一、概述
近十多年來，由于礦用檢測與分析儀表的逐漸更新和不斷完善，結(jié)算機的性能價格比的大幅度提高和局域網(wǎng)、INTERNET網(wǎng)絡(luò)的普遍應(yīng)用，各種遠程控制系統(tǒng)在各行業(yè)的成功應(yīng)用，使目前選礦廠的過程控制及自動化操作達到了一個嶄新的水平。在國內(nèi)的鐵礦、銅礦、金礦等一些礦山，通過對現(xiàn)有選礦廠進行自動化改造，取得了明顯的經(jīng)濟效益。
本項目針對選礦生產(chǎn)各工作環(huán)節(jié)，特別是關(guān)鍵工藝流程實施自動化監(jiān)控，同時為選礦管理等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，為選礦廠、礦業(yè)公司進行更加科學(xué)的經(jīng)營管理與決策提供有力的支持。
二、選礦自動化系統(tǒng)的設(shè)計思想
選礦自動化系統(tǒng)設(shè)計遵循“方案合理、技術(shù)先進、運行可靠、操作方便”的原則。
（1）采用先進成熟的技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)硬件部分采用德國西門子公司的可編程序控制器及中文操作面板進行設(shè)計。
（2）選用可靠的、性價比是最好的檢測儀表及控制設(shè)備,采用經(jīng)生產(chǎn)實踐檢驗是成熟的、先進的自動控制設(shè)備；
（3）系統(tǒng)具有實用性和易管理性
系統(tǒng)要符石墨選礦工藝的特點，功能要完備、齊全，滿足選礦的生產(chǎn)和管理的需求，其設(shè)計和所使用的技術(shù)必須實用，且要易于管理，易于維護，防止操作過于繁瑣、技術(shù)復(fù)雜。
（4）系統(tǒng)具有和開放性可操作性
系統(tǒng)設(shè)計開放性原則是指在軟、硬設(shè)備的互連上，系統(tǒng)升級、擴充和更新上，應(yīng)用目標(biāo)和功能變化上，以及在其它外界環(huán)境變化上，要有較強的開放適應(yīng)能力；系統(tǒng)應(yīng)盡量便于用戶的理解、學(xué)習(xí)、掌握和使用；人機界面友好，具有很強的在線幫助功能，方便操作和維護。
三、選礦自動化系統(tǒng)的總體架構(gòu)
本次項目的設(shè)計范圍可以分為三個層次：
（1）現(xiàn)場控制級：自動控制產(chǎn)品的安裝、調(diào)試。主要包括給料自動控制、磨礦以及浮選自動化等。
（2）過程監(jiān)控級：建立統(tǒng)一的自動化監(jiān)控平臺，對選礦自動化控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行采集，對現(xiàn)場各受控設(shè)備的運行進行監(jiān)視和控制，并提供數(shù)據(jù)接口供其它系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。
（3）生產(chǎn)管理級：實現(xiàn)選礦信息的計算機管理。涵蓋記錄作業(yè)數(shù)據(jù)、跟蹤作業(yè)流程、生成報表，并為其它系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口。
四、系統(tǒng)設(shè)計的整體構(gòu)架
1、工作（操作）站
工作站是處理一切與運行操作有關(guān)的操作界面OI（Operator Interface）或人機界面HMI（Human Machine Interface）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，主要是為系統(tǒng)的運行操作人員提供人機交互，使操作員可以通過操作員站及時了解現(xiàn)場運行狀態(tài)、各種運行參數(shù)的當(dāng)前值、是否有異常情況發(fā)生等。同時通過輸入設(shè)備對工藝過程進行控制和調(diào)節(jié)，以保證生產(chǎn)過程的安全、可靠、高效、高質(zhì)。
