劉華春

（紫金集團新疆紫金鋅業(yè)有限公司）

新疆紫金鋅業(yè)自2007 年介入烏拉根鉛鋅礦的開發(fā)權(quán)以來，在當(dāng)?shù)馗骷夵h委、政府及國土部門的大力支持下，先后完成一期、二期的采選系統(tǒng)建設(shè)。二期1 萬t/d 技改項目的達產(chǎn)達標(biāo)使紫金鋅業(yè)鋅精礦產(chǎn)量、質(zhì)量位居鉛鋅礦山前列，成為全國入選品位最低的大型鉛鋅礦山。

該項目將選礦生產(chǎn)系統(tǒng)總生產(chǎn)能力擴大至2.5萬t/d，對現(xiàn)有生產(chǎn)實施優(yōu)化，主要建立選礦自動化系統(tǒng)、視頻監(jiān)控視頻，依靠遠程計算機集控系統(tǒng)，實現(xiàn)選礦工程、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝流程等礦山數(shù)字化業(yè)務(wù)，以實現(xiàn)礦山的智能化控制。

1 選礦工藝流程

采場采出礦石經(jīng)粗碎及皮帶機運輸進入中間礦堆，礦堆堆存礦石由皮帶機轉(zhuǎn)運至半自磨機，半自磨機排料經(jīng)振動篩篩分后，篩上頑石經(jīng)皮帶機轉(zhuǎn)運返回半自磨機；篩下經(jīng)渣漿泵揚送至旋流器組，旋流器底流返回半自磨機，形成閉路磨礦工藝；旋流器溢流分別經(jīng)過直線振動篩進入原礦取樣器（具備分礦功能），50%礦漿自流進入新增三期浮選系統(tǒng)，50%礦漿自流進入一期分礦箱，均分礦漿分別進入一、二期浮選系統(tǒng)。

浮選采用鉛、鋅1 次優(yōu)先浮選，鉛采用1 粗1 掃3精流程，鋅采用1粗2掃3精流程，鋅粗選精礦進入再磨系統(tǒng)，再磨產(chǎn)品進入鋅精選作業(yè)。選礦產(chǎn)品鉛、鋅精礦經(jīng)濃縮、過濾兩段脫水作業(yè)，尾礦經(jīng)濃密脫水后，利用隔膜泵輸送至尾礦庫。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

綜合考慮自動控制系統(tǒng)的可靠性、可擴展性、可維護性，以及與一期、二期自動化系統(tǒng)的兼容性，在該項目中采用羅克韋爾ControlLogix 系統(tǒng)平臺進行開發(fā)。根據(jù)現(xiàn)場工藝情況，布置粗碎控制站、磨浮控制站、精尾控制站，各站獨立運行，通過Ether-Net/IP 總線連接。中控室布置1 臺工程師站，4 臺操作員站，整套系統(tǒng)采用C/S 架構(gòu)，在磨浮控制站布置冗余系統(tǒng)，兩臺數(shù)據(jù)服務(wù)器實現(xiàn)自動主備切換，所有下位機數(shù)據(jù)先經(jīng)數(shù)據(jù)服務(wù)器進行統(tǒng)一存儲、發(fā)布，大大提高了系統(tǒng)的容錯性［1］。其他兩個控制站則采用單機模式，減少建設(shè)成本，對應(yīng)較遠的控制柜則以遠程IO 站的形式進行下掛。整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲見圖1。

3 自動化系統(tǒng)基本功能

3.1 破碎流程

破碎控制系統(tǒng)主要涵蓋原礦倉至中間礦堆，涉及棒條給料機、顎式破碎機、14-1#及14#、15#皮帶輸送機、液下泵等設(shè)備，操作平臺設(shè)置于轉(zhuǎn)運站控制室。破碎系統(tǒng)的檢測內(nèi)容包括原礦倉料位的實時監(jiān)測，15#皮帶輸送機上8 托輥皮帶秤數(shù)據(jù)顯示與記錄，通過Profibus-DP 總線方式讀取變頻器電流、頻率等參數(shù)以及對變頻器的控制，采用Profibus-PA 總線采集液下泵、流量計等儀表參數(shù)［2-3］。破碎段流程見圖2。

