選礦廠磨機(jī)給礦自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究模板

選礦廠磨機(jī)給礦自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究資料內(nèi)容僅供參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系本人改正或者刪除。選礦廠磨機(jī)給礦自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究摘要:以給礦控制間路和負(fù)荷控制回路組成閉環(huán)串級控制系統(tǒng),內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)恒定給礦控制,串級實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制.較好地解決了給礦控制中給礦粒度不定,控制作用滯后等問題。并將PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù),PLC、組態(tài)軟件等成功應(yīng)用于選礦現(xiàn)場,有利干選礦廠綜合自動化的進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞:球磨機(jī);申級控制;現(xiàn)場總線;組態(tài);PLC球磨機(jī)給礦量自動控制的過程是經(jīng)過改變給礦變頻電機(jī)的頻率,使球磨機(jī)給礦量按設(shè)定值的要求變化,在給礦皮帶上安裝電子皮帶秤檢測給礦量,采用變頻器調(diào)節(jié)給礦機(jī)的頻率控制給礦量。然而,由于礦倉內(nèi)的結(jié)礦現(xiàn)象造成了給礦量的波動,而給礦量的波動無法消除也無法預(yù)測。另外,按照設(shè)備的使用要求,在給礦機(jī)與電子皮帶秤之間必須有一段距離,這也造成了控制作用的滯后。1工藝簡介及問題礦石進(jìn)出礦倉過程中,會發(fā)生自然偏析現(xiàn)象,從而導(dǎo)致礦石粒度的不均,使球磨機(jī)給礦粒度不定。當(dāng)球磨機(jī)給礦粒度較大時(shí),返砂量將增多,當(dāng)裝載量超過其負(fù)荷時(shí),將發(fā)生”脹肚”現(xiàn)象,影響正常生產(chǎn);反之,當(dāng)粒度變細(xì)時(shí),球磨機(jī)負(fù)荷量減輕,造成”空砸”。上述兩種情況都將降低球磨機(jī)的效率,在生產(chǎn)過程中是不允許的。另外,礦石可磨性的變化也會帶來類似的問題。同時(shí),還要考慮井下礦石和地表礦石在硬度上的差別,因此,對于這兩種礦石應(yīng)區(qū)別對待.傳統(tǒng)上經(jīng)過簡單恒定給礦方式對于磨礦過程雖然有好處,但仍存在一些問題。針對上述情況,本文采用將PID調(diào)節(jié)器和采樣調(diào)節(jié)器有機(jī)結(jié)合的磨機(jī)負(fù)荷給礦的控制策略,并將PROFIBUS現(xiàn)場總線、PLC、組態(tài)軟件等技術(shù)應(yīng)用于選礦現(xiàn)場,實(shí)現(xiàn)選礦生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制、優(yōu)化運(yùn)行和優(yōu)化管理,從而提高了金屬回收率、精礦品位,減少了資源消耗和操作人員,提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率,有利于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)選礦廠的綜合自動化。2控制系統(tǒng)構(gòu)成控制系統(tǒng)是由給礦控制回路和負(fù)荷控制回路組成的閉環(huán)串級控制系統(tǒng)。圖1為給礦控制系統(tǒng)原理圖。圖1給礦控制系統(tǒng)原理圖。內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)恒定給礦控制,串級實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制。其中,給礦控制回路由電子皮帶秤檢測給礦量,經(jīng)過變頻調(diào)速器控制給礦機(jī)轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)原礦給礦量,在給礦量設(shè)定值不變的清況下進(jìn)行恒定給礦調(diào)節(jié);負(fù)荷控制回路根據(jù)電耳傳感器檢測到的球磨機(jī)負(fù)荷量變化情況調(diào)整給礦量的設(shè)定值,使球磨機(jī)處于較好的磨礦狀態(tài),提高球磨機(jī)磨礦效率,增加處理量,保證球磨機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。采樣調(diào)節(jié)器、變頻器、給礦機(jī)和電子皮帶秤構(gòu)成串級系統(tǒng)中的副回路,以改進(jìn)控制系統(tǒng)的動態(tài)性能、提高抗擾動能力;PID調(diào)節(jié)器、球磨機(jī)和檢測環(huán)節(jié)(電耳傳感器)構(gòu)成主回路,保證主被控參數(shù)(給礦量)的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)精度。當(dāng)主被控參數(shù)受到擾動發(fā)生變化時(shí),作為主調(diào)節(jié)器的PID將及時(shí)修改副調(diào)節(jié)器(采樣調(diào)節(jié)器)的給定值,由給礦量閉環(huán)及時(shí)調(diào)節(jié)給礦量,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。3控制原理本系統(tǒng)中采用磨機(jī)負(fù)荷給礦,即串級控制,利用負(fù)荷檢測儀(電耳傳感器)對球磨機(jī)裝載量進(jìn)行測量,同時(shí)利用電子皮帶秤對磨機(jī)的瞬時(shí)給礦量進(jìn)行在線自動測量。