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基于PLC 的跳汰机自动控制系统设计分析
向忠鹏
（海南矿业股份有限公司,海南三亚572700）
摘 要：在矿山生产中,跳汰机是一种常见的选矿设备,能够实现对物料的分层和筛选.而在跳汰机设备的应用中,电气控制系统是主要难点,传统的控制系统多是通过人工估量床层厚度,手动设定控制参数,自动化程度低且生产效率低下.对此,本文提出了一种基于PLC的跳汰机自动控制系统,希望可以为矿山生产提供一些参考.
关键词：PLC；跳汰机；自动控制系统；设计
前言
工业化进程的不断加快使得社会对于能源的需求不断增加,也因此推动了选矿工业的发展.对于从矿井中开采出的矿石,需要通过分选的方式,排除矸石,同时对中矿和精矿进行分离,以满足不同用户的需求.重力选矿是当前应用最为广泛的选矿方式,而跳汰机则是重力选矿的代表性设备,具有通用、高效、可靠的优点,受到了矿山企业的青睐.基于PLC的跳汰机自动控制系统的应用,在提高产品质量与分选效率起了重要作用,提升了跳汰机的性能.
1PLC的概念和优势
PLC是对ProgrammableLogicController的简称,即可编程逻辑控制器,是指采用可以自主进行编程的存储器,对内部程序进行存储,从而执行逻辑运算、顺序控制、定时等面向用户的指令,也可以通过数字或者模拟式的输入输出,实现对各类机械设备及生产过程的有效控制,有效解决传统控制系统中存在的接线复杂、灵活性差、可靠性低以及能耗高等问题.
PLC技术的优势主要体现在几个方面：一是体积小、质量轻,能耗低,可以根据实际需求进行位置的变换,从而实现了机械电气的有效融合；二是应用范围广,能够凭借自身的逻辑思维能力,对各种问题进行解决；三是抗干扰能力强,能够有效抵抗各种干扰,提升控制系统运行的稳定性与可靠性；四是自我检测功能,能够及时发现装置中存在的问题,确保其运行安全.
2基于PLC的跳汰机自动控制系统设计
海南矿业股份有限公司于2014年7月开工建设《深部矿石选矿技术改造工程》,于2015年12月完工并投入生产.该项目主要设备为德国进口的巴达克跳汰机（BATACGK5030）.该设备主要难点在于电气部分的控制系统,这里基于PLC对跳汰机的自动控制系统进行设计.
跳汰机的功能与筛子类似,主要用于对金属矿石的选别,其最大给矿粒度为6～8mm,不过在一些特别状况下,可以将最大粒度拓展到12mm.跳汰机工作的基本原理,是利用空气将水吹起,然后利用水向上的推力,托起矿层,根据物料密度越大下降越快的原理,实现对矿石的分层.跳汰机采用多室共用数控风阀技术,结合锥形滑阀,能够将故障率降低70%左右,而且工作能耗小,可以满足不同矿质的分选,具备良好的处理效果.其相关性能参数见表1.
2.1硬件设计
根据跳汰机气室的数量,设置相应数量的进气阀和排气阀,并根据其排料段数,设置电磁转向阀和位移传感器,而从设备运行的安全性考虑,还需要有蜂鸣器、警报灯以及断路器断电报警设备等,应该由技术人员结合具体的需求进行硬件的选择以及相关电路的设计.PLC由SimaticS7-300/CPU317-2PN/DP组成,设置在控制柜内,配合硬件电路能够实现对于所有信号和调节器的控制.
2.2数字风阀控制
数字风阀可以对进气和排气的时间进行控制,整个控制过程包括了四个周期,即进气期、膨胀期、排气期以及压缩期,其电平关系如图1所示.