破碎控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)了整個破碎工藝的順序控制、連鎖與非連鎖狀態(tài)的單設(shè)備調(diào)試、設(shè)備負載區(qū)間連鎖控制等功能。順序控制是一種按時間順序或邏輯順序進行控制的開環(huán)控制方式，按照生產(chǎn)料流順序，從上游設(shè)備至下游設(shè)備進行檢查、判斷、控制。為了增加安全性，在啟動設(shè)備時均有10 s 緩沖時間，足夠操作員進行現(xiàn)場危險地判斷。“一鍵式”啟停控制的實現(xiàn)，不僅提高了系統(tǒng)控制的自動化水平，而且規(guī)范應(yīng)對了啟停過程中的故障工況，可提高設(shè)備故障處理的正確率，并且步序自動化執(zhí)行，操作規(guī)范，可減少運行人員的操作失誤。系統(tǒng)還提供了“連鎖與非連鎖狀態(tài)”選擇，在“非連鎖”狀態(tài)下，可自由選擇對單設(shè)備進行控制，突破對順序控制的連鎖限制，增加系統(tǒng)的靈活性與可操作性。為解決14-1#皮帶輸送機經(jīng)常因負載過大而導(dǎo)致的設(shè)備跳停，進而導(dǎo)致整個破碎系統(tǒng)停機的情況，該系統(tǒng)還實現(xiàn)了14-1#皮帶輸送機電流回路的區(qū)間自動調(diào)節(jié)控制。在保證設(shè)備運行在一定負載電流區(qū)間的情況下，控制棒條給料機的給料頻率，不僅解決了因礦量不穩(wěn)定導(dǎo)致負載過大進而影響系統(tǒng)正常運行的問題，而且最大化地提高了設(shè)備的綜合效率，挖掘出了最大的生產(chǎn)潛力。

3.2 磨礦分級流程

磨礦分級工藝主要包括中間礦堆下的24臺液壓閘板閥以及24 臺振動給料機按4×6 排布，4 條16#皮帶輸送機將給料機下料匯聚于17#皮帶輸送機上運送至磨機，1 備1 用的振動篩、渣漿泵，以及篩上返料18#、19#輸送皮帶。該系統(tǒng)主要檢測內(nèi)容有磨機給礦量的實時顯示、磨礦分級泵池液位監(jiān)測、旋流器給礦以及溢流流量監(jiān)測［4-5］。

磨礦分級與選礦共用1套控制站，主要實現(xiàn)了第三方設(shè)備數(shù)據(jù)對接通訊、設(shè)備聯(lián)鎖控制、磨機恒定給礦控制。半自磨機、渣漿泵、旋流器等設(shè)備皆為設(shè)備廠家集成系統(tǒng)，此次主系統(tǒng)采用總線與硬接線結(jié)合的方式，實現(xiàn)第三方系統(tǒng)與主系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊以及控制。在通訊協(xié)議上，依然采用EtherNet/IP 協(xié)議，一方面體現(xiàn)了系統(tǒng)的統(tǒng)一性，方便數(shù)據(jù)服務(wù)器對第三方系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)讀?。涣硪环絽f(xié)議的統(tǒng)一大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，減小了技術(shù)人員對系統(tǒng)地維護難度。聯(lián)鎖控制是自控系統(tǒng)中普遍的一種控制方式，它保障了系統(tǒng)穩(wěn)定生產(chǎn)、安全生產(chǎn)的基本條件和要求，盡可能地減少因突發(fā)因素對工藝生產(chǎn)造成的影響。在半自磨機運行過程中突然跳停的情況下，系統(tǒng)將無延時給礦跳停任何1臺正在運行的給料機，相繼聯(lián)鎖停止16#、17#輸送皮帶，進一步關(guān)閉磨機前、后補水閥門以及渣漿泵，防止因設(shè)備停機，磨機分級泵池被打空或產(chǎn)生溢流。該系統(tǒng)還實現(xiàn)了半自磨機恒定給礦控制，由變頻控制的17#給礦運輸機與電子皮帶秤構(gòu)成閉環(huán)控制；根據(jù)給料機與磨機的距離、下料速度等調(diào)整PID參數(shù)，以獲得最佳的控制穩(wěn)定性和精度，并預(yù)留了后期可接入的磨機專家系統(tǒng)接口。磨礦流程上位機控制畫面見圖3。

