（机械工程专业论文）洗选流程放矿系统自动控制的应用研究.pdf

；1 ad i s s e r t a t i o ni nm e c h a n i c a le n g i n e e r i n g a u t o m a t i cc o n t r o l l i n ga p p l i c a t i o nr e s e a r c ho f t h e m i n e r a l - p i l i n gs y s t e mo f o r e d r e s s i n g p r e s s b yz h o ug u o q u n s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rz h a og u a n g y a o n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j a n u a r y2 0 0 8 ，0llll 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名。f 司f 司警 日 期： o 7 年n 月，o 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定s 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期：年月日 导师签名： 签字日期： -讯 ， ，j 每t ：挚；i量，；! ，if，12tl ，；fi 一一 -l-tl， t v h l 。q t v ， 口 东北大学硕士学位论丈 洗选流程放矿系统自动控制的应用研究 、 摘要 洗选流程的放矿系统主要承担矿石的装车发运，是石灰石矿生产的一个重要环节， 决定着最终供矿任务是否能顺利完成。本课题针对该系统自动控制的实现方案进行研 究，以改变目前石灰石矿人工控制及低水平自动化控制的现状，为生产的全面数据化、 自动化进程打下坚实的基础。 石灰石矿洗选流程的放矿控制系统采用集散控制方式，整套系统设置一套p l c 作 为系统的控制核心，一套操作站作为监控和操作管理，并通过工业以太网连接成一个小 型集散控制系统。主要涉及放矿系统皮带机卸料、原料仓料位和放矿装车的自动控制方 案设计工作。 本课题采用中铝贵州分公司石灰石矿洗选流程的放矿工序作为现场控制单元。通过 两个基础平台，由工业以太网连接的p l c 和操作站，由现场总线连接的p l c 和显示操 作终端，把转运工序的生产控制、数据采集、事务处理集成为统一的系统，构成企业生 产管理和企业信息化的基础。实现石灰石矿转运工艺过程现场数据的实时采集、储存、 计算、显示、报警和打印，以流程图、趋势图、棒状图以及表格等形式进行显示，通过 对主要工艺流程、生产设备和辅助生产设备的实时监控，完成车间对工艺过程的基础生 产管理工作( 例如：装车的批次和矿石的转运量等) 。使其控制体系将更加符合矿山生 产的实际情况，系统运行稳定可靠，并可方便地根据工艺的改变而适时调整控制策略， 降低成本。其技术意义和社会意义都是十分深远的。 关键词：放矿系统；集散控制；p l c 配置；软件编程；系统功能 严 ；，妒 a u t o m a t i cc o n t r o l l i n ga p p l i c a t i o nr e s e a r c h o ft h em i n e r a l p i l i n gs y s t e mo fo r e d r e s s i n g p r e s s a b s t r a c t t h em i n e r a l - p i l i n gs y s t e mo fo r ed r e s s i n gp r o c e s sm a i n l yu n d e r t a k e st h el o a d i n ga n d 仃觚s p o r t a t i o no fm i n e r a l s ，i t sa i li m p o r t 觚tl i n ki nt 1 1 ep r o d u c t i o no fl i m e s t o n e ，i ta l s od e c i d e s t l l es u c c e s so rf a i l u r eo f m i n e r a l - p r o v i d i n g t h er e s e a r c ht o p i c 越m sa tt l l er e a l i z a t i o ns c h e m e o