永平铜矿选厂精矿浓密脱水工段自动化系统开发与应用.pdf

第 2 0卷第 2期 2 0 1 1 年 6月 矿 冶 MI NI NG METAL L URGY Vo 1 2 0NO 2 J u n e 2 0l1 文章编号 ： 1 0 0 57 8 5 4 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 0 8 5 0 5 永平铜矿选厂精矿浓密脱水工段 自动化 系统开发与应用 尚海 洋， 周俊 武 ， 徐 宁， 彭 秀云 ( 北京矿冶研究总院， 北京 1 0 0 0 7 0 ) 摘 要 ：永平铜矿选 矿厂精矿浓 密脱水工段负责 对铜 、 硫两 种精矿 产品进行浓密和脱 水。为了提高该 流程的 自动化水平 ， 进行 了自动化系统改造。采用西 门子控 制系统 ， 实现 了电气设备远程 监控、 系统连 锁开停车 、 陶瓷过滤机远程监控和 电子报表等功能 。该 系统 有效提高 了生产效率 ， 降低人 工劳动强度 ， 取得了 良好效果 。 关键词 ：浓密； 脱水； 自动化系统； 报表 中图分类号 ： T D 9 2 8 9 文献标识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 5 7 8 5 4 2 0 1 1 0 2 0 2 2 DEVEL0PMENT AND APP L I CATI ON OF AUTOMATI ON S YS TEM 0F CONCENTRAT E THI CK AND DEHYDRAT I ON DEPARTMENT OF YONGP I NG CONCENTRAT I ON PL ANT S HANG Ha l y a n g，ZHO U J u n WU，XU Nin g，PENG Xiu y u n ( B e i j in g G e n e r a l R e s e a r ch I n s t i t u t e o f Min in g a n d Me t a llu r g y ， B e i fin g 1 0 0 0 7 0 ， C h in a ) ABSTRACT ：Th ick a n d de h y d r a t io n o f co p pe r a n d s u lf u r co n ce n t r a t e a r e co mp le t e d in co nce n t r a t e t h ick a nd d e h y d r a t io n d e p a r t me n t o f Yo n g p in g co n ce n t r a t io n p la n t I n o r d e r t o imp r o v e t h e a u t o ma t io n le v e l o f t h is fl o w，a u t o ma t io n s y s t e m mo d ifi ca t i o n is imp le me n t e d S ie me n s co n t r o l s y s t e m is a d o p t e d，e le ct r ic de v ice r e mo t e mo n it o r in g，s y s t e m in t e r lo ck in g s t a r t a n d s t o p，ce r a mic fi lt e r ce n t r a l mo n it o r in g，a n d e le ct r ica l r e p o r t a r e imp le me n t e d Th is s y s t e m in c r e a s e s t he p r o d u c t io n e ffi c ie n c y，d e c r e a s e s t h e s t r e n g t h o f l a b o r ，h a s g o o d e f f e c t KEY W ORDS：t hick e n in g；fi lt e r in g；a u t o ma t i o n s y s t e m ；r e p o r t 随着选矿技术 的发展 ， 自动控制技术在选矿行 业普遍发挥着重要作用。