、負(fù)荷原則整個(gè)系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)儀表、一次元器件、控制單元、工程師站、操作站、管理終端、網(wǎng)關(guān)、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，其負(fù)荷都不超過(guò)其硬件、軟件能力的60%。2.5技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范本次方案設(shè)計(jì)依據(jù)中國(guó)現(xiàn)行的各項(xiàng)有關(guān)規(guī)程、規(guī)范及地方有關(guān)規(guī)定。依照的主要規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)如下：1、自動(dòng)化儀表選型規(guī)定 hg20507-922、工業(yè)自動(dòng)化儀表用電源、電壓 gb3368-823、工業(yè)自動(dòng)化儀表用氣源壓力范圍和質(zhì)量 gb4830-844、工業(yè)自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范 gb500932002 5、不間斷電源設(shè)備 gb7260-876、計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)文件編制指南 gb 8567-887、工業(yè)控制用軟件評(píng)定準(zhǔn)則 gb/t13423-19928、系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求 gb14050932.6磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.6.1磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)南方某鉭鈮礦選礦廠的工藝特點(diǎn)，把選礦廠自動(dòng)控制的重點(diǎn)放在提高棒磨機(jī)的磨礦效率和產(chǎn)品質(zhì)量上，在穩(wěn)定磨礦細(xì)度前提下盡最大可能提高磨機(jī)的處理能力。磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制包括給礦量的自動(dòng)控制，棒磨機(jī)磨礦濃度控制，棒磨機(jī)的音頻檢測(cè)，棒磨機(jī)的功率檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)智能給水、給礦及磨機(jī)工況的自動(dòng)分析、歷史資料歸檔、事故報(bào)警、故障判斷、故障保護(hù)等。由于入磨原礦性質(zhì)及粒度的變化、供水水壓的波動(dòng)等因素會(huì)對(duì)磨礦分級(jí)生產(chǎn)過(guò)程造成經(jīng)常性的甚至是大幅度的擾動(dòng)，在人工操作的條件下很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)并克服這些擾動(dòng)，及時(shí)調(diào)整操作條件（如磨機(jī)給水量、給礦量、泵池補(bǔ)加水量、砂泵轉(zhuǎn)速等）。磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)很容易造成磨機(jī)的過(guò)負(fù)荷（即磨機(jī)“脹肚”）或欠負(fù)荷，泵池礦漿外溢、泵喘振，致使磨礦分級(jí)生產(chǎn)過(guò)程不穩(wěn)定，不僅影響磨機(jī)產(chǎn)量和分級(jí)溢流粒度達(dá)不到工藝要求，也直接影響后續(xù)選別流程的穩(wěn)定，影響最終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量1617。針對(duì)南方某鉭鈮礦選礦廠磨礦工藝流程的特點(diǎn)，磨礦生產(chǎn)自動(dòng)控制的關(guān)鍵是：磨機(jī)介質(zhì)充填率符合工藝要求的前提下，控制磨機(jī)的給礦量，使磨機(jī)內(nèi)的礦石裝載量始終在合適的范圍內(nèi)，防止磨機(jī)過(guò)負(fù)荷（即俗稱“脹肚”）或欠負(fù)荷，在保證磨礦出口粒度及后續(xù)選別流程容量允許的條件下適當(dāng)提高磨機(jī)的處理量。磨機(jī)內(nèi)的礦漿濃度（即磨礦濃度）控制在工藝要求的范圍內(nèi)。一段泵池泵出口濃度控制在工藝要求的范圍內(nèi)。磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)流程圖如圖2.3所示。圖2.3 磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)在主廠房主控室設(shè)置工程師站1臺(tái)，設(shè)置操作員站1臺(tái)。上位機(jī)系統(tǒng)與控制器采用100mhz 以太環(huán)網(wǎng)，通過(guò)工業(yè)交換機(jī)連接。plc系統(tǒng)的控制器采用了s7-400控制系統(tǒng)，由1 套s7-416控制器組成，現(xiàn)場(chǎng)i/o采用了et200分布式i/o。所有io站都是通過(guò)profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線與主控制器相連接的。系統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)按照環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)，通訊速率為100m，系統(tǒng)具有很高的擴(kuò)展能力，最大可以擴(kuò)展到1000個(gè)負(fù)載站（包括現(xiàn)場(chǎng)站和操作站）。環(huán)網(wǎng)所使用的交換機(jī)是moxa公司生產(chǎn)的工業(yè)交換機(jī)，完全適應(yīng)于苛刻的工業(yè)場(chǎng)合，進(jìn)一步提高了管理控制層通訊的可靠性。2.6.2 系統(tǒng)編程軟件采用西門(mén)子公司的step 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包作為編程軟件。