ft l l ea u t o m a t i cc o m r o l l i n g ，t oc h a l l g et h ep r e s e n ts i t u a t i o no fm 锄一c o n t r o l l e dl i m e s t o n ea n d t l l el o w 1 e v e la u t o m a t i cc o n 仃o l l i n g ，i tl a y s 也es o l i df o u n d a t i o nf o rt 1 1 eo v e r a l ld a t aa i l d a u t o m a t i cp r o c e s s t h em i n e r a l - p i l i n gc o n t m l l i n gs y s t e mo fo r ed r e s s i n gp r o c e s s 印p l i e sc o l l e c t i n ga 1 1 d d i s t r i b u t i n gc o n t r o l l i n g ，t h e 、 ，! h o l es y s t e ms e t su pa s e to fp l ca st h ec o n 仃o l l i n gc o r eo fm e s y s t e m ，a n das e to fo p e r a t i n gs t a t i o n 嬲i t sc o n t r o l l i n ga n do p e r a t i n gm a i l a g e m e n t i tj o i n s 嬲 as m a l lc o l l e c t i n ga n dd i s t r i b u t i n gc o n t r o l l i n gs y s t e mt 1 1 r o u g hc o m p u t e rs o 小硼r ei ni n d u 蛐叮 t l l ep r o c e s sm a i m yi n v o l v e st 1 1 em i i l e r a l - p i l i n gs y s t c m sd i s t r i b u t i n go f b e l tc o n v e y e r i te n d s p r o d u c ts t o r e h o u s ea 1 1 dt 1 1 ew o r ko fa u t o m a t i cc o n 协o l l i n gd e s i g nf o r l o a d i n g t h er e s e a r c ht o p i cu s e st h em i n e r a l p i l i n g 、o r k i n gp r o c e d u r eo ft h eo r ed r e s s i n gp r o c e s s o ft h ec h i i l a 眦i 1 1 u m ，g u i z l l o ub r a n c h ，嬲t l ：i ew o r k s i t ec o n t r o l l i n gu i l i t n l r - o u 曲2b a u s i c p l a t f o m s ，b yp l c a i l do p e r a t i n gs 协t i o n ，m ep l cl i n k e db yt 1 1 e 、0 r k s i t eg e n e r a ll i n ea i l d d i s p l a yo p e r a t i n ge n d ，i ta s s e m b l e st h ep r o d u c t i o nc o r l n 0 l l i n g ，( 1 a t ac o l l e c t i n g ，a 丘a i r sd e a l l i n g 撼a 嘣f i e ds y s t e m ，i tc o n s i s t s 廿l ef o u i l d a t i o no ft 1 1 eb u s i n e s sm a i l a g e m e n ta u l db u s i i l e s s i n f o m a t i o n ，i tr e a l i z e st l l ed a 协c o l l e c t i n g ，s t o r i n g ，c a l c u l a t i n g ，d i s p