尤其是 当设备大型化后 ， 人工操作 已很难满足现场需求 ， 自动控制 系统可 以 有效地解决该问题 ， 为选矿厂的挖潜增效起到重要 作用。永平铜矿选矿厂的处理量为 1 0 0 0 0 t d ， 为 江西 铜业 集 团公 司第 三大 选矿 厂 。 永平铜矿精矿浓密脱水工段主要完成铜精矿及 硫精矿产 品的浓密脱水。最初采用盘式过滤机进行 收稿 日期 ： 2 0 1 1一 O 1 一O 4 作者简介 ： 尚海洋 ， 硕士 ， 控制理论与控制工程专业 ， 从事选冶行 业 自动化工作 。 过滤 ， 随着科技发展 ， 精矿工段逐步对脱水设备进行 更新 ， 将原有的盘式过滤机逐步更换为陶瓷过滤机。 为了实现精矿工段 的现代化控制， 提高 自动化控制 水平和生产效率 ， 保障现场安全生产 ， 进行了精矿 自 动控制系统改造。实现了精矿工段 电气设备 的远程 控制 、 系统远程连锁开停车 、 陶瓷过滤机集中监控等 功能 ， 极大提高 了生产效率 ， 降低 了人工劳动强度。 下面本文对该工段控制系统开发做详细介绍 。 1 工 艺 流 程 永平铜矿精矿浓密脱水工段共处理铜精矿和硫 精矿两种产品， 浓密设 备采用普通周边传动式浓密 矿 冶 机 ， 脱水设备采用陶瓷过滤机。具体的工艺流程是 ： 精矿 矿浆产 品首先 进 入 浓 密机 进 行 浓 密 ， 浓 密 机底 部胶泵将浓度在 6 5 7 0 的矿浆输送 到陶瓷过 滤机进行脱水 ， 脱水后 的精矿产品经过多条皮带转 运到精矿仓中进行储存 ， 最后通过火车运走精矿产 品。图 1即为精矿浓密脱水工段流程图。其中该工 段 采用 3台浓 密机 、 6台胶 泵 、 1台盘 式过 滤 机 、 6台 陶瓷过滤机 、 1 1条皮带和多个辅助泵等设备 。 硫精矿 铜精矿 臼 【=了匹=D， ( =互=D 目 臼 a=翌= 匝圈 图 1 精矿浓密脱水工段流 程图 Fig 1 Th e f lo w d ia g r a m o f co n ce n t r a t e t hick a nd d e hy dr a t io n d e pa r t me nt 2 控 制程 序开发 2 1设备 连锁控 制功 能开 发 由于永平铜矿的精矿仓距离脱水工段之间有较 长距 离 ， 因此需 要 采 用 多条 皮 带 进 行 转 运 。在 开停 车期间 ， 需要实现多个 电气设备的逆序开车和顺 序 停车等功能， 以往依靠人工操作效率较低 ， 易发生故 障 ， 因此采用 自动控制系统来完成该功能。下面分 铜系统和硫系统分别介绍 。 2 1 1 铜 系统 在铜 系统 中 ， 1 、 3 、 5 、 7 和 9 皮 带 属 于 铜 系 统 ， 具体控 制 功能如 下 。 ( 1 )在开车期间需要实现设备逆序开车； ( 2 )在停车期间需要实现设备顺序停车； ( 3 )在正常运行期间 ， 如果 中间任意一个设备 发生故障， 其后续 设备继续运行 ， 前端设备停 止运 行 ； ( 4 ) 5 和 6 陶瓷过滤机参与连锁控 制， 当陶瓷 过滤机后续设备有任意一个发生故 障， 陶瓷过滤机 都要 自动切换到暂停状态 ， 停止下料 ； ( 5 )开车前需要 自动打开车铃 ； ( 6 )停车后需要 自动打停车铃 ； ( 7 ) 当发生故障的设 备恢复正常后 ， 操作人 员 可 以通过 开 车按钮 实现 系统 接续开 车 。 2 1 2硫 系统 在硫系统 中， 2 、 4 、 6 、 8 和 1 0 皮带属 于硫系 统 。硫 系统 由于 流程 原 因 ， 其 控 制 规 则远 比铜 系统 复杂得多， 除了具备铜系统的功能外 ， 硫系统还需要 完成很多其他功能 ， 下面详细介绍 。 由于永平 铜矿 本身 设有 硫 酸厂 ， 用 于生 产硫 酸 。 因此生 产 的 硫 精 矿 产 品 会 根 据 硫 酸 厂 的需 要 通 过 1 0 1 皮 带 由 4 转运 到硫 酸厂 ， 当硫 酸厂 不需 要料 时 ， 4 皮带按照正常 的顺序将硫精 矿产品输送 到 6 皮 带 。有 的时候也会 出现 特 殊情 况 ， 就 是 4 皮带 会 同 时向硫酸厂和硫精矿仓供料 。