3.3 選別流程

選別工藝流程包括選礦部分以及藥劑制備部分，流程畫面見圖4。選礦部分控制對象主要是浮選機、攪拌槽以及泡沫泵，通過硬接線的方式將設(shè)備上的運行狀態(tài)、電流、頻率等信號上傳至系統(tǒng)。浮選機作為集成系統(tǒng)型設(shè)備，采用Profibus-DP 總線通訊方式完成系統(tǒng)與系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)對接，實現(xiàn)對浮選工藝風(fēng)量、液位地自動控制。藥劑制備部分主要完成了藥劑儲槽與化工泵的聯(lián)鎖控制，實現(xiàn)了設(shè)備“低啟高停”；當(dāng)液位低于設(shè)置值時，設(shè)備自動啟動，將藥劑注入制備槽中；當(dāng)液位達到設(shè)定值時，設(shè)備自動停止。從效益的角度出發(fā)，選別流程自動控制系統(tǒng)地投入，大大改善了作業(yè)環(huán)境，降低了勞動強度，而且能更好地實現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、長周期的安全運行，保證生產(chǎn)維持在正?；蜃罴训墓に嚥僮鳡顟B(tài)。

3.4 濃密脫水流程

濃密脫水流程沿用一期、二期脫水工藝，新增1臺濃密機進行尾礦礦漿沉淀濃縮。濃密機作為第三方設(shè)備，采用Profibus-DP 總線通訊方式下掛于精礦脫水控制站。在上位機畫面實時顯示整個濃密機的運行情況，包括泥床厚度、油量、扭矩等，并通過VBA二次開發(fā)，實現(xiàn)扭矩不同范圍內(nèi)的顏色閃爍報警。在濃密機底流安裝了核源濃度計，對底流濃度進行實時監(jiān)測，為尾礦工藝提供了進一步的生產(chǎn)指導(dǎo)。底流經(jīng)過3臺喂料泵向尾礦車間輸送礦漿，在泵前后安裝壓力變送器，實時監(jiān)測泵前后的壓力值，為管道堵塞及泵運行情況提供重要信息。

3.5 尾礦輸送流程

尾礦輸送流程主要包含3 臺隔膜泵以及尾礦管道壓力監(jiān)測（圖5）。隔膜泵以EtherNet/IP 總線接入尾礦控制站，實現(xiàn)數(shù)據(jù)對接以及上位機畫面顯示。針對6800 m 尾礦管道安裝1 套泄漏檢測系統(tǒng)，對管道進行7×24 h的在線實時檢測，數(shù)據(jù)通過Modbus總線進行采集，當(dāng)泄漏發(fā)生時可及時提示操作員，人工巡檢將可轉(zhuǎn)為輔助檢查方式，大大降低人力成本，避免發(fā)現(xiàn)不及時而造成大面積污染，避免給當(dāng)?shù)鼐用裆詈彤?dāng)?shù)厣鐣h(huán)境造成嚴重影響。

4 結(jié)語

紫金鋅業(yè)三期達產(chǎn)以來，基礎(chǔ)控制系統(tǒng)的自動控制功能投運率≥98%，并且把全廠自動化網(wǎng)絡(luò)進行整合，形成了完整的DCS 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)了公司層面調(diào)度中心能夠?qū)θa(chǎn)流程的監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)充分發(fā)揮了現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)勢，實現(xiàn)了部分成套設(shè)備自帶PLC 系統(tǒng)的通信、變頻的通信、儀表總線通信，實現(xiàn)了儀表、電氣、控制系統(tǒng)的一體化。該自控系統(tǒng)地投入，不僅實現(xiàn)了整個廠區(qū)的數(shù)字化管理，而且提高了選礦生產(chǎn)過程的自動化水平，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及資源的綜合利用，實現(xiàn)了減員增效，可為其他礦山提供經(jīng)驗借鑒。