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        西門子S7-300PLC在銅礦濕法選礦脫水處理系統(tǒng)的運用

        2021-03-08 04:00:06劉博文
        中國金屬通報 2021年24期
        關(guān)鍵詞:銅精礦壓濾機礦漿

        劉博文

        (江西銅業(yè)集團公司德興銅礦,江西 德興 334224)

        選礦產(chǎn)品處理主要包括精礦脫水和尾礦處理兩部分,其中精礦脫水屬于固液分離的范疇。濕法選礦廠得到的產(chǎn)品,常常含有大量水分。精礦產(chǎn)品在送往燒結(jié)和冶煉之前需脫除多余的水分,否則精礦燒結(jié)和冶煉不能進行,同時還會增加運輸費用[1]。在嚴寒地區(qū)選礦廠,如精礦水分過多會發(fā)生凍結(jié),造成貯存和運輸上的困難,而在水源缺乏的選礦廠,精礦和尾礦中的水分都需要加以利用。因此,精礦和尾礦均須進行脫水,所得到的水返回選礦廠以便繼續(xù)使用??傊?,為了便于貯存、運輸和滿足燒結(jié)、冶煉的要求,都需要脫去精礦中大量的水分[2],這是產(chǎn)品處理的一項基本任務(wù)。

        1 西門子S7-300PLC簡介

        西門子S7-300PLC是德國西門子(SIEMENS)所生產(chǎn)的中檔可編程二進制控制器,是模擬式中小型控制系統(tǒng),其組成部分是獨立存在的,中央處理器(CPU)、電源(PS)、和其他模塊通過U形總線控制在系統(tǒng)的標準軌道上,總線連接器插在各個模塊背后,電源位于機架的左側(cè),中央處理器僅靠電源右側(cè),且處理器右邊是可以選擇的IM接口,當系統(tǒng)在不需要使用擴展支架時,可以不選擇IM接口。廣泛運用于冶金、化工、家電、汽車工業(yè)、印刷等生產(chǎn)線。如:專用機床、紡織機械、包裝機械、通用機械工程、控制器制造、機床、樓宇自動化、電氣與電子工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)。西門子S7系列在原有PLC優(yōu)點基礎(chǔ)上,將系統(tǒng)主要組件分模塊處理,并增加了標準接口,這極大的擴展了系統(tǒng)的功能。以其體積小、數(shù)據(jù)處理能力強、處理速度快、操作簡單、靈活、可靠、準確、便捷、便于維護、且具備以太網(wǎng)通信能力而著稱,相比其他系列PLC其功能更為強大,可靠性高,隨著S3、S5系列的退市, S7系列PLC儼然發(fā)展成為西門子自動化控制系統(tǒng)的核心部件[3],在各個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,從而帶動工業(yè)制造業(yè)的改革和進步。S7-300的中央處理器是系統(tǒng)的核心,負責整個控制系統(tǒng)的中央控制、存儲、程序執(zhí)行,實現(xiàn)其通信功能。中央處理器有四種工作模式:啟動(STARTUP)、停止(STOP)、運行(RUN)和保持(HOLD)。在這四種模式中,可以通過MPI接口與其他設(shè)備連接,實現(xiàn)功能多樣化。其一系列具有不同功率范圍的CPU,以及具有很多用戶友好功能的一系列擴展模塊,可以使用戶根據(jù)不同的應(yīng)用情況選擇相應(yīng)的模塊。 如果控制任務(wù)需要擴展,可以隨時使用附加模塊對控制系統(tǒng)進行擴展,所有控制器都可以使用總線連接多個遠程從站,根據(jù)生產(chǎn)工藝需求,分析被控對象的復(fù)雜程度,進行I/O點數(shù)和I/O點的類型(數(shù)字量、模擬量),適當進行內(nèi)存容量的估計,結(jié)合市場情況等選定PLC型號。因此,在未來發(fā)展過程中,各個工業(yè)領(lǐng)域企業(yè)也將不斷研發(fā)、引進先進技術(shù),作為企業(yè)在市場競爭中取勝的資本。

        2 銅精礦脫水處理工藝流程

        銅精礦脫水處理系統(tǒng)主要用于濕法選礦精礦的高干度脫水。銅精礦礦漿經(jīng)濃密機進行濃縮,初步分離析出半固態(tài)礦漿和溢流水,半固態(tài)礦漿經(jīng)渣漿泵輸送至壓濾機,溢流水輸送至沉淀池與藥劑進行絮凝反應(yīng)進一步泥水分離,去除大量水分,形成半固態(tài)泥漿再輸送至壓濾機[4]。半固態(tài)礦漿在壓濾機進行擠壓脫水,在高強度的擠壓下,半固態(tài)礦漿體積極度壓縮,排出水分,形成濾餅,再進行二次吹風,干度再次提升的濾餅輸送至壓濾機外,輸送皮帶運至指定地點。

