贛州金環(huán)磁選設(shè)備有限公司 李 忠贛州有色冶金研究所 陳佩琳

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淺談可編程序控制器（PLC）在選礦設(shè)備（SLON系列磁選機(jī)）運用

贛州金環(huán)磁選設(shè)備有限公司 李 忠
贛州有色冶金研究所 陳佩琳

【摘要】隨著現(xiàn)代工業(yè)進(jìn)程，可編程序控制器（PLC）融合計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)，具有穩(wěn)定性強(qiáng)，可靠性高等特點，與SLON系列磁選機(jī)完美結(jié)合，提升設(shè)備技術(shù)含量，推進(jìn)SLON系列磁選機(jī)技術(shù)升級。尤其可編程序控制器（PLC）產(chǎn)品在其性能指標(biāo)及功能上進(jìn)一步提升和完善，在機(jī)械設(shè)備行業(yè)發(fā)展發(fā)揮重要作用。

【關(guān)鍵詞】可編程控制器；PLC；磁選機(jī)；電氣控制

引言

SLON系列磁選機(jī)是目前國內(nèi)采用機(jī)電一體化智能選礦、先進(jìn)大型磁選設(shè)備，在選礦行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。在早期的產(chǎn)品中，由于沒有使用可編程序控制器（PLC），致使存在選礦指標(biāo)效果不佳和產(chǎn)能不高等問題。自2005年，采用了磁選機(jī)自動控制系統(tǒng)（KGCF），使產(chǎn)品品質(zhì)和技術(shù)附加值得到提升。磁選機(jī)自動控制系統(tǒng)（KGCF）以PLC微處理器(CPU)為基礎(chǔ)，采用編制程序方式，通過內(nèi)部存儲邏輯處理，執(zhí)行邏輯運算、順序運算、算術(shù)運算等，對磁選機(jī)各項技術(shù)參數(shù)、性能、操作等模擬，通過PLC微處理器(CPU) 邏輯處理，經(jīng)數(shù)字量之間D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換的操作指令，指令數(shù)字式輸入和輸出，達(dá)到磁選機(jī)選礦生產(chǎn)過程有效控制[1]。本文介紹PLC在SLON系列磁選機(jī)控制中的幾項關(guān)鍵應(yīng)用。

1　SLON系列磁選機(jī)工作原理

SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1[2]。SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)主要由磁頭、磁軛、激磁線圈、轉(zhuǎn)環(huán)（磁介質(zhì)盒)和脈動沖程機(jī)構(gòu)、各種礦斗等部件構(gòu)成，用導(dǎo)磁不銹鋼制成的圓棒或鋼板網(wǎng)狀磁介質(zhì)。

圖1　slon立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)結(jié)構(gòu)

部件名稱：l—脈動機(jī)構(gòu)；2—勵磁線圈；3—鐵軛；4—轉(zhuǎn)環(huán)；5—給礦斗；6—漂洗水斗；7—精礦沖洗裝置；8—精礦斗；9—中礦斗；1O—尾礦斗；1l—液位斗；l2—轉(zhuǎn)環(huán)驅(qū)動機(jī)構(gòu)；13—機(jī)架；F—給礦；w—清水；c—精礦；M—中礦；T—尾礦。

SLON系列磁選機(jī)核心部件激磁線圈由空心銅管繞制，采用低電壓高電流激磁，通水冷卻。利用純鐵制成的鐵鎧和磁極頭，與線圈構(gòu)成閉合回路，磁力線完全封閉在方框鐵殼內(nèi)，達(dá)到足夠的場強(qiáng)。轉(zhuǎn)環(huán)在閉合回路作切割磁力線運動，在磁場的作用下，磁性礦粒發(fā)生磁聚而形成“磁團(tuán)”或“磁鏈”，“磁團(tuán)”或“磁鏈”在礦漿中受磁力作用，向磁極運動，而被吸附在轉(zhuǎn)環(huán)上的磁介質(zhì)盒，達(dá)到分選的效果。分選效果的好壞，取決于磁選機(jī)自動控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定。通過SLON系列自動控制系統(tǒng)研究，關(guān)鍵要解決好“穩(wěn)定電流、穩(wěn)定場強(qiáng)、控制溫度、控制液位高低和控制水壓流量”等技術(shù)問題，比如，電流不穩(wěn)定，將導(dǎo)致場強(qiáng)波動，最終影響產(chǎn)品品質(zhì)。[3]