2、工程師站
工程師站是對組態(tài)工作和在線系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。其主要功能是提供對本系統(tǒng)組態(tài)、配置工作的工具軟件（即組態(tài)軟件），并當(dāng)操作站在運行時實時地監(jiān)視各個節(jié)點的運行情況，使系統(tǒng)工程師可以通過工程師站及時調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，使自動化系統(tǒng)隨時處在最佳的工作狀態(tài)中。
自動化系統(tǒng)按功能化分為三個層次，即：現(xiàn)場控制級、過程監(jiān)控級和生產(chǎn)管理級。
現(xiàn)場控制級對現(xiàn)場設(shè)備進行檢測、控制?，F(xiàn)場控制級采用基于可編程序控制器（PLC）的集散控制系統(tǒng)方案，確保系統(tǒng)的可靠性。
過程監(jiān)控級設(shè)置兩臺工控機。工控機互為備份，互為冗余，確保數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確。服務(wù)器將實時參數(shù)與畫面發(fā)布到企業(yè)局域網(wǎng)，供生產(chǎn)管理級調(diào)用。
生產(chǎn)管理級通過Web瀏覽，可以與局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，不同的局域網(wǎng)用戶享有不同的訪問權(quán)限，在計算機上可查看到現(xiàn)場所有設(shè)備的運行情況、生產(chǎn)情況和操作員日常操作情況。通過此種方法也便于廠領(lǐng)導(dǎo)調(diào)度、指揮生產(chǎn)
現(xiàn)場控制級包含破碎狀態(tài)監(jiān)控、給料自動化、磨礦自動化、浮選自動化、浮選加藥系統(tǒng)和電機運行狀態(tài)顯示及監(jiān)測。各系統(tǒng)間通過網(wǎng)絡(luò)通訊和數(shù)據(jù)交換共同完成整個選礦自動化系統(tǒng)的過程控制。
過程監(jiān)控級包含六個子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、監(jiān)控運行子系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、圖形子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口子系統(tǒng)。通過這六個子系統(tǒng)共同完成工作站的所有功能。
生產(chǎn)管理級包含六個子系統(tǒng)：WEB瀏覽平臺、實時子系統(tǒng)、報表子系統(tǒng)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、用戶管理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)，它們共同完成管理級的功能。
五、控制特點
控制系統(tǒng)以簡單實用為主，主要以就地（開環(huán)/閉環(huán)）控制、上位機干預(yù)、集中管理為特點，同時實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享。同時可以實時監(jiān)測生產(chǎn)指標(biāo)，為日常生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)依據(jù)?？梢詫崟r監(jiān)測、控制、報警、順序停車、記錄實時數(shù)據(jù)、生成報表、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。