        礦漿進入濃密機、渣漿泵輸送,半固態(tài)礦漿流量控制、清洗、液位檢測、調(diào)速、啟停等整個脫水過程都是在PLC的嚴密控制下實現(xiàn)邏輯閉環(huán)自動化運行[5]。

        3 銅精礦脫水處理系統(tǒng)的構(gòu)成

        銅礦脫水處理系統(tǒng)以PLC作為控制器,根據(jù)礦漿脫水工藝控制整個過程,系統(tǒng)輸入設(shè)備包含傳感器、智能儀表、形成開關(guān)等,輸出控制以繼電器控制為主,聯(lián)動系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng),通過控制電機、變頻器、開關(guān)閥、調(diào)節(jié)閥、泵、電磁閥、壓濾設(shè)備、濃密機等完成指令工作。各個功能模塊擁有獨立的內(nèi)部供電。PLC控制器是銅礦脫水處理系統(tǒng)的核心裝置,由電源、CPU、存儲器、輸入、輸出、通信模塊等組成。

        銅礦脫水處理系統(tǒng)可實現(xiàn)以太網(wǎng)通信,即工程師和操作人員可公用一臺電腦設(shè)備,通過工業(yè)交換機與主控制器進行通信。

        控制站選用西門子公司標準化功能模塊的同時也可以根據(jù)工藝需求,由工程師自行創(chuàng)建定義,分配參數(shù)和互聯(lián)塊。

        4 PLC控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

        4.1 控制原理設(shè)計

        S7-300PLC主要采用的是西門子PLC技術(shù)中的中低性能系列,標準的S7-300PLC的模塊主要有電源、中央處理器單元、接口模板、信號模板、功能模板、通信模板。通過現(xiàn)場總線構(gòu)成生產(chǎn)現(xiàn)場局域網(wǎng),之后作業(yè)管理人員在通過進行網(wǎng)絡(luò)配置,使管理員賬號在系統(tǒng)登錄后,可以對工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)進行訪問,并利用系統(tǒng)信息控制實現(xiàn)監(jiān)控。因此,其主要的功能如下所示:高速的指令處理,0.1μs~0.6μs的指令處理時間在中低級別的應(yīng)用中開辟了新的領(lǐng)域;人機界面,在S7-300PLC系統(tǒng)上形成便捷的人機界面,因此有助于在實踐應(yīng)用中減少關(guān)于編程的工作量,本系統(tǒng)以AI模塊、DI模塊及DO模塊作為系統(tǒng)的輸入/輸出實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制,接線原理圖見圖1。

        圖1 PLC控制原理圖

        4.1.1 AI(模擬量輸入)模塊

        AI模塊主要作為PLC模擬信號的輸入接口,采集各類生產(chǎn)模擬量數(shù)據(jù),例如:部分模擬量傳感器所檢測的模擬信號、智能儀器所檢測的檢測數(shù)據(jù)等。

        4.1.2 DI(數(shù)字量輸入)模塊

        DI模塊主要作為PLC數(shù)字信號的輸入接口,例如:濃密機、壓濾機的啟停信號、復(fù)位信號、反饋信號、傳感器信號等。

        4.1.3 DO(數(shù)字量輸出)模塊

        DO模塊主要作為PLC數(shù)字信號量輸出,例如:脫水系統(tǒng)運行狀態(tài)、壓濾機實時工作狀態(tài)、濃密機實時工作狀態(tài)等;產(chǎn)線故障指示燈及故障蜂鳴器等。

        4.2 銅精礦脫水系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)系設(shè)計

        銅精礦過濾系統(tǒng),主要采用的是以PLC作為系統(tǒng)的控制器,同時在實踐生產(chǎn)中,按照銅礦礦漿脫水工藝來對整個脫水過程進行控制,其中系統(tǒng)輸入設(shè)備主要包含傳感器、智能儀表、形成開關(guān)等,而輸出控制設(shè)備主要是以繼電器控制為主,聯(lián)動系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng),通過控制電機、變頻器、開關(guān)閥、調(diào)節(jié)閥、泵、電磁閥、壓濾設(shè)備、濃密機等完成指令工作。各個功能模塊擁有獨立的內(nèi)部供電。主要由3臺壓濾機、2臺陶瓷過濾機、6條皮帶運輸機、4臺旋流器、4臺空壓機、2臺真空泵和附屬配酸、供氣系統(tǒng)組成,集中過濾泗洲選礦廠和大山選礦廠銅精礦。正常情況下以3臺壓濾機和2臺陶機作為主要生產(chǎn)設(shè)備。礦量分配情況一般如下,4#泵(9#池)和5#泵(新池)礦入前三萬分漿桶,再分配至1#、2#壓濾機分漿桶、銅陵陶機給礦、1#、2#折帶過濾機給礦;3#泵(9#池)或6#泵(新池)入后三萬分漿桶,再分配至3#壓濾機分漿桶、宜興陶機給礦。銅精礦脫水系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)系設(shè)計圖具體見圖2。