2　可編程序控制器（PLC）的工作原理

2.1可編程序控制器（PLC）的構(gòu)成

PLC由CPU,I/O模塊，編程器，存儲器，電源模塊等構(gòu)成。因此PLC的選擇主要應(yīng)從機(jī)型、容量（I/O點數(shù)和用戶存儲容量）、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。

2.2可編程控制器（PLC）的工作原理

可編程控制器（PLC）的工作原理實質(zhì)是循環(huán)的掃描過程。

2.3可編程控制器（PLC）的工作過程

當(dāng)PLC執(zhí)行運行（RUN），其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。

2.3.1輸入采樣

在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次把輸入狀態(tài)讀入與存入輸入映像寄存器過程。

2.3.2用戶程序執(zhí)行

在用戶程序執(zhí)行階段，PLC依次掃描用戶程序(梯形圖)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算，運算的結(jié)果寫入對應(yīng)的元件映像寄存器的過程。

2.3.3輸出刷新

輸出刷新階段，PLC通過掃描方式將輸出狀態(tài)傳送到輸出鎖存器的過程。PLC性能優(yōu)勢完全取代傳統(tǒng)由繼電器和接觸器控制，實現(xiàn)開關(guān)量的邏輯控制、順序控制到單機(jī)模式、組網(wǎng)以及分布式組態(tài)中處理復(fù)雜的自動化任務(wù)控制系統(tǒng)，存儲量大，故障率低，操作簡單等特點在自動控制設(shè)備廣泛使用。既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線[4]。如磁選機(jī)、立車、龍門鏜銑床、刨床、磨床、組合機(jī)床、包裝流水生產(chǎn)線。

圖2　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3　PLC在磁選機(jī)自動控制系統(tǒng)運用

3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

磁選機(jī)自動控制系統(tǒng)采用德國西門子S7-200可編程序控制器（PLC）、模擬量輸入輸出模塊、SMART 700 IE觸摸屏、可控硅整流裝置(包括三相半控整流電路和觸發(fā)器)、溫度變送器、電流變送器、電壓變送器等組成,與變頻控制技術(shù)及控調(diào)技術(shù)融為一體[5]，PLC對磁選機(jī)工藝參數(shù)(磁選機(jī)技術(shù)指標(biāo)：電流、電壓、場強(qiáng)、溫度、液位、水壓等)模擬量進(jìn)行監(jiān)測與控制,模擬量通過數(shù)字量之間D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換得以實現(xiàn)。PLC同時具有斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)功能。PLC結(jié)合觸摸屏(HMI)對工作過程進(jìn)行實時監(jiān)視、數(shù)據(jù)分析及故障監(jiān)控[6]。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示[7]。

3.2通過PLC控制激磁電流達(dá)到穩(wěn)定

磁選機(jī)線圈電流由KGCF智能數(shù)字整流柜一次線路電源提供線圈（DC:0-60V）直流電壓。通過PLC給定信號，在自動控制狀態(tài)，控制信號觸發(fā)模塊，由KGCF觸發(fā)控制電路觸發(fā)晶閘管橋式整流電流。同時，PLC對線圈電流反饋信號進(jìn)行檢測。經(jīng)PID調(diào)節(jié)，電流實際值與給定值一致，達(dá)到電流穩(wěn)定。

3.3通過PLC控制場強(qiáng)達(dá)到穩(wěn)定

磁選機(jī)場強(qiáng)形成由鐵鎧和磁極頭，與線圈構(gòu)成閉合回路產(chǎn)生，線圈電流產(chǎn)生磁場，場強(qiáng)強(qiáng)弱大小信號采集通過直流反饋信號給PLC，經(jīng)PLC自動檢測，由KGCF觸發(fā)控制電路觸發(fā)晶閘管橋式整流電流，經(jīng)PID和分流器調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對激磁電流的控制和調(diào)節(jié)，達(dá)到場強(qiáng)穩(wěn)定。