PID調(diào)節(jié)器和采樣調(diào)節(jié)器為常規(guī)控制算法。當(dāng)磨機(jī)裝載量在規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí).PID調(diào)節(jié)器將保持輸出不變,并將此值作為給礦量的設(shè)定值,由采樣調(diào)節(jié)器對給礦量實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié),使給礦量保持相對穩(wěn)定。給礦量的調(diào)整是經(jīng)過變頻調(diào)速器改變給礦機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)磨機(jī)裝載量超出規(guī)定范圍時(shí),PID調(diào)節(jié)器根據(jù)其變化情況,適當(dāng)調(diào)節(jié)給礦量的設(shè)定值,由采樣調(diào)節(jié)器按改變后的設(shè)定值對給礦量進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié),使磨機(jī)給礦量維持在新的量值上,從而使磨機(jī)裝載量回到規(guī)定的范圍內(nèi)。這樣既保證了磨機(jī)裝載量處于最佳狀態(tài),又保證了給礦量的相對穩(wěn)定,從而為下一道工序創(chuàng)造了更良好的條件。球磨機(jī)裝載量的設(shè)定值及允許波動范圍根據(jù)現(xiàn)場工況由工人設(shè)定。根據(jù)現(xiàn)場測試,系統(tǒng)從開始調(diào)節(jié)頻率到電子皮帶秤檢測到礦量變化需1.0-1.5min,滯后時(shí)間較長,若采用常規(guī)的PID算法,對被控參數(shù)偏差的控制不能及時(shí)地實(shí)時(shí)反映出來,造成控制超調(diào)、甚至發(fā)生振蕩。本系統(tǒng)采用采樣控制方式,按偏差進(jìn)行周期性斷續(xù)控制,當(dāng)調(diào)節(jié)輸出一個(gè)值后,保持該值不變,直到滯后時(shí)間到達(dá),控制作用才在被控變化中起作用,并根據(jù)偏差大小進(jìn)行下一步的動作口在此控制過程中,控制周期T≥滯后時(shí)間t。同時(shí),為實(shí)現(xiàn)無靜差,使用P1算法;為減小超調(diào)量,縮短調(diào)整時(shí)間.采用積分分離對PI算法進(jìn)行優(yōu)化,使誤差減小到一定范圍時(shí),積分項(xiàng)才起作用。4現(xiàn)場總線設(shè)計(jì)方案該系統(tǒng)除具有球磨機(jī)給礦自動控制功能外,還需要實(shí)時(shí)監(jiān)控工藝流程,完成報(bào)表、統(tǒng)計(jì)、遠(yuǎn)程瀏覽等其它功能。根據(jù)以上控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求,采用基于現(xiàn)場總線的監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。選擇西門子S7-300系列PLC(CPU315-2DP)作為主控制器(主站點(diǎn)).主站點(diǎn)之間經(jīng)過CP342-5通訊處理模塊與PROFIBUS現(xiàn)場總線進(jìn)行信息交互。選擇E1200M模塊作為遠(yuǎn)程1/0(從站點(diǎn)),它與主站點(diǎn)間也經(jīng)過PROFIBUS現(xiàn)場總線進(jìn)行通信,構(gòu)成了三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的控制層。另外,根據(jù)車問的實(shí)際情況,能夠在多個(gè)球磨機(jī)組之間設(shè)置多個(gè)遠(yuǎn)程l0從站點(diǎn),實(shí)現(xiàn)與主站上位機(jī)間的數(shù)據(jù)通信。本系統(tǒng)中選擇的西門子S7-300系列PLC(CPU315-2DP),安裝在低壓配電室,根據(jù)選礦廠磨浮車間現(xiàn)場的實(shí)際布局,選擇3塊ET200M模塊作為遠(yuǎn)程l0,實(shí)現(xiàn)給礦、球磨機(jī)現(xiàn)場操作和狀態(tài)指示等。CPU與遠(yuǎn)程VO之間經(jīng)過PROFIBUS-DP接口通訊,完成球磨機(jī)的給礦自動控制。在控制室設(shè)操作計(jì)算機(jī)兩臺(OP站I和OP站2),互為備份。兩臺計(jì)算機(jī)上安裝CP5611通訊板卡,在PLC上安裝CP342-5通訊處理模塊,三者之間經(jīng)過PROFIBUS總線進(jìn)行信息交互。兩臺操作站主要實(shí)現(xiàn)給礦系統(tǒng)工藝流程和工藝數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示.實(shí)時(shí)監(jiān)控球磨機(jī)的運(yùn)行情況,如給礦量、負(fù)荷曲線、運(yùn)行時(shí)間、軸承溫度等關(guān)鍵參數(shù),另有查詢、歷史曲線、報(bào)警、參數(shù)設(shè)置、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等功能。在控制過程和網(wǎng)絡(luò)通訊中,PLC程序周而復(fù)始捅環(huán)執(zhí)行,經(jīng)過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò),通訊程序?qū)LC程序中指定的變量或參數(shù),經(jīng)DP網(wǎng)絡(luò)傳送至多個(gè)站點(diǎn),實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的自動控制?？刂剖伊碓O(shè)服務(wù)器一臺(Server),經(jīng)過交換機(jī)(Switch)可與車間主任、車間調(diào)度聯(lián)網(wǎng),從而能夠使管理層及時(shí)了解生產(chǎn)和設(shè)備的運(yùn)行情況。