由于供料方 向切换完 全依靠人工调节闸板来实现， 因此无法检测。 根据实际生产要求 ， 需要在正常运行的过程 中 无 扰 实现 以上 功能 之 间 的切 换 ， 为 此 专 门开发 了切 换控 制流程 ， 具 体功 能如 下 。 首先 对 生产 流 程 进行 分 类 ， 叮大 致分 为 以 下 一 种情 况 ： ( 1 ) 流程 1 ： 4 皮带 和 6 皮 带 连锁 ， 只为 精 矿仓 送料 。皮带启动顺序为 1 0 8 6 4 2 。 ( 2 ) 流程 2 ： 4 皮带 和 1 0 1 皮 带 连锁 ， 只为 硫 酸 厂送 料 。皮带启 动顺 序 为 1 0 1 4 2 。 ( 3 ) 流程 3 ： 4 皮带同时和 6 、 1 0 1 皮带连锁， 同 时为 精矿仓 和硫 酸厂 送 料 。皮 带启 动顺 序 为 1 0 1 1 0 8 64 2 为 了实 现 以上 功 能 ， 针 对切 换 过 程 中需 要 操作 的事项 ， 制 定具 体切 换 步骤如 表 1 所 示 。 2 2 陶瓷 过滤 机信 号监控 该工 段 共 有 6台陶 瓷 过滤 机 ， 每 台陶瓷 过 滤 机 旁边设有就地控制柜 ， 为 了方便控制室人员能够集 中监 控 陶瓷过 滤机 运 行 状 态 ， 控 制 系统 通 过 总 线 通 讯 的方式 读 取 陶瓷过 滤 机 的数据 ， 并集 中在 上 位 机 上进 行显 示 。 图 2即为 陶瓷 过滤 机 集 中监 控 画 面 。 在该 画 面 中 ， 显示 每个 陶瓷过 滤机 的真 空度 、 反 冲洗 压 力 、 主轴速 度等 变量 ， 显示 陶瓷 过滤机 系统 中泵 阀 状态。为了能够方便操作人员监控 ， 对于变量的不 同状态 ， 采用 不 同颜 色加 以 区分 。 由于 陶瓷过滤 机 在运行 过程 中有 可能会 出现 陶 瓷 板碰 到刀 口 ， 从 而破 裂 的现象 ， 控制 室人 员在视 频 监控系统中可以查看到该现象。由于该事故发生时 间短 ， 等操作人员到现场操作停止陶瓷过滤机时大 量陶板 已经损坏 ， 为此在控制 系统 中设置了陶瓷过 滤机暂停功能 ， 操作人员通过点击画面两侧相应 陶 目 Ha 尚海洋等 ： 永平铜矿选 厂精矿浓 密脱水工段 自动化系统开发与应用 瓷过滤机的急停按钮 ， 可 以使 陶瓷过滤机主轴 暂时 停止转动， 避免产生更大的损失 。 表 l硫 系统 流程切换控制顺序表 Ta b le 1 S e q ue n ce co n t r o l t a ble o f t he s wit ch o f f lo w o f s u lf u r s y s t e m 匿 一 圈一 一 翌束 流 程 1 切 换 到 流 程 3 I 加 l l 号 l 本 次 切 换 结 束 J皮 带 l J流 程 l 。 流程 2切换到流程 1 l 号 I I 喜 统 i l 6 亲 动 m 、f一 本 次 切 换 结 束 流 程 l l 联 起 预 告 铃 l l 皮 带 l 一 流程 2切换到流程 3 麝号 H 薯 H 8 6 加 、 次 切 换 结 束 I流 程 I I联 起 预 告 铃 I l 、 皮 带 I 流程 3切换到流程 1 流程 3切换到流程 2 匿号 H 统 H 8 10 、 次 切 换 结 束 I流 程 l l 停 车 预 告 铃 l l 、 皮 带 I 一 图 2 陶瓷过滤机集 中监控 画面 Fig 2 Gr a p h o f ce r a mic f ilt e r ce n t r a l mo nit o r in g 2 3 辅 助 功能 开发 在浓密脱水生产过程 中， 当浓密机底流浓度低 于 6 0 ， 后续的陶瓷过滤机的脱水效率会 降低。当 浓密机底流浓度过高时 ， 浓密机有可能会产生压耙 事故。因此 需 要 将 浓 密机 底 流 矿 浆浓 度 控 制 在 6 5 7 0 的安 全 经 济 范 围 内 。为 了实 现 以上 目 的， 当浓密机底流矿浆浓度偏低时， 需要用泵打到陶 瓷过滤机的高位矿浆分配桶处 ， 然后再靠矿浆 的重 力作用 自流回浓密机内部 ， 形成 自循环， 这样可 以防 止浓密机压耙 ， 此时陶瓷过滤机可 以不工作或进行 冲洗 ， 可以有效减少 电能消耗。