l a y i n ga l a n n i n ga n d t ) ，p i n g o ft h e l i m e s t o n e st m s p o r t i n gi n d u s 仃i a lp r o c e s s ，i tr e v e a l sb yt h en o wd i a 铲a m s ， t e n d e n c yd i a g r a m s ，s t i c k l i k ed i a g r a m sa i l dc h a r t s t h r o u 曲m em o m t o ro ft l l em 句o r i 1 1 d u s t r i a lp r o c e d u r e ，p r o d u c te q u i p m e n ta n da i d p r o d u c te q u i p m e n t ，i tf i m s h e st h eb 2 u s i c m a j l a g e m e n to fi n d u s t r i a lp r o c e s s i th e l p st h ec o n t r o l l i n gs y s t e mm e e tt h er e a lc o n d i t i o n so f m i n i n gp r o d u c t i o n o n l yt h es y s t e m so p e r a t es t a b l ya 1 1 ds a f e l y ，i tc a i lc o n v e n i e n t l ya 由u s tt h e c o n 协o l l i n gt a c t i c sa c c o r d i n gt ot 1 1 ec h a n g i n go ft h et e c l l l l o l o g y i ta l s or e d u c e st h ep r o d u c t i o n c o s t s s oi th a sp r o f - o u n dh i s t o r i cs i g n i 6 c a l l c e sb o t hi nt e c h n i c a lm e a i l i n ga n ds o c i a lm e 砌n g k e yw o r d s ：t h em i n e r a l - p i l i n gs y s t e mo fo r e ；c o l l e c t i n ga n dd i s t r i b u t i n gc o n t r o l l i n g ； p l ce q u i p m e m ；s o 行w a r ec o m p i l e s ；s y s t e m a t i cf u n c t i o n s l l l ，、； 东北大学硕士学位论文 目 录 目录 独创性声明i 摘要i i 4 a b s l r a c t i i i ， 第1 章绪论1 1 1 课题背景简介，1 1 1 1 研究背景1 1 1 2 问题的提出2 1 2 矿山生产系统自动化技术的发展现状3 1 2 1 带式运输集中控制系统4 1 2 2 监控系统4 1 2 3 装车自动化控制系统：。5 1 3 课题的研究意义6 1 4 课题的主要内容6 第2 章生产工艺9 2 1 石灰石矿生产流程9 2 1 1 石灰石矿生产简介9 2 1 2 洗选流程简介一9 2 1 3 放矿工序l0 i 2 2 主要生产设备1 1 一 第3 章放矿控制系统的原理与方案设计1 3 3 1 工艺原理概述1 3 3 2 放矿系统的控制现状j 1 3 3 3 自动控制系统原理简介1 4 3 3 1 集散控制系统1 4 3 3 2 现场总线控制系统16 东北大学硕士学位论文 目 录 3 3 3 基于工业以太网技术的网络控制系统1 7 3 4 放矿系统的自动控制原理18 3 4 1 放矿控制系统设计1 8 3 4 2 皮带输送机的自动控制1 9 3 4 3 放矿小车的自动控制1 9 3 4 4 火车装料的自动控制2 1 3 4 5 电动插板阀的控制2 4 3 5 控制方案的设计2 4 3 5 1 仪表的设计2 4 3 5 2 电气设备2 5 3 5 3 控制器的设计2 5 3 5 4 软件程序设计2 6 3 5 5 视频系统设计2 6 3 5 6 电源的设计2 6 3 5 7 计算机及网络的设计2 6 3 6 本章小结2 7 第4 章控制系统的硬件实现2 9 4 1 洗选放矿控制系统的硬件实现2 9 4 1 1 仪表及电气设备的实现2 9 4 1 2 控制器硬件的实现3 0 4 2 信号采集3 4 4 3 控制系统网络配置3 4 4 4 系统硬件平台的搭建3 4 4 5 外部硬件设备连接及抗干扰措施3 6 4 5 1 电源供电保护3 8 4 5 2 接地保护3 8 4 5 3 直流2 4 v 接线端隔离保护3 9 4 5 4 输入、输出接线保护3 9 4 5 5 变频控制原理及保护4 0 v ， j 东北大学硕士学位论文目 录 4 5 6 利用p l c 内部定时器屏蔽输入端可能出现的误信号4 l 第5 章控制系统的软件实现。