就地控制：利用PLC控制器實現(xiàn)對控制系統(tǒng)中的關(guān)聯(lián)設(shè)備的控制及監(jiān)測，同時把設(shè)備狀態(tài)實時傳輸給上位機，使管理人員能夠在中心控制室的計算機上看到各個設(shè)備的運行狀態(tài)。
遠程干預(yù)：利用計算機和PLC控制器的強大通信功能，可以根據(jù)實際動態(tài)生產(chǎn)需求對其中設(shè)備進行遠程的控制，同時通過視頻系統(tǒng)的輔助，可以實現(xiàn)多個流程的無人值守，節(jié)省人員，減輕值班人員的勞動強度，實現(xiàn)人性化管理。
手自動轉(zhuǎn)換：通過控制柜上的手自動轉(zhuǎn)換按鈕，方便實現(xiàn)手動與自動的切換，滿足維修及其他工況的需要。
六、控制流程介紹
自動化系統(tǒng)主要是實現(xiàn)重點崗位的設(shè)備自動監(jiān)測和自動控制功能，使生產(chǎn)過程自動連續(xù)化、減少人為因素造成的停車，使生產(chǎn)設(shè)備按照流程順序自動啟動和停止，實現(xiàn)有序生產(chǎn)，減少現(xiàn)場人工干預(yù)，提高生產(chǎn)效率，降低人工成本。同時保留人工操作功能，與自動控制系統(tǒng)并行連鎖使用。
本自動化控制系統(tǒng)主要針對給料、磨礦、浮選等幾處關(guān)鍵流程和關(guān)鍵設(shè)備。以下是各個重要流程控制的介紹，其他附屬設(shè)備省略。
1、 給料皮帶控制
采用阻旋開關(guān)物位計，阻旋物位開關(guān)物位計工作原理：
阻旋物位計采用機電位控原理，當(dāng)料倉內(nèi)無料時，物位計通電，葉片旋轉(zhuǎn)；當(dāng)料倉內(nèi)有料時，葉片旋轉(zhuǎn)受阻，隨之?dāng)嚅_物位計電源。采用阻旋物位計可以有效的防止粉塵的干擾，增加控制的可靠性及穩(wěn)定性。
控制思路：
當(dāng)1號料倉內(nèi)無料時，物位計通電同時給出電位信號，由控制器控制皮帶向1號料倉加料，當(dāng)1號料倉內(nèi)達到物位計測量位置（即:滿倉）由控制器控制皮帶向2號料倉加料。當(dāng)1、2號料倉都達到物位計測量位置，則由控制器控制皮帶停止。兩個料倉帶有互鎖功能，即：1號料倉滿倉，則控制皮帶向2號料倉加料，直至2號料倉滿倉后由控制器控制皮帶向1號料倉加料，否則不會向1號料倉加料?？刂圃韴D如下：
2、 磨礦濃度控制
控制原理：
現(xiàn)場的給礦量由皮帶稱得出，水量由電磁流量計得出，經(jīng)過控制器計算得出濃度值，以理想的濃度值做為基本值與實時的濃度值作比較，控制水量的補償。
控制思路：
根據(jù)皮帶稱得出給礦量4~20mA的實時礦量信號。由電磁流量計給出水量4~20mA的實時水量信號?？刂破鞲鶕?jù)兩個信號進行計算得出濃度值。得出的濃度值與理想的濃度值作比較計算得出相應(yīng)的水量，由控制器將水量轉(zhuǎn)換為4~20mA信號傳輸給電動執(zhí)行閥門，控制電動執(zhí)行閥門的開度來改變水量，達到理想的濃度計。并且向上位機傳輸計算得出的實時濃度值，水流量，給礦量，由上位機將此數(shù)值以數(shù)字的形式顯示。
由皮帶稱得出給礦量4~20mA信號，由電磁流量計給出水量4~20mA信號，根據(jù)兩者的信號通過控制器控制閥門進行調(diào)節(jié)。從而達到最佳的給水量，使?jié)舛群愣?。控制原理圖如下
控制原理：
通過電磁流量計給出當(dāng)前水流量信號，由控制器計算并轉(zhuǎn)換為4~20mA信號給電動閥門，控制給水量，使給水量恒定。
控制思路：
將電磁流量計檢測得出水量的4~20mA實時流量信號傳給控制器，由控制器將電磁流量計得出的實時流量值與理想的流量值做比較，經(jīng)過控制器計算得出實際補償?shù)乃髁?，?jīng)控制器轉(zhuǎn)換輸出4~20mA信號給電動執(zhí)行閥門，控制電動執(zhí)行閥門的開度，達到理想的流量值。并將每一個管路的實時水量和理想水量在上位機中顯示。由上位機可以避開流量計的影響，人工調(diào)節(jié)電動閥門的開度來控制水流量?？刂圃韴D如下