        圖2 銅精礦脫水系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)系圖

        4.3 硬件及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

        本系統(tǒng)在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)設(shè)計中,對無線通信技術(shù)、OPC技術(shù)進行研究,結(jié)合生產(chǎn)實際需求,采用OPC通訊協(xié)議、WIFI串口服務(wù)器技術(shù)研制出有效的通訊方案,實現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)與應(yīng)用程序建立通信接口和OPC服務(wù)架構(gòu)。如圖3所示該部分包含工業(yè)設(shè)備、工業(yè)路由器、控制器、OPC服務(wù)器塊、WIFI串口服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、客戶端等七個部分[6]。

        圖3 通訊方案圖

        4.4 程序設(shè)計

        本系統(tǒng)在程序設(shè)計時采用西門子公司PLC常用程序設(shè)計軟件STEP7V5.5編程軟件進行編寫PLC程序,如圖4所示,在STEP7V5.5編程軟件界面中,工程師可根據(jù)脫水需求進行程序編寫和參數(shù)設(shè)置,程序編寫完即可燒錄入PLC系統(tǒng)中,進行對應(yīng)的操作,實現(xiàn)脫水自動化控制需求。

        圖4 軟件程序設(shè)計界面

        5 推廣運用情況

        5.1 降低勞動強度,提升工作效率

        如圖5所示為德興銅礦脫水自控系統(tǒng)運行界面,可以通過智能系統(tǒng)實時監(jiān)控脫水自控系統(tǒng)運行狀況,并可實現(xiàn)遠程操控。圖6為設(shè)備在脫水生產(chǎn)線實際運用照片。設(shè)備在用戶現(xiàn)場的實際運行照片。一臺中控電腦單人操作即可實現(xiàn)銅精礦脫水工作24小時運行。

        圖5 脫水自控系統(tǒng)運行界面

        5.2 實現(xiàn)多種工段自動化控制

        圖6即為采用西門子S7-300PLC后陶瓷過濾機集中控制畫面。在監(jiān)控系統(tǒng)中,可實現(xiàn)各個關(guān)鍵參數(shù)的運轉(zhuǎn)狀態(tài),如真空度、主軸速度、攪拌速度、料位等8個關(guān)鍵監(jiān)控參數(shù),并可通過頁面按鈕進行急停,聯(lián)啟、警報等操作,及時避免重大事故的產(chǎn)生。

        圖6 陶瓷過濾機集中控制畫面

        圖7即為HDS處理自動化系統(tǒng)控制畫面,可通過電腦終端進行設(shè)置處理主流程,并可實現(xiàn)實時監(jiān)控運行數(shù)據(jù),運行數(shù)據(jù)根據(jù)要求存儲于內(nèi)部存儲器,生產(chǎn)報表,便于工程師進行檢查。

        圖7 HDS處理自動化系統(tǒng)控制畫面

        6 結(jié)論

        本文主要通過對銅精礦脫水處理工藝流程、脫水處理系統(tǒng)的構(gòu)成進行了介紹,以西門子S7-300PLC為中控中心,搭建脫水生產(chǎn)群控系統(tǒng),數(shù)據(jù)無線傳輸技術(shù),提升了整個脫水工藝智能化水平。在銅精礦脫水自控系統(tǒng)的設(shè)計和實際運用、銅礦濕法選礦中脫水自控處理系統(tǒng)軟硬件的組成、在通信方面運用OPC技術(shù)及無線傳輸技術(shù)搭建統(tǒng)一的通訊協(xié)議,提高了銅礦濕法選礦中脫水工序的智能化水平和企業(yè)的生產(chǎn)效率。同時運用OPC技術(shù),使底層工業(yè)設(shè)備控制系統(tǒng)與應(yīng)用程序得以完美結(jié)合,以統(tǒng)一的通訊協(xié)議進行數(shù)據(jù)和指令傳遞,有效的解決了獨立接口驅(qū)動、軟件運行卡死等問題,提高了數(shù)據(jù)傳輸和通訊的穩(wěn)定性。脫水自控系統(tǒng)的搭建,有效的提高了脫水產(chǎn)線智能化水平,提高了生產(chǎn)效率[7]。

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