4 3 5 1 放矿控制系统人机界面的实现4 3 5 1 1 组态软件i f i x 简介4 3 5 1 2i f i x 组态软件的功能4 4 5 1 3i f i x 组态软件的组态内容4 6 5 1 4i f i x 组态软件的数据通讯4 7 5 1 5 组态软件的结构划分4 7 5 2 监控系统的功能设计4 9 5 2 1 设计原则4 9 5 2 2 画面的构成5 0 5 2 3 安全机制5 4 5 2 4 程序语言5 5 5 3 放矿控制系统的p l c 控制程序的实现5 5 5 3 1p l c 软件介绍5 5 5 3 2r s l o g i x 5 0 0 介绍5 6 5 3 3p l c 编程5 7 第6 章系统的特点和应用前景6 1 6 1 放矿系统的特点6 l 6 2 应用前景6 1 第7 章结论6 3 参考文献6 5 致谢6 7 附录6 7 t 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 1 课题背景简介 1 1 1 研究背景 第1 章绪论 随着科学技术的不断进步，现代工业的生产技术和工艺过程日趋复杂，生产设备和 装置的规模不断壮大，企业生产自动化的要求也越来越高。适合工艺特点的控制技术不 但能够满足生产操作的需要，而且可以稳定工艺、提高产品质量、提高工艺效率( 产出 一投入率) 。通过“九五和“十五 采用新技术、新工艺、新材料、新装备改造传统 的煤矿、有色金属矿山等重型工业，在近十年的时间得到了较快的发展，逐步实现由劳 动密集型生产向高效集约化生产的转变，走新型工业化道路，加快了高产高效矿山的建 设，矿山的生产效率和经济效益得到了较大的提高。在提高矿山生产效率方面，自动化 技术在矿山生产中的广泛应用发挥了重要的作用。 自动化技术在矿山生产系统中的应用涉及生产的所有环节，其涵盖范围很广，实现 了减人提效、节能降耗、提高产品质量和生产可靠性、提高安全水平、改善生产环境、 降低劳动强度等目的，提高了企业的综合效益。 目前对矿山生产产生重大影响的自动化技术主要有电力电子与传动、机电一体化、 网络通信和管控一体化等先进技术。仅仅实现对现场设备的控制已经无法满足更高的要 求，而对现场设备运行状况的实时响应才具备更多的实际意义，因此对工业现场的监视 控制系统应运而生。在计算机上配以组态软件实现数据采集和过程控制是工业控制领域 的一个明显趋势，因为这种模式可更直观、更方便地对生产过程进行实时监控，充分发 挥计算机的复杂数据运算处理、报表统计和图形显示能力，同时避免工业控制过程中大 量烦琐的编程工作，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，从而快速构建 工业监控系统。因而近年来，组态软件在中小型工业过程控制工程、工业自动化工程中 得到了广泛应用。 自2 0 0 1 年组建的中铝股份有限公司是中国最大的氧化铝生产商，是全球第二大氧 化铝生产商，同时也是中国最大的原铝生产商。其下属的贵州分公司称得上是铝工业的 龙头企业。 中铝贵州分公司坐落在高原铝城贵州省贵阳市白云区，是集铝土矿、石灰石矿、 氧化铝、热电、电解铝、碳素制品( 铝电解用阳极、阴极) 、动力、运输、计控、机械、 铝型材等于一体的大型铝联合企业。近几年来，随着控制技术的发展，越来越多的先进 1 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 过程控制技术被广泛应用于氧化铝、电解铝和碳素生产工艺，取得了明显的成效，贵铝 的自动化水平得到的很大提高，生产效率有了大幅提升，产生的经济可观。二oo 六年 生产氧化铝l o o 万吨、电解铝3 6 万吨、碳素制品约2 3 万吨。 