基于FCS的選礦自動化控制系統(tǒng)設(shè)計論文
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，F(xiàn)CS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/�？刂疲粚ιa(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�；赑rofibus—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。
【基于FCS的選礦自動化控制系統(tǒng)設(shè)計論文】相關(guān)文章：
3.關(guān)于探討自動化控制系統(tǒng)設(shè)計方式論文
4.關(guān)于探討自動化控制系統(tǒng)設(shè)計方式自動化畢業(yè)論文
5.基于PLD技術(shù)的MIDI音樂播放控制系統(tǒng)設(shè)計
6.基于Android系統(tǒng)的智能電燈控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究