4、充氣式浮選機空氣量控制
控制原理：
渦輪流量計與電動調(diào)節(jié)閥門配合使用，當(dāng)空氣通過渦輪流量計時渦輪流量計葉片轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生4~20mA信號，控制器根據(jù)渦輪流量計的4~20mA信號，改變電動執(zhí)行閥門的開度?？刂瓶諝饬髁?。
控制思路：
空氣經(jīng)過渦輪流量計時產(chǎn)生沖力，帶動渦輪流量計葉片轉(zhuǎn)動。通過渦輪流量計葉片的轉(zhuǎn)速計算出相當(dāng)?shù)牧髁恐担?span>4~20mA信號的方式傳輸給控制器?？刂破鲗u輪流量計傳回的信號與工控機中理想的空氣流量作比較。經(jīng)計算得出應(yīng)補償?shù)牧髁?，然后將補償流量轉(zhuǎn)換為4~20mA信號傳給電動執(zhí)行器，電動執(zhí)行器根據(jù)4~20mA信號的大小控制閥體的開度，達到理想的控制效果?？刂圃韴D如下：
控制原理：
液位計
采用浮球檢測浮選機液位高度，在浮球上方適當(dāng)加一定的重量，可以有效的避免由礦漿泡沫所引起的假液位。液位的高低分別觸發(fā)觸點電極A、電極B。當(dāng)觸點A、B接通則由控制器控制浮選機閘門電機正反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閘門的高度改變浮選機液位。
閘門電機：
閘門電機采用專用低速電機，電機的轉(zhuǎn)速為9r/min。電機配合渦輪渦桿減速機控制閘板。由控制器控制電機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)閘板高度的變化，改變液位。
控制思路：
當(dāng)浮選機液位達到所設(shè)定的高度，浮球液位計觸發(fā)電極觸點A接通控制器開關(guān)量信號，控制器判斷液位達到最高上限值，控制器控制電機反轉(zhuǎn)，使閘板高度降低，使礦漿液位減低。反之，控制器控制電機正轉(zhuǎn)，使閘板高度增加，使礦漿液位增加。當(dāng)浮球液位計沒有觸發(fā)觸點A、B時控制器則判斷當(dāng)前礦漿液位處于理想范圍內(nèi)，電機處于停止?fàn)顟B(tài)。電機正反轉(zhuǎn)始終保持互鎖狀態(tài)?？刂破鲙в凶詣?/span>/手動切換開關(guān)，當(dāng)在手動狀態(tài)下，人工可以通過控制柜按鈕控制液位高低的變化。每個浮選機閘門的運行狀態(tài)在上位機軟件中顯示，且具體可操控性?？刂圃韴D如下： 6、尾礦排礦控制
采用超聲波位置檢測儀，檢測當(dāng)前液位高度。通過檢測儀的反饋信號，由控制器控制閥門的開度改變排礦量。
7、電機電流、運行狀態(tài)及遠程啟停檢測
控制原理：
電流監(jiān)測：
電流變送器可以直接將被測主回路交流或者直流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的4~20mA信號連續(xù)輸出到控制器中，經(jīng)控制器計算得出實際電流值。
運行狀態(tài)：
利用中間繼電器與電機交流接觸器串聯(lián)。在啟動交流接觸器時，中間繼電器接通，控制器電位接通，控制器將接通電位信號傳輸至上位機，在上位機中顯示。
遠程啟停：
利用中間繼電器與交流接觸器線圈串聯(lián)。啟動時控制器向中間繼電器線圈輸出24V電壓使中間繼電器節(jié)點吸合使220電壓通過至交流接觸器線圈。
控制思路：
電流監(jiān)測：
由電流變送器測出主回路的電流并轉(zhuǎn)換為4~20mA信號傳給控制器，經(jīng)控制器按線性比例計算出得實際的電流值，將實際電流值以數(shù)字的形式在上位機軟件中顯示。
運行狀態(tài)：
