基于PLC的磨矿分级自动控制系统优化设计
方案，围绕提出的控制系统优化设计，从系统网络设计、硬件组成、软件组态以及进一步完善球磨机现场变量参数的监测与采集，建立数据库，通过数据分析，建立系统模型，对磨矿分级系统进行实时调控，实现给矿、配矿、磨矿分级、补水等过程变量之间协同控制和调节等方面进行了详细描述。
关键词： 磨矿分级;控制系统;设计;方案
引言
云南某矿山选矿厂磨矿分级作业主要由QSYT-3254/（45）型球磨机和WDS250B/8水力旋流器完成磨矿分级作业。主要磨矿设备采用S7—200PLC与继电器控制，实现磨机主轴瓦温度、泵池液位、前后加水流量、旋流压力等变量的局部监测监控，具备局部故障检测以及保护功能。为了进一步完善球磨机监测监控手段，以达到减轻岗位操作人员劳动强度的目的，项目通过增加磨机小齿轮振动、轴承温度、主电机前后轴瓦温度、稀油站油压、回油量、电压、电流等监测变量。
工艺概况
磨矿分级作业主要分为一段磨矿分级和二段磨矿分级两部分。
1#、2#粉矿仓通过5#集矿皮带、6#给矿皮带将矿石输送至一段磨矿。一段磨矿分级作业采用1台球磨机与2台旋流器组，旋流器溢流进入浮选作业。浮选粗选尾砂返回二段球磨机。二段磨矿分级作业亦采用1台球磨机与2台旋流器组，旋流器溢流进入浮选作业。
磨矿分级自动化系统网络配置优化设计
系统网络结构设计
自动化系统设计为3+2网络结构：三层设备、两层网络。
三层设备包括：
执行层：现场设备（传感器、执行器、分析仪、机电一体化大型设备的自动化控制系统 智能接口等）。
控制层：控制设备（系统利旧，增加IO站）。
管理层：操作设备（操作员站、工程师站）。
两层网络包括：
（1）控制网：现场设备与控制器之间的通信连接，系统设计了ProfiBus-DP接口和Modbus接口，方便实现与第三方设备、智能仪表、智能电气设备的通信。
（2）监控网：控制设备与管理层操作设备之间的通信连接，通过百兆以太网实现。核心交换机采用网管型交换机，实现网络分段管理、流量分配控制等。
系统组成
系统硬件组成
根据选矿厂的特点，利用现场原有控制系统，将新增一个I/O站。控制器采用了原系统西门子S7–300系列控制器。
PLC的过程控制器直接接收或处理以下类型的输入和输出信号：
模拟量输入：4～20mA DC电流信号
数字量输入：24V DC的数字量信号
模拟量输出：4～20mA DC电流信号
数字量输出：24V DC的数字量信号
系统I/O点表需求
每个I/O机架有安裝好的备用I/O点，为实际使用量的20%。
系统编程、组态软件
采用西门子公司的STEP 7标准软件包作为编程软件。STEP 7标准软件包符合面向图形和对象的Windows操作原则，可运行在Windows7、Windows8下。采用西门子公司的SIMATIC WinCC Professional作为组态软件。
球磨机运行状态的监控
球磨机是磨矿生产中最重要的大型设备。磨机运行状态直接影响着整个选厂的正常工作。球磨机通过实现主电机电流、主电机电压、主轴承温度、小齿轮振动、离合器气压、主电机温度、大小齿轮温度、液压站油压、液压站油流等信号的自动检测及上位机的实时监控，为生产调度人员提供实时、准确的生产信息，实时掌握设备运行状态。
磨机电流、电压、电机运行功率、电机功率因素在线监测
对一、二段球磨机6台主电机三相电流电流表、2台转子电流电流表、2台定子电流电流表更换为带远程监控功能电流表;对一、二段球磨机2台主电机三相电压电压表、2台转子电压电压表更换为带远程监控功能电压表;对一、二段球磨机主电机加装2台带远程监控功能的功率因数表;对现场一、二段球磨机2台主电机电机保护器实现通讯，实时监测电机运行功率;
磨机温度、振动在线监测
