基于FCS的選礦自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

時間：2023-03-04 13:24:29 自動化畢業(yè)論文我要投稿

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　　摘要:本文根據(jù)某選礦廠的工藝流程,設(shè)計出主要通過PLC對選礦廠各環(huán)節(jié)進行控制的自動化系統(tǒng)并進行基于FCS的系統(tǒng)構(gòu)架配置,同時對選礦廠軟件控制系統(tǒng)進行了設(shè)計。通過對系統(tǒng)控制特點進行分析,該系統(tǒng)的設(shè)計理念先進,為國內(nèi)選礦廠自動控制系統(tǒng)的建設(shè)提供了一個很好的示范。

　　關(guān)鍵詞:選礦工藝單回路控制組態(tài) PLC

　　1、概述

　　在選礦過程中,隨著計算機技術(shù)的應(yīng)用、控制理論的發(fā)展及檢測手段的完善,為了能及時有效地控制生產(chǎn)過程參數(shù)的變化,保證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量,提高回收率,因此提高選礦自動化水平已被提上日程[1-2]。

　　FCS(Fieldbus Control System現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))是用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場各個控制器和儀表設(shè)備互聯(lián),構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng),同時控制功能可降低安裝成本和維修費用。FCS 是一種開放的、具有互操作性的、分散的分布式控制系統(tǒng),現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于選礦自動化控制系統(tǒng)中,并取得了較好的效果。

　　2、某選礦廠自動控制系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1 選礦廠自動控制系統(tǒng)架構(gòu)

　　根據(jù)某選礦廠的工藝流程要求,初步擬定該選礦廠的控制系統(tǒng)由5個控制站,與一個中央控制室組成環(huán)網(wǎng)。控制層提供了生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)和設(shè)備信息采集、過程數(shù)據(jù)控制處理與實時控制等功能,主要由PAC站與HMI組成。該選礦廠的自動化控制系統(tǒng)架構(gòu)見圖1所示。

　　各站內(nèi)部采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場工業(yè)總線的方式進行數(shù)據(jù)通訊;各站與中央控制室之間,采用以太網(wǎng)的方式進行數(shù)據(jù)傳輸及存儲[3]。5個控制站分別是:(1)粗碎、中碎及干選控制站;(2)高壓輥磨機流程控制站;(3)1#系列篩分預(yù)選及磨選控制站;(4)2#系列篩分預(yù)選及磨選控制站;(5)濃縮、環(huán)水及尾礦控制站。

　　這5個站都采用GE 可編程控制器PACSystems Rx3i,作為站控制器組成站控制系統(tǒng)。每個控制站設(shè)計選擇使用一臺PACSystems Rx3i系列CPU控制器、以及由PACSystems Rx3i系列相應(yīng)的功能模塊等組成一個過程控制I/O站處理系統(tǒng),負責(zé)對相應(yīng)的生產(chǎn)流程進行生產(chǎn)過程的處理控制。為了連接和維護的方便,5套HMI(內(nèi)置以太網(wǎng)口)與控制站之間通過工業(yè)以太網(wǎng)方式進行連接。

　　選礦廠控制系統(tǒng)的信息層主要提供了現(xiàn)場生產(chǎn)過程的模擬顯示、操作指令下達、報警顯示、數(shù)據(jù)存儲、歷史記錄、報表分析及WEB發(fā)布等功能。信息層主要由操作員分站、操作員總站、工程師站、歷史服務(wù)器、WEB服務(wù)器、WEB客戶端、以太網(wǎng)交換機和網(wǎng)絡(luò)打印機,以及相關(guān)的軟件等組成。

　　2.2 選礦廠自動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　該系統(tǒng)所用的軟件主要有:操作系統(tǒng)軟件WindowsXP SP2、PLC控制應(yīng)用軟件Machine Edition、組態(tài)監(jiān)控軟件iFix、歷史數(shù)據(jù)庫軟件iHistorian、WEB發(fā)布軟件Portal。