step 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包符合面向圖形和對(duì)象的windows操作原則，可運(yùn)行在windows2000、windows xp、windowsserver2003下，為適應(yīng)不同的應(yīng)用對(duì)象，可選擇不同的版本，本設(shè)計(jì)是采用v4.5漢化版進(jìn)行的。(1)simatic管理器可瀏覽simatics7、m7、c7的所有工具軟件和數(shù)據(jù)。(2)符號(hào)編輯器管理所有的全局變量，用于定義符號(hào)名稱、數(shù)據(jù)類型和全局變量的注釋。(3)通信組態(tài)包括組態(tài)的連接和顯示、定義mpi或profibusdp設(shè)備之間由時(shí)間或事件驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)傳輸、定義事什驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)、用編程語(yǔ)言對(duì)所選通信塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。(4)硬件組態(tài)用于對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行配置和參數(shù)設(shè)置。包括系統(tǒng)組態(tài)(選擇機(jī)架、給各個(gè)槽位分配模塊、自動(dòng)生成i/oo地址)、cpu參數(shù)設(shè)置(如啟動(dòng)特性、掃描監(jiān)視時(shí)間)和模塊參數(shù)設(shè)置(用于定義硬件模塊的可調(diào)整參數(shù))。(5)編程語(yǔ)言可以是梯形圖語(yǔ)言(lad)、功能塊圖語(yǔ)言(fbd)和語(yǔ)句表語(yǔ)言(stl)(6)硬件診斷工具為用戶提供自動(dòng)化系統(tǒng)的狀態(tài)，可快速瀏覽cpu的數(shù)據(jù)以及用戶程序運(yùn)行中的故障原因，也可用圖形方式顯示硬件配置，例如，模塊的一般信息和狀態(tài)、顯示模塊故障、顯示診斷緩沖區(qū)信息等181920。2.6.3系統(tǒng)組態(tài)軟件wincc本系統(tǒng)選用西門(mén)子公司的wincc軟件作為組態(tài)軟件。組態(tài)軟件采用圖形和動(dòng)畫(huà)的方式顯示各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，能夠在計(jì)算機(jī)上遠(yuǎn)程顯示出現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的參數(shù)和運(yùn)行情況，設(shè)備上的檢測(cè)值通常采用柱狀圖體現(xiàn)，歷史數(shù)據(jù)則通過(guò)曲線表現(xiàn)，形象直觀，同時(shí)在組態(tài)軟件中可以隨時(shí)更改運(yùn)行參數(shù)，所以，自動(dòng)化系統(tǒng)正常運(yùn)行的其中一個(gè)重要部分是組態(tài)軟件，是人機(jī)交互的中心。wlndowscontroiconter(視窗控制中心)是西門(mén)子公司wincc組態(tài)軟件的全稱。它包括script（腳本）語(yǔ)言、設(shè)備組態(tài)、動(dòng)畫(huà)連接、設(shè)備聯(lián)通等步驟，可以在windows 操作系統(tǒng)中同時(shí)使用各種其他通用軟件的功能，它擁有技術(shù)先進(jìn)和無(wú)縫集成的特點(diǎn)2122。在個(gè)人計(jì)算機(jī)環(huán)境下運(yùn)行wincc，可以與多種設(shè)備和控制軟件相連接，靈活使用，各種功能齊全，擁有菜單選項(xiàng)、可視窗口。wincc為用戶提供了形象直觀的環(huán)境，可以利用其進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、組態(tài)和編程，從而得到我們所需要的操作窗口、運(yùn)行窗口、報(bào)警窗口、趨勢(shì)曲線（包括實(shí)時(shí)、歷史）、報(bào)表等等?？梢源蟠罂s短工作時(shí)間，提高工作效率。整體開(kāi)放性是wincc的另一個(gè)特點(diǎn)。整體開(kāi)放性是指wincc可以與各種軟件連接在一起，為了滿足實(shí)際需要組成有友好的人機(jī)界面，用戶也可以利用wincc開(kāi)發(fā)更為高級(jí)且滿足自己需求的應(yīng)用系統(tǒng)。2.6.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)是為保存生產(chǎn)過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)所設(shè)計(jì)的，可以方便查詢和調(diào)整設(shè)定值，同時(shí)為故障判斷提供可靠地依據(jù)，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)采用wincc自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以更好地共享生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從而保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。2.6.5系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)simatic net工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)的全集成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，擁有豐富靈活的網(wǎng)絡(luò)層級(jí)。它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框如圖所示。 simatic net工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)各個(gè)層級(jí)的通訊協(xié)議都是符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，保證了系統(tǒng)的開(kāi)放性、可擴(kuò)展性。