1 1 2 问题的提出 改革开放以来中铝贵州企业的控制技术发展也经历了三个发展阶段，第一个阶段7 9 年8 4 年，这个阶段氧化铝生产基本上是简单的电气控制加手动操作，安全性极差，电 耗、油耗以及其它物料消耗很大，生产效率低下，产量了非常低；第二个阶段8 5 年 9 4 年，这个阶段，氧化铝生产主要采用常规的仪表，解决了主要工艺参数的检测和显示， 控制方式仍然以现场分散操作为主，主要参数在控制室显示，操作人员定时到现场巡视 检查，劳动强度得到了一定程度的改善，生产效率有所提高；第三个阶段从9 5 年至今， 这个阶段氧化铝生产工艺控制得到了飞速的发展，工业现场大量采用了p l c 控制系统 和d c s ，并且在部分工艺采用了专家控制系统。生产效率迅速提升，产量大幅上升，不 断创出历史新高，工人的工作环境得到了很大的改善，生产工艺稳定且质量也在攀升。 石灰石矿位于贵阳市西北3 2 公里，占地面积1 3 平方公里，采场面积o 5 平方公里， 行政区属乌当区朱昌镇，距贵州分公司1 7 公里。采用公路开拓、汽车运输，台阶高度 为1 0 米。石灰石矿作为中铝贵州分公司石灰石的生产基地，主要生产该分公司氧化铝 厂所需的碱性溶剂石灰石，其主要作用是为氧化铝脱硅。石灰石矿甘冲矿区于1 9 8 7 年试车投产，是集爆破、开采、破碎为一体的中铝贵州分公司自有矿山。矿年采剥总量 设计为6 0 万吨，现在实际年采剥总量已达7 0 万吨以上，年供矿量达到了4 0 万吨以上， 主要产品有粒度5 0 1 0 0 m m 的大块石灰石和粒度小于2 5 i m 的小块石灰石。按其生产 规模属于中小型矿山。 石灰石矿甘冲矿区自8 7 年投产以来，主要的采掘、破碎工艺和设备更新换代少， 设备更新设备逐年老化，技术和装备落后，一些岗位人员繁冗，工作效率较低，0 6 年全 员劳动生产率为2 3 0 7 吨人。控制新技术应用迟缓，自动控制水平低下。其洗选工艺流 程的控制方式主要是就地控制和集中联锁控制。放矿系统的双向移动皮带机与流程其它 设备的控制方式有就地控制和集中联锁控制两种，皮带机移动小车采用就地控制。与分 公司内部兄弟单位相比，自动化程度低。与国内其它大型矿山比其技术、装备更显老化 和落后，其控制技术落后的现状急需改善。 现有洗选流程放矿工序控制系统存在的问题： 目前洗选流程放矿系统采用人工控制，生产线数据管理系统尚未形成，自动化程度 2 东北大学硕士学位论文第l 章绪论 低下，存在以下几方面的问题： ( a ) 人为因素影响放矿 现成品矿经皮带运输机进入原料仓，操作工根据原料仓矿石的堆放情况人工调节皮 带运输机卸料小车的位置达到调整仓位的目的。由于操作人员观察料位不及时、引起皮 带机卸料位调节滞后，易造成矿石冒仓影响皮带运输机卸料小车的正常移动。现放矿岗 位操作人员是在接到放矿通知，从待机室走到放矿流槽进行放矿操作，人员到岗时间的 早晚对放矿的及时性有较大的影响，车皮等人的现象时有发生。由于采用人工控制设备， 虽对车皮的载重有规定，但在实际放矿时，执行标准因人而异，各个班次各人间的放矿 标准也不尽相同，使得人为因素影响到放矿量的准确性，车皮载重量得不到稳定一致的 控制。放矿量过多超出安全规定或装车不足的情况常发生，放矿工常因装车不符合要求 而被考核，员工对此意见较大。 ( b ) 占用人力资源，效能低 由于放矿由人工操作完成，因此每个班次都要配备两名专职放矿工，现放矿班共有 1 1 名员工，从而增加了人工费用的支出，由此提高了生产成本。 1 2 矿山生产系统自动化技术的发展现状 纵观全国煤矿、非煤矿山的自动化技术水平，与其它的工业生产领域相比，总的水 平还存在较大差距，与世界先进国家相比还很落后。而国内大型矿山应用自动化技术较 早，其效果也较为显著。在国家有关科研院所、高校、厂矿企业等单位的共同努力，通 过“九五”和“十五 十多年的开发研究、推广应用，p l c 控制、组态软件和网络控制 逐步在一些矿山采用，我国矿山生产系统的自动化技术水平和装备技术水平得到了较为 显著的提高，带动了我国重型工业生产综合自动化的向前发展【4 】【5 1 。 由于p l c 性能价格比不断提高，微机程序控制这一技术已进入成熟应用阶段，所 以p l c 成为矿山控制系统的首选设备。p l c 功能强大、容易使用、高可靠性，常常被 用来作为现场数据的采集和设备的控制。 随着自动化技术和计算机技术的不断发展，目前工控机也在矿山得到广泛的应用。 现场总线技术的引入，减少了现场布线，增强了工控机与现场设备的信息交往。 自七十年代以来，以微机为核心的分散式控制系统( d c s ) 将现代科技的最新成就 计算机技术、通讯技术、c i 盯显示技术和自动化技术( 即4 c 技术) 集为一体，使自 动化仪表装置向系统化、分散化、多样化和高性能化的方向产生了一个质的飞跃。在此 基础之上，现代控制理论的实用化成为可能，大大促进了自动控制技术的发展。