　　信息層的計算機操作系統(tǒng)主要配備Windows XP Service Pack 2。它對個人用戶來說:具有可靠的附件安全檢查,提供更多的網(wǎng)絡(luò)安全保護,確保了網(wǎng)頁瀏覽更安全。系統(tǒng)組態(tài)采用iFix軟件,由于iFix系列軟件的 C/S架構(gòu),系統(tǒng)選用2套iFix增強型的無限點開發(fā)版軟件作為工程師冗余站。此軟件通過專業(yè)驅(qū)動和下位的PLC連接,實現(xiàn)和PLC的數(shù)據(jù)的交互。同時, 選用6套iClient軟件作為此系統(tǒng)的操作員站,用來實現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控,其中5套是分別對應(yīng)于各控制站,另外1套是整個系統(tǒng)的總監(jiān)控[4]。

　　系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理選用GE公司的iHistorian軟件來實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的壓縮歸檔存儲。iHistorian數(shù)據(jù)庫通過iFix采集器和下位的iFix 軟件連接,從iFix軟件的數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)。同時,它可以通過其它采集器以及接口和別的系統(tǒng)連接。系統(tǒng)中的WEB發(fā)布功能由GE公司的Portal軟件來實現(xiàn),Portal是一個專業(yè)的可視化的數(shù)據(jù)分析報表生成和web發(fā)布的軟件。系統(tǒng)中涉及到的三個GE Fanuc軟件直接可以實現(xiàn)無縫連接。

　　同時,iFix軟件支持的COM/DCOM、DDE、OPC、ActiveX等接口和技術(shù)能實現(xiàn)與其他系統(tǒng)或軟件的連接,iHistorian支持的 OPC、OLE DB等技術(shù)支持與其他數(shù)據(jù)庫的互連,并且iHistorian的SDK完全開放,可以通過后臺開發(fā)實現(xiàn)與其他諸多系統(tǒng)和軟件的連接。

　　2.3 選礦過程主要控制方法

　　選礦過程控制主要有前饋控制、反饋控制和以反饋控制為主,輔以前饋控制的綜合控制三種。前饋控制是干涉因素未進入過程以前,先檢測出其有關(guān)參數(shù),利用事先研究的關(guān)系式,判明其對生產(chǎn)過程的影響,按要求予以校正。反饋控制是先測出被控變量參數(shù),反饋到控制器與給定值進行比較,然后根據(jù)比較結(jié)果,調(diào)節(jié)被控變量直至與給定值接近。但在選礦過程中由于礦量、濃度、粒度、品位等參數(shù)復(fù)雜多變,很難求出精確的關(guān)系式,設(shè)計不宜大量采用前饋控制。但由于選礦過程的滯后時間較長,如果只采用反饋控制系統(tǒng),也難以收到良好效果。因此,設(shè)計通常采用以反饋控制為主,并輔以前饋控制的綜合控制方式,如磨礦回路中的給礦量、濃度和粒度控制;浮選回路中的給藥量、品位和液位控制等[5]。

　　該選礦廠工藝流程主要包括:碎礦工藝流程控制、高壓輥磨流程控制、篩分預(yù)選及磨選控制、一段磨礦的工藝控制、二段磨礦的工藝控制、尾礦濃縮及尾礦輸送控制。其主要控制方式以單回路閉環(huán)控制方式為主,以圖2磨礦濃度、泵池液位、分級粒度控制回路為例介紹選礦自動化控制實現(xiàn)。

　　控制系統(tǒng)通過對濃縮機底流濃度的檢測,分析現(xiàn)時的排礦濃度與工藝設(shè)定的濃度是否有偏差,如分析結(jié)果有偏差,控制系統(tǒng)將會根據(jù)偏差決策:進行調(diào)整或者不調(diào)、進行調(diào)大或者調(diào)小底流的放礦閥,用以改變濃密機底流的排礦量,從而控制調(diào)整濃密機內(nèi)的積礦量,達到控制底流排礦濃度的目的。

　　3、系統(tǒng)設(shè)計特點

　　系統(tǒng)采用基于現(xiàn)場總線控制的配電模式(即以Profibus-DP 現(xiàn)場總線的方式連接電控設(shè)備),使控制系統(tǒng)通過PLC對軟啟動器、變頻器、電機保護器等智能設(shè)備進行檢測和控制。從而實現(xiàn)對流程設(shè)備進行多變量的監(jiān)控,提高數(shù)據(jù)的采集精度和控制精度,并實現(xiàn)完全意義上的遠程監(jiān)控。

　　使用FCS技術(shù)將現(xiàn)場智能設(shè)備通過總線的方式連接起來,即是實現(xiàn)了更高意義的配電自動化和過程自動化,其特點如下:

　　(1)由于控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備是通過總線進行數(shù)字化的傳輸,因而減少了以往模擬信號的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),提高了數(shù)據(jù)的采集精度和控制精度。采用總線方式,使標準化的智能設(shè)備可以方便互連,組態(tài)和互換,提高了互操作性和交互性。

　　(2)利用FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和總線通訊,來控制和檢測加有智能功能的流程設(shè)備。由此,實現(xiàn)對流程設(shè)備進行多參數(shù)的狀態(tài)監(jiān)控,解決以往自動化系統(tǒng)對設(shè)備監(jiān)控參數(shù)少,對設(shè)備掌控不夠的問題,從而實現(xiàn)自動化系統(tǒng)對流程設(shè)備完全意義上的遠程監(jiān)控。

　　(3)總線方式具有結(jié)構(gòu)性好,FCS可以把智能技術(shù)分散現(xiàn)場各點,依靠現(xiàn)場智能設(shè)備實現(xiàn)基本控制功能。

　　(4)通過現(xiàn)場總線可以連接所有智能設(shè)備,大大減少了控制電纜的數(shù)量和施工調(diào)試的費用,也減少了日常維護量,有利于實現(xiàn)該選礦廠的減人增效的目標要求。

　　4、結(jié)語

　　基于FCS的選礦自動化控制系統(tǒng)設(shè)計能實現(xiàn)以下功能:

　　(1)對選礦廠實行集中操作控制即:通過自動化控制系統(tǒng)對生產(chǎn)流程實現(xiàn)全流程的自動啟/�？刂�;對生產(chǎn)流程及設(shè)備運行狀態(tài)進行實時自動監(jiān)控,從而保證流程在線運行設(shè)備安全。

　　(2)對生產(chǎn)流程中重要的工藝參數(shù)如:礦倉料位、礦漿池液位、蓄水及環(huán)水池液位、破碎機、高壓輥磨機、球磨機給礦量、各給水環(huán)節(jié)的給水量等進行實時檢測和顯示。對磨選生產(chǎn)過程進行自動化調(diào)整控制,控制和穩(wěn)定兩段磨礦處理量、旋流器的溢流粒度,為選礦廠進行全過程的工藝控制,提升各項工藝選別指標。在穩(wěn)定選礦廠各項生產(chǎn)工藝指標的基礎(chǔ)上,提高選礦廠的生產(chǎn)處理效率,使選礦廠的生產(chǎn)處理效率提高5%-10%,進入國內(nèi)類似選礦廠的領(lǐng)先水平。

　　(3)通過控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),將選廠生產(chǎn)信息向上級相關(guān)部門實時傳送和發(fā)布,在提高礦業(yè)公司選礦廠生產(chǎn)自動化水平的同時、提高礦業(yè)公司現(xiàn)代化企業(yè)的管理水平。

　　(4)對該選礦廠的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)將采用先進的、基于C/S結(jié)構(gòu)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主廠房控制室為中心監(jiān)控室,配置三套服務(wù)器即:CMS中心管理服務(wù)器、SMT流媒體服務(wù)器、NVR網(wǎng)絡(luò)視頻存儲服務(wù)器及NCT網(wǎng)絡(luò)配置工具。實現(xiàn)對選礦廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)的配置、管理、網(wǎng)絡(luò)存儲及視頻發(fā)布等功能。

　　通過對該選礦廠生產(chǎn)過程的自動化控制設(shè)計,使該選礦廠的自動化裝備水平達到國際先進和國內(nèi)領(lǐng)先水平,生產(chǎn)效率和指標達到國內(nèi)選礦廠生的先進水平。

　　參考文獻

　　[1] 葛之輝,曾云南,趙保坤.選礦過程自動檢測與自動化綜述[J].中國礦山工程,2006,35(6):37-42.

　　[2] 張曉蘭,郭飛華.自動化系統(tǒng)在選礦作業(yè)的應(yīng)用與實踐[J].采礦技術(shù),2009.9(1):107-108.

　　[3] 王立,于玲.基于Profibus-DP總線控制的機電一體化系統(tǒng)[J].電力自動化設(shè)備,2009.29(6):127-129.

　　[4] 袁秀英.組態(tài)控制技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社,2003.67~88.

　　[5] 黃雨虹,陳慶玲.選礦車間生產(chǎn)過程控制方案的優(yōu)化[J].輕金屬,2003(10):9-12.

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