所有應(yīng)用于simatic net的產(chǎn)品和模件都是為了工業(yè)應(yīng)用而開(kāi)發(fā)，適用于可能遭受嚴(yán)重電磁干擾、液體侵蝕、高度污染和機(jī)械沖擊的工業(yè)環(huán)境，simatic net網(wǎng)絡(luò)已被廣泛地安裝和應(yīng)用，經(jīng)過(guò)了時(shí)間的考驗(yàn)。simatic net工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)還可采用冗余設(shè)計(jì)，具備很好的容錯(cuò)性能，不僅保證了系統(tǒng)通訊的可靠性，也便于系統(tǒng)的故障維護(hù)2324。 本項(xiàng)目pcs7系統(tǒng)的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)選用了simatic net工業(yè)以太網(wǎng)和profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線。其中工業(yè)以太網(wǎng)用于系統(tǒng)操作員站和主控制站之間的連接；而profibu-dp現(xiàn)場(chǎng)總線用于主控制站和遠(yuǎn)程i/o控制站之間的連接。2.6.6系統(tǒng)擴(kuò)展接口設(shè)計(jì)profibus現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)可提供了最多125個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此還有很大的擴(kuò)展空間，在profibus網(wǎng)絡(luò)中還可以接入眾多的profibus總線設(shè)備例如智能電機(jī)、智能開(kāi)關(guān)、智能傳感器或者profibus總線i/o控制站等，也可以接入其它的控制終端、包括plc、工控機(jī)、internet遠(yuǎn)程控制設(shè)備、無(wú)線聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等，組成豐富多彩的復(fù)雜的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)?？刂葡到y(tǒng)預(yù)留了網(wǎng)絡(luò)接口，做為管理工作站的服務(wù)器既可以通過(guò)內(nèi)置的10m/100m自適應(yīng)網(wǎng)卡或調(diào)制解調(diào)器與其他客戶機(jī)組成管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)，又可以在客戶機(jī)上再安裝一塊cp1613卡實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的同步監(jiān)控。2.7系統(tǒng)的操作方式自動(dòng)控制系統(tǒng)分為遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、就地控制和遠(yuǎn)程手動(dòng)控制三種方式。遠(yuǎn)程自動(dòng)控制方式為主要的和基本的運(yùn)行方式，其它兩種運(yùn)行方式為在特定工況下的補(bǔ)充，另根據(jù)系統(tǒng)工藝要求提供運(yùn)行時(shí)所必要的聯(lián)動(dòng)和互鎖25。2.7.1遠(yuǎn)程自動(dòng)控制遠(yuǎn)程自動(dòng)控制模式由上位機(jī)完成，操作人員可通過(guò)上位機(jī)畫(huà)面的自動(dòng)方式啟動(dòng)按鈕來(lái)啟動(dòng)生產(chǎn)線。首先程序進(jìn)行自檢，自檢通過(guò)則彈出啟動(dòng)允許對(duì)話框，如果發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線上設(shè)備出現(xiàn)故障、處于檢修狀態(tài)或其他非正常情況時(shí)發(fā)出報(bào)警。在遠(yuǎn)程自動(dòng)控制方式下，生產(chǎn)線上的所有設(shè)備按工藝要求進(jìn)行聯(lián)鎖。2.7.2遠(yuǎn)程手動(dòng)控制遠(yuǎn)程手動(dòng)控制模式由上位機(jī)完成，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的單機(jī)啟停。在遠(yuǎn)程手動(dòng)控制方式下，由操作人員直接點(diǎn)擊畫(huà)面上的設(shè)備，在彈出的單個(gè)設(shè)備啟停對(duì)話框上直接進(jìn)行設(shè)備的控制。2.7.3就地手動(dòng)控制就地控制模式由安裝在設(shè)備附近的就地按鈕站或設(shè)備自帶的控制箱來(lái)完成，可通過(guò)就地遠(yuǎn)程切換開(kāi)關(guān)切換設(shè)備的控制方式。只有當(dāng)切換開(kāi)關(guān)放在遠(yuǎn)程位置時(shí)，中控室才能通過(guò)程控操作設(shè)備，當(dāng)切換開(kāi)關(guān)放在就地位置時(shí)，只能在就地手動(dòng)操作設(shè)備；就地手動(dòng)操作方式具有最高的操作權(quán)限。2.8 磨礦分級(jí)過(guò)程的計(jì)算機(jī)監(jiān)控計(jì)算機(jī)是監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程的窗口，顯示并記錄來(lái)自各控制單元的過(guò)程數(shù)據(jù)，通過(guò)人機(jī)界面，將分散的過(guò)程信息集中起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息處理和操作集中化，完成系統(tǒng)監(jiān)視和控制功能26。監(jiān)控系統(tǒng)（工藝過(guò)程監(jiān)控級(jí)）實(shí)現(xiàn)了如下功能：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作狀態(tài)顯示（1）操作員站能綜合顯示字符和圖象信息，操作人員通過(guò)操作員站實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程的操作和監(jiān)視。每幅畫(huà)面能顯示過(guò)程變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)。