在对数字风阀控制进行设计时,应该确保跳汰周期的第一步为进气期,否则,设备空气室的进气和排气时间无法得到保障,下一个周期开始时也无法实现同步进气,从而打乱床层,影响分选结果.而在对风阀参数进行调整时,考虑到物料首先进入到第一气室,其中含有的矸石较多,质量大,需要适当延长进排气时间,以确保空气能够托起矿层.应该注意,在人机界面对进排气时间的调整仅仅是微调,想要进一步调整,需要从气缸进程着手.另外,在对定时器的初始值进行计算时,应该首先算出其中3个期的初值,以跳汰周期减去这三个值,就可以得到最后一个期的定时器初值,从而消除计算过程中产生的误差,确保分层的有效进行.
2.3排料闸板控制
为了对床层的厚度进行有效检测,需要设置相应的浮标位移传感器,而为了对闸板的开口进行检测,则需要设置闸板位移传感器.在排料闸板控制中,浮标位移以及闸板开口都将会参与控制过程,当浮标数值超过设定值后,闸板会逐步开启,从而为床层的稳定留出足够的时间,而当浮标数值低于设定值时,闸板会立即关闭,从而避免了床层的过度下降.考虑到如
果闸板开启度过大可能会导致斗提机的压死,因此需要对其最大开度进行限制.
从床层的累积速度考虑,闸板在开启时应该采用步进的形式,即当浮标值超出设定值后,首先将闸板打开约0.5s,然后等待1s,由系统进行判断,若数值仍然在设定值以上,则继续开闸,反之,则关闭闸板.通过这样的方式,可以为矸石的排出留出足够的时间,也可以确保床层的稳定,实现对浮标值的有效检测.在对数值进行读取时,应该读取压缩期结束时的数值,确保物料完全落下而且床层稳定,保证数值的准确性.
2.4软件设计
自动化控制系统的软件设计包括了PLC控制程序的设计以及人机界面程序的设计.这里PLC选择西门子S7-300系列,编程软件为Step7V5.5；人机界面则采用西门子MP277-10,编程软件选择WinccFlexible2008,包括了风阀控制界面、排料控制界面、传感器实时曲线界面以及相应的报警界面.
其中,风阀控制要求能够针对风阀的进气期和排气期进行自主调整,同时可以将压缩期和跳汰频率作为全局变量进行调整,对于相应的参数,都应该设置合理的上限和下限,避免由于参数不合理导致的安全事故.另外,风阀控制界面还应该设置相应的启动开关以及放风开关.
闸板控制界面需要包含浮标设定值、实际值,闸板最大/最小值以及排料方式选择等相关内容,需要注意的是,浮标死区并非指某个点,而是浮标设定值的限制范围；闸板最小值的作用是避免闸板完全关闭或者PLC读数不为零时,关闸板换向阀线圈的长时间通电；而通过相应的按钮,可以实现对排料方式的切换,分为手动排料和自动排料两种.考虑到矿种的不同,为了提高系统的适用性,应该确保步进开关闸板的时间可以自由调整.
报警处理程序是保障设备安全运行的关键,PLC会将采集到的16进制数转换为0～100的整数,并在人机界面上显示出来,而当浮标传感器线路中断时,数值会显示为最大值100,若不能及时进行处理,程序会默认将闸板开到最大.而实际上,跳汰机运行中浮标值如果出现了100,肯定是传感器断线引起的,此时报警程序会发出告警信息,提醒操作人员进行处理,从而保证了设备的正常运行.
3结语
经过相应的实践,基于PLC的跳汰机自动控制系统具有良好的控制效果,不仅系统运行稳定,而且操作简单,适用性强,只需要稍作修改,就能够用于其他型号的跳汰机,对于实现矿山选矿设备的自动化控制有着一定的价值,希望可以为相关技术人员提供一些参考.
参考文献：
[1]于春风．基于PLC的跳汰机自动控制系统的研制[D]．青岛理工大学,2008：1-67
[2]周西杰,张立勋,李志强,孙凯歌,宋彬斌．基于PLC的跳汰机自动控制系统设计[J]．煤矿机械,2014（10）
[3]王玺甫,杨育峰,王振奇．选煤厂跳汰机的PLC控制系统设计[J]．工业控制计算机,2010（11）
系统设计论文范文结:
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