分散控 3 - 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 制系统( d c s ) 因能充分体现分散控制与集中操作管理的思想，并以先进的技术、丰富的 控制功能、友好的人机界面和愈来愈可靠的工作性能等优势，由于d c s 技术在诸多方 面的优点，应用日益普及，是当今自动控制技术发展的热点，代表了工业控制领域今后的 一种发展方向，也是矿山自动控制技术的发展方向【7 】【8 】。 1 2 1 带式运输集中控制系统 2 0 世纪8 0 年代以来，带式运输逐步成为我国矿山高产高效的运输主要方式，因而能 否实现带式输送机的安全高效运行，直接影响矿山生产。局限于当时的技术和装备水平， 我国矿山带式输送机的控制仍以就地控制为主，每部输送机都有各自的控制系统，分散 操作，这种控制方式不仅需要较多的人力，而且工人劳动环境条件差，不具备对故障的记 录及综合分析等功能，各种保护信号只能就地显示，不便于科学管理。 为了保障矿石安全运输，降低运输事故，实现高产高效，提高矿山现代化管理程度。 国内科研院所、高校、生产厂家将计算机控制技术、网络技术、工业电视技术、光纤通 信技术和电力电子技术等高新技术应用于矿山带式输送机控制中。目前，国内有多家生 产和成套带式运输集中控制系统，其总的设计思路相似，具体的技术应用各有特色。在 天地王坡煤矿地面生产系统自动化示范工程中，天地科技股份有限公司高新技术事业部 对其多部带式输送机的集中控制系统进行了设计成套，其设计的主要原则是：以地面计 算机统一控制为主，井下监控为辅的控制方式，系统采用分布式计算机控制系统，控制 系统由地面远程集中监控中心、井下和井上若干个控制分站组成，通过p r o f i b u s 总线 联网传输信息。地面、井下的图像和数据采用光纤传输。地面控制中心由2 台口c 工控 机、大屏幕、打印机等组成，2 台工控机采用冗余技术互为备用。井下控制由多个控制 分站组成，采用可编程控制器为核心的防爆兼本安型带式输送机自动控制装置。 1 2 2 监控系统 改革开放以来，我国矿山生产控制系统大致经历了基于单片机的单机自动化控制、 基于工控机和过程仪表的集散式控制、基于p l c 的分布式集中控制3 个阶段。近十年 来，在工业生产和矿山自动化应用领域，p l c 己成为自控系统的基本电控装置。 近几年随着矿山规模的大型化和计算机技术、通信网络技术的高速发展，矿山特别 是一些大型矿山的自动化技术水平也得到很大的提高。 当今矿山生产一些典型的流程工业系统，同其他流程工业系统一样，正在由简单控 制向先进控制、智能控制，由单一控制向综合自动化方向即c p s 方向发展，矿山生产 4 | ， 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 的集控系统已不是纯粹的生产过程集中控制的概念，而是更多地担负着数据信息处理功 能，生产自动化已不限于过程的控制，而是给系统赋予了生产管理职能，综合自动化、 信息网络化已成为矿山控制和管理的发展方向。 在天地王坡煤矿地面生产系统自动化示范工程中，天地科技股份有限公司高新技术 事业部设计成套的选煤厂监控系统主要由全厂集中控制系统、工业电视监控系统、生产 调度电话系统、工业电视监视系统、计算机信息管理系统组成。全厂总体网络设计为三 层网络结构： ( 1 ) 上层为公司网络，作为信息层 计算机信息管理系统定位为全矿管理信息系统的一个组成部分。 ( 2 ) 中间层是控制层 由全厂生产集中控制系统和工艺参数闭环控制系统组成，作为全厂生产集中控制系 统和工艺参数闭环控制系统人机界面的监控计算机。通过百兆以太网上联全厂信息管理 系统，作为信息管理网络的工作站。通过百兆以太网下联p l c ，与原料准备、主洗集控 ( 含各工艺闭环调节) 、泥水处理、装车站等构成控制层。 ( 3 ) 下层为设备层，设备层网络采用现场总线连接 工业电视系统的控制和通信调度的维护终端均整合在上位机上，实现集中生产调 度。 1 2 3 装车自动化控制系统 目前铁路装车引进了快速定量装车控制系统，大幅提高了装车的速度和精确性。该 系统包含：矿用动静态电子轨道衡、快速定量装车增补系统、快速定量装船系统、自动 化配煤控制系统，形成了基于现场总线技术的计量、装车控制系统。该系统已达到了年 装运1 2 0 0 万吨的能力，计量精度达到0 0 5 。6 0 吨单节车装车时间只需4 0 s ，总体技 术水平达到国际先进水平，完全可以替代进口装车站设备。 快速定量装车控制系统它主要由大型钢结构、装车机械设备、称重系统、液压系统、 自动控制系统等组成，是典型的机电液计量一体化大型系统设备。