（2）操作顯示采用多層顯示結(jié)構(gòu)，顯示的層數(shù)可根據(jù)工藝過(guò)程和運(yùn)行要求來(lái)確定，這種多層顯示可使運(yùn)行人員方便地翻頁(yè)，以獲得操作所必需的細(xì)節(jié)和對(duì)特定的工況進(jìn)行分析。工藝參數(shù)趨勢(shì)曲線顯示和歷史數(shù)據(jù)分析；報(bào)警顯示和事故記錄；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程維護(hù)；產(chǎn)量顯示、歷史記錄；遠(yuǎn)程啟停設(shè)備；工藝流程運(yùn)行狀態(tài)分析。2.9 本章小結(jié)本章介紹了本系統(tǒng)的工藝流程和給礦量的工藝流程以及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)原則和所需遵循的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，并從系統(tǒng)設(shè)計(jì)組成和系統(tǒng)操作方式這兩方面進(jìn)行了闡述。另外對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的功能做了簡(jiǎn)要說(shuō)明。第三章 磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1.1磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件模塊組成(1)系統(tǒng)cpu機(jī)型的選擇系統(tǒng)cpu機(jī)型的選取主要是西門(mén)子公司的plc s7-400系列。目前西門(mén)子公司生產(chǎn)的plc是市場(chǎng)上應(yīng)用比較成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域較廣，而且技術(shù)相對(duì)而言較為成熟，在技術(shù)支持上有保障。在國(guó)內(nèi)外諸多領(lǐng)域的應(yīng)用中，有著豐富的經(jīng)驗(yàn)可以供參考、借鑒。因此整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期較短，可以節(jié)約大量的時(shí)間，降低成本，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)利益。在整個(gè)s7系列中，西門(mén)子s7-200通訊功能相對(duì)比較弱，而且不能滿足本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)所需用的工作點(diǎn)數(shù)；滿足不了工藝要求，也不能與上下位機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)間的通訊；同理s7200系列也是因?yàn)楣δ鼙容^簡(jiǎn)單，滿足不了工藝自動(dòng)控制的要求；而s7-400無(wú)論從通訊功能還是開(kāi)發(fā)所需的工作點(diǎn)數(shù)等方面均符合本系統(tǒng)的要求，故生產(chǎn)工藝自動(dòng)控制系統(tǒng)選用s7400系列plc2728。cpu模塊的選擇西門(mén)子plc s7-400是模塊式結(jié)構(gòu)。首先模塊化、無(wú)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)；其次硬件模塊堅(jiān)固耐用，拓展性良好，容易擴(kuò)展并具備廣泛的通訊能力，且較容易實(shí)現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)；在本文的控制系統(tǒng)中要求與上位機(jī)進(jìn)行通訊，同時(shí)能與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊。綜合以上因素的影響，根據(jù)性價(jià)比與系統(tǒng)控制要求，選用cpu416-2dp。416-cpu本身帶有兩個(gè)profibus-dp接口，從而建立一個(gè)dp網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)plc與整個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通訊。(3)電源模塊的選擇ps407系列電源模塊是西門(mén)子公司為s7-400專配的24v dc 電源，可安裝在s7-400的專用導(dǎo)軌上，其額定輸出電流有2a、5a、10a等多種?，F(xiàn)在選用5a的電源，用于對(duì)simatic s7-400的供電。(4)信號(hào)模塊i/o的選取信號(hào)模塊分為：數(shù)字量模塊和模擬量模塊，數(shù)字量模塊分為數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊，模擬量模塊分為模擬量輸入模塊和模擬量輸入模塊。信號(hào)的輸入輸出磨塊，主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備的數(shù)量和控制類型的要求來(lái)選擇，在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，應(yīng)該留有一定量的余額量，以滿足以后生產(chǎn)工藝的改進(jìn)的需求。在模塊分級(jí)控制系統(tǒng)選用6個(gè)數(shù)字量輸入模塊sm321 di32dc24v，5個(gè)數(shù)字量輸出模塊sm322 do3224v/0.5a, 3個(gè)模擬量輸入模塊sm331 ai812bit和1個(gè)模擬量輸出模塊sm332 ao412bit。（5）通信模塊本系統(tǒng)的通信模塊為cp443-1，cp443-1用于將simatic s7-400連接到工業(yè)以太網(wǎng)。采用10/100mbit/s通訊速率自檢測(cè)，支持全雙工/半雙工連接，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程編程和調(diào)試，通過(guò)s7路由實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的pg/op通訊。cp443-1通過(guò)自帶的微處理器，獨(dú)立的處理工業(yè)以太網(wǎng)上的數(shù)據(jù)通訊。3.1.