3.4通過PLC控制溫度

磁選機(jī)線圈溫度過高因水流量低而發(fā)出報警，PLC模塊安裝溫度檢測裝置，實現(xiàn)自動溫度監(jiān)控的功能。每餅線圈外接相應(yīng)溫控傳感器，溫控元件檢測溫度信號超過設(shè)定值（<60℃），信號采樣經(jīng)PLC檢測后，PLC自動控制系統(tǒng)發(fā)出斷磁信號，封鎖觸發(fā)電路的輸出脈沖，達(dá)到切斷直流輸出，實現(xiàn)電路保護(hù)并且發(fā)出聲光報警提示，HMI觸摸顯示屏提示故障信息，提醒操作人員及時發(fā)現(xiàn)處理。若線圈溫度恢復(fù)正常，PLC系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)激磁電流至設(shè)定值，無須人工操作。以此PLC系統(tǒng)達(dá)到對溫度實時監(jiān)控。

當(dāng)KGCF智能數(shù)字整流柜中可控硅、變壓器等元件在工作過程中發(fā)熱，整流柜中溫控器一經(jīng)被檢測超過設(shè)定溫度，溫度信號反饋到PLC，PLC自動控制系統(tǒng)采用變頻控制技術(shù)對風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)級（1-3級）風(fēng)量調(diào)節(jié)，實施降溫散熱，避免元件因發(fā)熱燒毀。若風(fēng)機(jī)因故障無法啟動，系統(tǒng)自動采集和檢測信號，PLC自動控制系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，HMI觸摸顯示屏提示故障信息，便于操作人員及時處理。

3.5通過PLC控制液位高低

磁選機(jī)液位斗安裝液位測量傳感器，液位信號由PLC系統(tǒng)自動檢測，液位高低由PLC自動控制，形成采集、比樣、檢測、反饋、自控閉合回路。通過PID控制實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。

3.6通過PLC控制水壓流量

磁選機(jī)線圈通過水冷方式冷卻，線圈外接電接點水壓表與PLC系統(tǒng)終端相連接，用于監(jiān)控線圈水壓的工作情況，流量信號采集、檢測與比樣，由PLC自動控制。若一旦流量過低或水壓出現(xiàn)異常，PLC系統(tǒng)發(fā)出自動斷磁信號，封鎖觸發(fā)電路的輸出脈沖，達(dá)到切斷直流輸出實現(xiàn)電路保護(hù)，避免線圈燒毀。同時，PLC自動控制系統(tǒng)發(fā)出

聲光報警，HMI觸摸顯示屏顯示故障信息，提醒操作人員及時處理。若流量恢復(fù)正常，PLC系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)激磁電流至設(shè)定值，無須人工操作。HMI觸摸顯示屏提示故障信息自動記錄存儲，以便管理人員實時監(jiān)控。

4　結(jié)論

編程序控制器（PLC）在選礦設(shè)備（SLON系列磁選機(jī)）運用，實現(xiàn)人機(jī)完美結(jié)合。既保證設(shè)備的正常使用率又降低人工成本，提高磁選機(jī)選礦指標(biāo)，降低了能耗。實現(xiàn)SLON系列磁選機(jī)最大功效，隨著PLC高新技術(shù)的發(fā)展，為SLON系列磁選機(jī)技術(shù)支撐和創(chuàng)新提供保障。在當(dāng)今PLC技術(shù)發(fā)展前景廣闊，PLC產(chǎn)品越趨成熟完善，PLC凸顯可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功能強(qiáng)大、靈活，通俗易懂、價格便宜等特點，已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。被廣泛運用到各個領(lǐng)域中。

參考文獻(xiàn)

[1]程周.編程序控制器技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002.

[2]李忠,李勇.PLC在Slon系列磁選機(jī)的應(yīng)用[M].中國鎢業(yè),2014(3):45-50.

[3]熊大和.SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)分選紅礦的研究于應(yīng)用[J].金屬礦山,2005(8):27-32.

[4]吳中俊,黃永紅.可編程序控制器原理及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004.

[5]西門子公司.SIMATIC S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊[M].北京:國防工業(yè)出版社,2000.

[6]楊麗榮,程鐵棟.西門子S7-200 PLC在磁選機(jī)自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].礦山機(jī)械,2007(4):155-156.

[7]李忠,李勇.PLC在Slon系列磁選機(jī)的應(yīng)用[M].中國鎢業(yè),2014(3):45-50.

李忠（1972—），男，江西贛州人，工程師，主要從事磁選機(jī)電控設(shè)備研制及公司安全工作。

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