系统采用分布式现场 总线控制系统( f c s ) 模式，主要由主控可编程控制器p l c 、上位监控计算机、称重仪表、 各类传感器和保护开关、各种电气设备等组成。其核心为p l c 、工控机、称重仪表，实 现对装车系统中各设备的自动化控制和监视以及装车流程全过程的集中控制和集中监 视。速定量装车控制系统可实现自动、半自动、手动三种控制方式，对从产品仓下给料 口开始直至火车装出全过程的设备进行监测和控制。 5 东北大学硕士学位论文第l 章绪论 1 3 课题的研究意义 本课题将针对洗选流程放矿系统的自动控制系统的实现方案进行研究，目的在于实 现洗选放矿改造的自动化。通过控制皮带运输机、放矿小车的移动以实现原料仓料位的 自动调节；通过控制原料仓插板阀的开启、火车的移动达到火车装料的自动化。实现石 灰石矿转运工艺过程现场数据的实时采集、储存、计算、显示、报警和打印，以流程图、 趋势图、棒状图以及表格等形式进行显示，通过对主要工艺流程、生产设备和辅助生产 设备的实时监控，完成车间对工艺过程的基础生产管理工作( 例如：装车的批次、矿石 的转运量等) 。使其控制体系将更加符合矿山生产的实际情况，系统运行稳定可靠，并 可方便地根据工艺的改变而适时调整控制策略，降低成本。 通过该系统的研究实现洗选流程放矿工序的集中控制和监视，可达到减员增效、大 幅减少故障提高开机率。通过工业控制计算机等多种先进的技术手段并辅以工业电视， 提供了完善的监控手段，操作人员能实时掌握运行工况，充分保证了石灰石运输的连续 性和安全可靠运行。达到高起点、高技术、高质量、高效益、高效率的目标，以其技术 水平先进，达到贵铝矿山自动化应用的示范作用。更重要的将改变目前中铝贵州分公司 矿山人工控制及低水平自动化控制的现状，为生产的全面数据化、自动化进程打下坚实 的基础。 1 4 课题的主要内容 本课题主要以中国铝业贵州分公司石灰石矿洗选流程的放矿系统为控制对象，采用 集散控制方式，和以往的系统结构相比有较强的安全性，整套系统设置一套p l c 作为 系统的控制核心，一套操作站作为监控和操作管理，并通过工业以太网和软件连接成一 个小型集散控制系统。 本系统设计是以中国铝业贵卅f 分公司石灰石矿洗选流程放矿工序为蓝本，并结合生 产实际对控制和生产管理的要求进行的构思。希望今后能够实现石灰石矿洗选流程放矿 工序生产管理的优化、生产过程控制的优化，并为石灰石矿的网络化建设奠定一定的基 础，尽可能地避免和企业管理网不对接情况的发生，达到自动控制系统准确、可靠、实 时、灵活、友好、开放和低维护量等方面的目标。 课题的主要内容包括以下几方面： ( 1 ) 放矿系统皮带机卸料、原料仓料位和放矿装车的自动控制方案设计。 ( 2 ) 控制系统硬件选型。 6 一 东北大学硕士学位论文 ( 3 ) 控制系统的软件设计。 洗选流程放矿控制系统设计的实现目标： ( a ) 准确性 准确的数据采集，全隔离设计，在线校正、补偿、线形化处理，提高数据采集的精 度与抗干扰能力。并基于系统强大的运算处理能力，进行工业原始采集数据的二次处理， 如累计、统计、分析等。 ( b ) 可靠性 系统全隔离设计，系统部件之间的耦合性降低到最小，自动控制系统与仪表信号及 监控系统或其他计算机控制系统之间互为独立，互不干扰。 ( c ) 实时性 现场工业网络系统，最小采样周期为5 秒，重要信号及时报警。 ( d ) 灵活性 自动控制单元可支持任意工业标准信号的自由输入，并实现其隔离、转换、线形化、 工程量化，并可在今后根据需要，任意调整信号输入类型。采集系统基于工业总线网络， 可依据企业实际情况，从中小规模数据采集系统到大规模企业综合自动化系统，进行纵 向或横向扩展。 ( e ) 友好性 基于w 玳d o w sx p 操作系统及组态软件工业控制应用软件平台，再用数值、棒图、 组图、趋势、图表、多媒体等多种形式，形象直观、适合于工程师、技术员、操作工、 管理人员等不同层次人员的使用与操作。 ( f ) 开放性 基于开放式数据库、t c p i p 协议，全面支持各种开放式管理信息系统，并支持二次 开发。 ( g ) 低维护性 系统高可靠性、智能化、高适应性，在线故障诊断与警示，方便用户维护。备品备 件种类少，通用性强，更换方便。 7 东北大学硕士学位论文第l 章绪论 8 ， ， 东北大学硕士学位论丈第2 章生产工艺 第2 章生产工艺弟2 覃王广l 上乙 2 1 石灰石矿生产流程 2 1 1 石灰石矿生产简介 石灰石矿是集穿孔、爆破、破碎、分级和洗矿、选矿为一体的露天开采矿山。生产 工艺主要有穿孔爆破、原矿采运、破碎、分级筛分、洗矿、放矿。