22Kw電機由電流信號判斷運行狀態(tài)。為防上干擾，當(dāng)電流達到一定數(shù)值時，控制器判定電機處于開啟狀態(tài)。22Kw以下電機，利用中間繼電器線圈與交流接觸器線圈串聯(lián)。當(dāng)開啟電機時，電流通過線圈，中間繼電器吸合觸發(fā)控制器電位控制器通過電們判定電機處于開啟狀態(tài)。
遠程啟停：
利用控制器輸出24V電壓至中間繼電器線圈。220V電壓接至中間繼電器常開觸點，當(dāng)啟動時控制器輸出24V電壓使中間繼電器繼圈吸合。常開觸點吸合220V電壓接通至交流接觸器線圈使交流接觸器吸合，則電機啟動。控制原理圖如下：
8、設(shè)備之間的控制
設(shè)備備用互鎖：只要有備用的地方，實現(xiàn)現(xiàn)場手動及遠程切換且互鎖；
設(shè)備順序控制：對于關(guān)聯(lián)流程，實現(xiàn)設(shè)備的順序啟動和停止，滿足現(xiàn)場生產(chǎn)工藝要求，采用流程配方方式，實現(xiàn)多方式選擇或方式可修改。
9、浮選自動加藥
控制原理：
將實際加藥量與所標(biāo)定的數(shù)值比較，由控制器計算得出電動閥門打開的開度控制加藥量達到所設(shè)定的加藥量。由于儲藥箱的液位會對加藥量的準(zhǔn)確性有影響所以，在儲藥箱添加浮球液位計，當(dāng)液位低于下限時控制主管道閥門打開向儲藥箱內(nèi)輸送藥劑，當(dāng)達到液位上限時停止輸送藥劑。
控制思路：
將實際加藥量與所標(biāo)定的數(shù)值比較，經(jīng)控制器計算得出閥門打開的時間?？刂破鹘油娢挥|點使中間繼電器常開觸點閉合給電動閥門供24V電壓，當(dāng)達到計算得出的時間時控制器斷開電位觸點，中間繼電器常開觸點斷開，電動閥門斷電保持在一定開度使藥劑持續(xù)留出。當(dāng)實際加藥量為0時電動閥門關(guān)閉?？刂圃硎疽鈭D如下：
10、電磁給料機變頻控制
控制原理：
以皮帶稱給出的4~20mA信號為依據(jù)，利用變頻器控制電機的轉(zhuǎn)速，使電磁給料機的振動頻率發(fā)生變化從而控制給礦量。
控制思路：
以皮帶稱給出的4~20mA瞬時信號為依據(jù)，將4~20mA信號連接至變頻器AI端子，通過變頻PID調(diào)節(jié)來控制電機轉(zhuǎn)速。由變頻自帶的RS485通信協(xié)議將變頻運行狀態(tài)參數(shù)上傳至上位機?？刂圃韴D如下：
10、系統(tǒng)集成
由現(xiàn)場控制器通過MODBUS或者RS485通信協(xié)議傳送給上位機，在上位機軟件中將每個設(shè)備的運行狀態(tài)，用水量，空氣量等生產(chǎn)信息在上位機軟件中顯示。通過上位機可以實現(xiàn)各種設(shè)備的啟動、停止操作，并具有設(shè)備互鎖功能。自動生成生產(chǎn)報表，歷史記錄查詢，交接班等功能。
11、遠程干預(yù)
通過RJ45通信協(xié)議，將上位機軟件中各設(shè)備的運行狀態(tài)、電流、流量、生產(chǎn)報表等相關(guān)信息傳輸至局域網(wǎng)，更方便的供管理層查看生產(chǎn)信息。可以添加遠程干預(yù)功能（不推薦）。
12、攝象監(jiān)控
采用高清、夜視、防塵、防水?dāng)z象頭，將所有的攝象頭集成至監(jiān)控上位機中。通過上位機可以選擇每個畫面單獨監(jiān)看，其它畫面后臺錄象監(jiān)控。攝象頭可以添加云臺控制。通過云臺可以控制攝象頭不同方位監(jiān)控。
青島藍方自控系統(tǒng)有限公司(http://www.haiyusuye.com.cn)是一家專門從事礦山自動化設(shè)備研發(fā)、設(shè)計、加工及安裝的專業(yè)化公司。主營產(chǎn)品有：自動加球機,全自動加球機,球磨自動加球機，自動加藥機，全自動加藥機，數(shù)控加藥機，采礦破碎流程控制，浮選控制系統(tǒng)，磨礦自動控制系統(tǒng)，濃度計，排水自動控制系統(tǒng)，選礦生產(chǎn)控制系統(tǒng)等自動化類產(chǎn)品。