在浓密机 内部 循环 过程中， 需要切断陶瓷过滤机和浓密机底流胶 泵之 间的连锁关系 ， 而在 陶瓷过滤机工作期 间， 需要恢复 该连锁关系。为此 ， 程序中编写 了相应模块 以实现 该功能 ， 上位机增加了两位选择开关 ， 可以选择铜系 统胶泵和过滤机连锁或打循环 ， 硫系统与此类似 。 3 上 位 机 功 能 开发 3 1 监控 画面功 能开 发 精矿浓密脱水工段控制系统的监控画面主要包 含 以下几 方 面 内容 ： ( 1 )启动画面 ： 开机后直接 自动进入该画面； ( 2 )公共系统： 监控精矿电气设备运行状态 ， 完 成系统连锁开停车功能； ( 3 )陶瓷过滤机 画面 ： 对 6台陶瓷过滤机 同时 监控 ； 矿 冶 ( 4 )历史曲线 画面 ： 实时显示流程数据和 陶瓷 过滤机数据曲线， 可实现历史 曲线查询功能 ； ( 5 )事件记录： 记录报警相关信息； ( 6 ) 精矿报表 ： 实现 报表查询、 显示 、 打印等功 能 。 3 2报 表功 能开发 根据生产管理的要求 ， 每班生产人员需要填写 精矿 浓 密脱水 工段 生产 运行 日报 表 和陶瓷 过滤 机运 行记 录报 表 ， 每 天形 成 一 份 报 表存 档 。在 完 成控 制 系统 改 造后 ， 很多 流程 数据 已经 能够 实现 自动 获取 ， 因此采用计算机和数据库技术来实现电子 报表 ， 可 以快速准确地对数据进行存储和管理 ， 提高工作效 率 。 本项 目根据生产的需要 ， 开发设计了报表系统。 报 表 系统遵 循原 有纸 质格 式来设 计 ， 共分 为 7个表 ， 包 括 1个工 段生 产运 行 日报表 和 6台 陶瓷过 滤机 运 行 记 录报表 。 报 表 系统 内嵌在 上位 机组 态软 件 中。采 用嵌 入 式 的表 格控 件来 开 发 报 表 ， 用 于 报 表 画 面显 示 。报 表 中 的 数 据 存 储 在 后 台 数 据 库 中 ， 本 系 统 采 用 S Q L S e r v e r 2 0 0 5数据库 ， 该数 据库 是微 软公 司开 发 的， 可以开发基于 We b应用的网络数据库产品。它 是一个功能强大的 、 可缩放 的、 高性能的关系型数据 库管 理系 统 ( R D B MS ) 。 通过对报表中的数据进行分析 ， 按照数据存储 时间问隔来分 ， 可以分为以下几类 ： ( 1 ) 每小时整点 存储一次 ； ( 2 ) 每班 8小时整点存储一次 ； ( 3 ) 每天 2 4小 时整 点 存 储 一 次 。按 照 数 据 的 来 源 可 分 为 以 下 几类 ： ( 1 ) 控 制 系统 从 流 程 中 自动获 取 ； ( 2 ) 控 制 系统根 据 时 问和 报 表 内容 自动 计 算 ； ( 3 ) 操 作 人 员 人工输 入 。 为 了实 现数 据 方 便快 捷 的存 储 ， 在 数 据 库 中按 照不同类型的数据分别建立多个表格 ， 基本是按照 存 储 时 间间隔分 类 来建 立 的 ， 这 样 可 以实 现不 同存 储频率的变量分别存 储。为 了实现 数据库操作功 能 ， 采用 WI N C C内部的 V B S语言建立脚本程序 ， 通 过 A D O的方式操作数据库 ， 实现数据 的定期存储。 A D O 中文 含 意 是 A ct i v e X数 据 对 象 ( A e t iv e X D a t a o b j e ct ) ， 它是 一种 面 向对 象 的接 口。A D O访 问数 据 库是 通过 访 问 O L E D B使用程 序 和 O L E D B供 给程 序来进行的 ， 它在封装 O L E D B的程序中使 用丫大 量 的 C O M接 口 ， 是一 种 高层 的访 问技 术 ， 兼 具 有强 大 的 数 据 处 理 功 能 和 极 其 简 单 、 易 用 的 编 程 接 口 _ 3 1 为了实现报表数据显示 ， 在画面上设 置报表时 间选 择 窗 口 ， 后 台程 序根 据用 户选 择 的时间 ， 自动 到 数据 库 中查询 相关 数 据 ， 并 按 照 事先 设 定 好 的 格式 显示在报表窗口供用户查看。用户可以用打印预览 和打印按钮实现报表打印预览和打印功能。图 3是 精 矿工 段生产 运行 日报 表 画面 。 