圖2自動監(jiān)控與管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D采用該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn):(1)由于采用了PROFIBUS總線和使用了ET200M遠(yuǎn)程UO模塊,只要一根通信線就能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場UO信號和PLC之間、PLC與上位機(jī)PC之間的連接,大大減少了接線工作量,縮短了施工時(shí)間,也使得整個(gè)系統(tǒng)更為簡潔可靠。PROFIBUS通信速率高,最高可達(dá)12Mbps,最大傳輸距離可達(dá)1000M.經(jīng)過中繼器,通信距離還能夠延伸,便于將來擴(kuò)展。(2)由于采用PLC,因此對系統(tǒng)的連鎖、保護(hù)等以開關(guān)量為主的處理極為方便。該種類型PLC對模擬量輸人輸出的處理能力也很強(qiáng),可直接連接多種類型的傳感器,適用于測量給礦量、溫度、壓力等多種類型信號,完全滿足磨礦系統(tǒng)對模擬量的處理要求。(3)PLC采用模塊化編程,經(jīng)過組織塊(OB)、功能塊(FB),數(shù)據(jù)塊(DB)等模塊之間的調(diào)用,能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制算法,而程序結(jié)構(gòu)仍很簡捷。(4)通過以太網(wǎng),生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)可在網(wǎng)上直接瀏覽車間的生產(chǎn)和設(shè)備的運(yùn)行情況,并可經(jīng)過報(bào)表查詢相關(guān)歷史曲線等,便于管理和調(diào)度。5軟件設(shè)計(jì)5.1上位機(jī)組態(tài)在Windows環(huán)境下,系統(tǒng)采用組態(tài)王6.5開發(fā)上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面,主要包括以下部分:(1)主界面。主界面的功能主要是反映球磨機(jī)組給礦的實(shí)時(shí)工作流程?，F(xiàn)場上傳的數(shù)據(jù)與組態(tài)王數(shù)據(jù)庫中定義的變量對應(yīng),經(jīng)過圖形對象與變量之間動畫連接類型模擬現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行,能夠直觀、動態(tài)地顯示現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)的變化。(2)信號分析界面。操作人員根據(jù)信號分析界面中顯示的數(shù)據(jù)和相關(guān)趨勢圖能夠判斷產(chǎn)生故障的部位和原因,預(yù)測設(shè)備未來的運(yùn)行狀態(tài)。(3)信息報(bào)警界面。信息報(bào)警分為實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)生符合報(bào)警配置條件的實(shí)時(shí)報(bào)警信息時(shí),報(bào)警點(diǎn)所屬的主界面中會彈出相應(yīng)的實(shí)時(shí)報(bào)警窗口,同時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警,直至報(bào)警信息確認(rèn)恢復(fù)。歷史報(bào)警窗口中記錄系統(tǒng)運(yùn)行中的各種報(bào)警和事件信息,提供信息查詢和打印功能。(4)報(bào)表界面。數(shù)據(jù)報(bào)表主要反應(yīng)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)和狀態(tài)等,經(jīng)過對長期的生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)能夠掌握和分析設(shè)備的生產(chǎn)情況。系統(tǒng)采用組態(tài)王提供的內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng),根據(jù)要求設(shè)置報(bào)表的格式并對報(bào)表進(jìn)行組態(tài)。另外,調(diào)用組態(tài)王中的系統(tǒng)函數(shù)實(shí)現(xiàn)報(bào)表的打印功能。5.2PLC編程經(jīng)過STEP7,用戶能夠進(jìn)行系統(tǒng)配置和程序的編寫、調(diào)試,完成PLC的硬件組態(tài)、控制PLC的運(yùn)行狀態(tài)和v0通道的狀態(tài)等。一般,用戶程序由組織塊(OB)、功能塊(FB,FC)和數(shù)據(jù)塊(DB)構(gòu)成。其中OB用于控制程序的運(yùn)行,是下位機(jī)軟件系統(tǒng)的總控模塊,能夠在OB中編寫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集程序,也能夠編寫給礦量、溫度、濃度的應(yīng)用程序。FB,FC是用戶子程序,DB是用于存取數(shù)據(jù)的存儲區(qū),該系統(tǒng)中它是組態(tài)軟件與STEP?程序的數(shù)據(jù)接口點(diǎn)。圖3為下位機(jī)軟件模塊結(jié)構(gòu)圖。圖3下位機(jī)軟件模塊結(jié)構(gòu)圖6結(jié)論球磨給礦過程具有多變性、非線性和時(shí)滯等特點(diǎn),將采樣調(diào)節(jié)器與PID調(diào)節(jié)器有機(jī)結(jié)合,運(yùn)用到球磨給礦自動控制中,在充分發(fā)揮常規(guī)PID控制優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的在線調(diào)整,提高了系統(tǒng)動態(tài)和靜態(tài)性能,較好地滿足了生產(chǎn)要求,同時(shí)結(jié)合PROFIBUS硯場總線、