在一、二段球磨机齿轮防护罩内侧分别加装4套带远程监控功能温度传感器，用于测量小齿轮左端、右端，大齿轮左端、右端温度（共8套）;在一、二段球磨机电机防护罩分别加装1套带远程监控功能温度传感器，用于监测主电机定子温度（共2套）;分别在一、二段球磨机主电机进料端、出料端轴瓦各加装带远程监控功能温度传感器1套，用于监测电机轴瓦温度（共4套）;分别在一、二段球磨机电机主轴加装1套带远程监控功能温度传感器，用于监测电机主轴温度（共2套）;分别对一、二段球磨机主轴前后轴瓦温度传感器加装一分二信号模块，用于远程监测磨机主轴瓦温度（共4套）;分别在一、二段稀油站油箱内加装1套带远程监控功能温度传感器，用于测量稀油站油温（共2套）;分别在一、二段球磨机小齿轮轴承座进料端和出料端各加装3只带远程监控功能振动传感器，用于监测磨机齿轮振动（前后轴承座均安装，每个轴承座安装3个，共12个）;
磨机油压、油量、气压在线监测
分别在一、二段球磨机主轴瓦油路进油管、回油管加装流量计，用于监测油泵输送油量和稀油站回油量（共12台）;分别在一、二段稀油站油分配器加装带远程监控功能的压力变送器，用于监测稀油站油压（共8台）;分别在一、二段球磨机空压机供风管道上加装带远程监控功能的压力变送器，用于测量磨机离合器气压;
磨机油压、油量、气压在线监测
在一、二段球磨平台加装两台智能磨音频普分析仪，监测矿石装载量变化的情况。针对不同状态、不同环境的磨机声音在频谱上存在差别，磨音频谱分析仪能够排除背景噪声的干扰，自动分析出最能体现磨机状态的特殊区域的频率，这就能够在排除干扰的前提下准确判断磨机的状态。
磨矿分级系统自动控制优化设计
磨矿工艺流程顺序控制
针对选矿厂磨矿工艺流程的特点，磨矿生产自动控制主要是：根据生产流程需要，实现自动连锁、状态报警及顺序控制启、停给矿皮带、集矿皮带、给料机、渣浆泵等设备：
顺序启停：由球磨机自带控制系统启动球磨机–––启动6#皮带–––启动5#皮带–––启动给料机。停车顺序基本上与启动顺序相反，每个设备延时时间T，均大于设备上物料排空时间，以便下次设备轻负荷启车。
皮带机工作状态检测：皮带机跑偏开关用于皮带机跑偏检测，当一级跑偏、二级跑偏动作时，控制系统都会发出报警，提前提醒岗位人员前去进行调整（由于皮带机急停会造成皮带上压矿，所以一级跑偏只发出皮带机跑偏报警，只有跑偏严重发生二级跑偏时才会停下皮带机）。
皮带机控制箱加装电流变送器，用于检测皮带机电机运行时电流，当电流值超出上下限范围时，系统将发出报警，提醒工程操作人员对设备进行检查，并对故障进行及时处理。
球磨机均衡给料控制
5#皮带上两台电子皮带秤分别对两个粉矿仓下料量进行检测，并输出4～20mA标准信号，接入自动化控制系统。
两个粉矿仓下料口分别安装6台变频振动给料机，进行给矿控制。给矿量的控制及给矿配比是通过两个粉矿仓各自给料机的开启数量选择以及调整給料机的频率来实现的。
磨机磨矿浓度的优化控制
磨矿浓度设定与计算：由于没有合适的仪表对磨机的排矿浓度与粒度进行检测，系统通过间接手段来检测一段磨机的磨矿浓度。
给矿水控制：磨机的给水控制，通常根据给矿量、磨机的磨矿浓度要求，预先计算出目标给水量，作为磨机的给矿水的控制基准值。由电磁流量计计量，采用电动调节阀控制其流量，在保证能将给矿冲入磨机的前提下，给矿水流量用来将磨机内的矿浆浓度（即磨矿浓度）控制在工艺要求的范围内。
结语
经过优化设计的磨矿分级自动控制系统能将充分发挥设备效率;优化作业，平衡各工序的作业能力和效率，系统设计具有可靠性高、实用性强、直接效益突出、易于扩展及操作方便等的优点。此外，系统的优化设计也为企业管理提供了准确的数据，提高企业的管理水平。真正实现节能降耗，挖掘设备潜力，提高设备作业率，降低岗位工人劳动强度与难度，提高劳动生产率。最终提高选厂经济效益。
参考文献
刘法治. PLC在矿井通风控制系统的应用[J].化工自动化及仪表，2007（06）.
孙云辉.基于PLC的离心风机模糊控制系统设计与实现[J].制造业自动化，2011（10）.
梁强.西门子PLC控制系统设计及应用[M].北京：中国电力出版社，2010.7.