爆破形成的爆堆原矿 在7 5 0 r i u l l 以下，采场原矿经电铲装入1 6 吨的自卸式汽车，采用汽车运输由采场运至洗 选车间生产流程，倒入破碎机给矿口，经过洗选流程生产出来的成品矿经过铁路货车运 输至氧化铝厂；石灰石矿主要生产流程如图2 1 所示： 2 1 2 洗选流程简介 图2 1 石灰石矿生产流程图 f 谵2 11 1 1 ep r o c e s sc h a n 0 fl i n e s t o n em i n e 洗选工艺是一套典型的流程工业系统。石灰石原矿的破碎、分级、洗矿、选矿、放 矿由洗选车间生产流程完成，流程通过皮带运输机将破碎、筛分、洗矿等各工序连接成 一个完整连续的开环生产系统。洗选工艺流程如图2 2 所示。 破碎：将粒度7 5 0 i i u i l 以下的原矿经过旋回破碎机、对辊破碎机、圆锥破碎机三级 破碎，把矿石粒度碎至1 0 0 m m 以下。 分级：破碎后的矿石经振动筛筛分后，分级为粒度5 0 1 0 0 m m 和粒度2 0 n u l l 以下 的两种石灰石产品。 洗矿：由于矿体内有喀斯特溶洞、裂隙、节理发育，泥土中二氧化硅含量较高，为 降低矿石中二氧化硅的含量，保证氧化铝厂用石灰石的质量要求，采用水力洗矿，清洗、 清除矿石表面以及混杂在矿石中小颗粒的粘土。这道工序充分体现了贵铝石灰石矿与其 它石灰石矿的不同。 选矿：通过人工手选，选出废石、泥团。 - 9 东北大学硕士学位论文第2 章生产工艺 放矿：将矿仓中储存的成品矿由放矿工序放入专用的火车车皮中，经铁路运输运至 氧化铝厂矿石堆场。 粗碎( 9 0 0 9 0 旋回破碎机) 上14 带式输送机 筛下 筛下 上 3 。带式输送机 一次筛分 固定条筛 筛上 中碎( 对辊式破碎机) 小料堆场( 通过推土机推入滑坡仓放矿) 2 1 3 放矿工序 放矿至火车车皮 图2 2 洗选工艺流程图 f i g2 2p r o c e s sn o wd i a g r a mo f o r ed r e s s i n g 锄dw a s h m g 放矿系统主要承担矿石的装车发运，现有员工1 1 人。该系统主要设备有双向移动 可逆皮带机、原料仓和手动插板阀等组成，如图2 3 所示，矿石的贮存装车采用高架式 矿仓，矿石的贮存和装车矿仓合并为一，便于集中管理，消除多段转运，节约动力消耗。 1 0 东北大学硕士学位论文第2 章生产工艺 来自破碎筛分工序的成品矿石经双向可逆皮带机a 1 0 0 1 输送到缓冲仓，a 1 0 0 2 、a 1 0 1 3 缓冲仓内的矿石由双向移动可逆皮带机a 1 0 0 3 卸入原料仓a 1 0 0 5 、a 1 0 0 6 、a 1 0 0 7 、a 1 0 0 8 储存。原料仓的料位由操作人员根据仓内矿石的存量控制皮带机的a 1 0 0 4 移动小车位置 以调整皮带机的卸料位置。有装运矿石的火车来时，操作人员通过调节手动插板阀 a 1 0 0 9 、a l o l 0 、a 1 0 1 1 、a 1 0 1 2 将放矿口打开，矿石靠自重滑落到火车车皮中，经铁路 运输至氧化铝厂。 l 第一加料点 来至破碎筛分工序 i q 二二二二二二j 画 二二二二 i 可逆皮带i 第= 加科点 了e h 手动插板目 i 匕了e 卜i 手动插板固 i 耳 手h 手动捕扳目耳 ；h 手动叠板阏 i 嚅ii 嚅i 图2 3 放矿系统工艺流程示意图 f i g1 3p r o c e s sf l o wd i a g r 姗o fl o a d i n gs y s t e m 2 2 主要生产设备 石灰石矿生产过程的设备主要有采掘、破碎、分级、运输、洗矿、放矿等设备。 采掘设备有：w d 、w k 。4 m 3 电铲，k q g 一1 5 0 潜孔钻，c a 正2 3 0 挖掘机。主要用 于矿石的开采和转运装车。 破碎设备有：p x 9 0 0 9 0 旋回破碎机、双齿辊破碎机、p d y l 7 5 0 圆锥破碎机。通过 - 1 1 东北大学硕士学位论文第2 章生产工艺 破碎机的粗碎、中碎和细碎，把原矿最终破碎成粒度为1 0 0 m m 以下的成品矿。 运输设备：红岩牌自卸式汽车。用于矿内矿石的倒运。 分级设备：固定条筛、重型振动筛、自定中心振动筛。粗碎后的矿石经固定条筛分 级为粒度5 0 m m 以上和5 0 n u n 以下两种产品。粒度超过1 0 0 i 姗的矿石经中碎后，重型 振动筛将其粒度小于5 0 m m 的矿石分出进入小料生产线；经过自定中心振动筛分出的粒 度大于2 5 m m 的矿石经细碎后成最终产品。 洗矿设备：圆筒洗矿机、槽式洗矿机。圆筒洗矿机承担大块石灰石的清洗，小块石 灰石的清洗由槽式洗矿机完成。 1 2 东北大学硕士学位论文第3 章放矿控制系统的原理与方案设计 第3 章放矿控制系统的原理与方案设计 3 1 工艺原