精矿】 段生 产运 日报 表 每g 日 璜 自 草斑 中 斑 穗斑 台计 诔 它 机 嘲 毫 u ) 佩 爨 机 电 压 r ) 谭嘲诩嚏 j 睫 曩 晶 时 滞 C C a n 蠢 晶 3 湛 椭 j 也 2 池 】 瑚 2 b 使 纛 晶 0 鼍 晶 I 2 S s 6 0 柏 0 耗 赍确馕撼 l 2 S 蛙 0 的 O 电 框 计量 i 2 5 鞠 5 0 辅 0 的 0 1 2 5 嘛 s B O 0 况 椎 斑计量 l2 5 3 钧 O 巳 目O 一 棼缸 i 2 S s B 0 明 O 确 孵蘑量 1 2 0 抽 S 5 3 O B g 0 蛙 自黼 l2 0 昭 鹞 e 曲 O 撼 藏薄量 ， 2 0 n 0 翻 0 量 m 髓 1 2 0 a 婚 5 3 0 船 0 l 厂 斑总量 l0 3 钟 5 3 0 O 嚏 1 2 o 3 蚌 辩 0 帅 0 出 r 辅 1 2 O 瓣0 O 0 慨 黼 l 2 O 5 3 n O 蚺 t 结 懈 5 。 分 l2 0 3 0 0 维 晰 t 分 搠 分 前 碲 分 l 2 0 3 日 o 0 0 晰 1 分 硼 寸 2 e 势 埘 舟 1 2 O 5 n 0 螺I I 0 5 1 1 分 t q m l2 0 5 ，O 0 主 肋 O ， 傅 3 n 0 酣 0 董 蕊 s g 1 “ 1 分 蛇盼 时s 9 分 l 2 0 0 s 3 a 8 。O 设 蕞 li2 i2 0 3 9 5 3 S ，b 0 鲁 1 2 O 匏0 5 3 0 e g 0 挂 璃 嘲 嘲 3 2 分 l 2 0 柏 5 3 4 e 业 哪 分 B | l3 1 分 口 蝣 时 喙 甓 嘞 e 音 扎t 分 T 时5 5 分 蔺 T 时 5 9 分 耐 2 吩 过埔桃 拈 唠 目 l l阱 甜 打势 盼 如 甜 薅机 图 3精矿工段生产 运行 日报表 Fig 3 Flo w p r o d u ct io n da ily r e p o r t o f co nce n t r a t e t h ick a n d d e h y dr a t io n d e p a r t me n t 尚海洋等 ： 永平铜矿选 厂精矿浓密脱水工段 自动化系统开发 与应用 4控 制 系统 结 构 永平 精矿 控 制 系统 采 用 西 门子 s 7 3 0 0系列 P L C作为主控制器 ， 实现连锁控制和数据计算等功 能。主控制器 通过 P r o fib u s D P总线和 陶瓷过滤机 的 s 7 2 0 0控制器进行通讯 ， 实现数据读取和远程控 制等功能。上位机采用两台工控机作为操作员站 ， 实现数据显示 、 操作控 制和数据存储等功能。下位 机编程软件为 S t e p 7 ， 上位机组态软件为 WI N C C 。 S 7 - 2 O 0 S 7 - 2 O 0 S 7 - 2 O 0 S 7 - 2 O 0 S 7 - 2 O 0 S 7 - 2 O 0 1 2 3 4 5 6 陶瓷过滤机控制器 图 4控 制 系统 结 构 图 上下位机之间采用以太网进行通讯 。上位机操作员 站中选取一台做为主机 ， 采用光纤 网络和厂调度室 服务 器进行通讯 ， 通过 O P C方式将数 据传给服 务 器 ， 服务器将数据汇总后 ， 统一以网络发布的形式上 传到局域网上 。图 4是该工段控制系统结构图。 5 结 语 永平铜矿选矿厂精矿浓密脱水工段控制系统的 应 用 ， 实现 了多 台电气设 备 的连 锁控 制 ， 陶瓷过 滤 机 数据远程监控 ， 流程数据监控 ， 电子 生产报表等功 能 ， 极大提高了劳动效率 ， 保证生产 安全 ， 提高 自动 化水平 。该 系统运行 至今 ， 稳定可靠 ， 已经成为生产 中不 可或缺 的重要 组成 部分 。 参考 文献 ： 1 尚海洋 磨矿 浮选 自动化 系统开发 与应用 J 矿冶 ， 2 0 0 9， 1 8 ( 2)： 8 99 2 ( 2 王武生 ， 韩艳 ， 倪宏 革 基于 A D O 的 S Q L S e r v e r 数据库 访 问技术 的研究 J 微机发展 ， 2 0 0 3 ， 1 3 ( 1 1 ) ： 1 71 9 ( 3 王若 慧 ， 常永奋 A D O与 S Q L实现 A