基于plc和触摸屏的硅藻土离心选矿机控制系统的研究

1、第35卷第6期2012年11月非金属矿 Non-Metallic MinesVol.35 No.6 November, 2012基于PLC和触摸屏的硅藻土离心选矿机控制系统的研究陈彦如 杨小平*孙志明 郑水林 （中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京 100083）摘 要 根据采用卧式层流离心选矿机分选低品位硅藻土的中试生产线工艺要求，研究了系统的控制方案，采用台达 PLC 和触摸屏技术，设计了相应的控制程序和监控程序，并通过在线调试优化了系统软件。实际应用表明，控制系统稳定可靠，自动化程度高，工艺参数调节方便，为在中试生产 线上进行硅藻土分选试验奠定了基础。 关键词 离心选矿机 硅藻土

2、 触摸屏 控制系统 中图分类号 ：TD976+.5 ;TD922 文献标识码 ：A文章编号 ：1000-8098(2012)06-0037-03Research on the Control System of Centrifugal Separator to Process the Diatomite Based on the PLC and Touch ScreenChen Yanru Yang Xiaoping* Sun Zhiming Zheng Shuilin(School of Chemical and Environmental Engineering, China Univer

3、sity of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083)Abstract According to the technical demands of the pilot production line process which uses the horizontal centrifugal separator of laminar flow to separate the low-grade diatomite, this paper studies the control scheme using the Delta PLC and

4、touch screen technology, develops the relevant control program and monitor program, and optimizes the controlling system software through the on-line debugging. The practical application shows that the control system is stable and reliable with the high degree of automation and easy adjustment of th

5、e technical parameters, and it lays a foundation for carrying out the optimum condition experiments to separate the diatomite in the pilot production line.Key words centrifugal separator diatomite touch screen control system硅藻土主要是古代硅藻遗骸在一定的地质条件下形成的硅质沉积岩，其主要化学成分为非晶质SiO2，含量通常占 60% 以上，除此之外，还有少量调浆处理，达到最

6、佳分选浓度要求后给入离心选矿机， 矿浆在离心选矿机内由于受到离心力作用而发生分层和分离，硅藻精土沉积在离心选矿机转鼓内壁上，而黏土杂质随着液流从转鼓大端排出，进入尾矿罐。沉积在转鼓内壁上的硅藻精土经过冲洗水作用从转鼓内排出，进入精矿罐。经过离心分选后，可得到硅藻相对富集的硅藻精土和含有大量黏土杂质的离心尾矿。硅藻土离心选矿机的工作过程分为给矿、断矿间歇、冲洗排矿和排矿间歇 4 个阶段。矿浆给入离心选矿机后，在较短时间内完成硅藻土和黏土的分离。在控制系统的作用下，这 4 个阶段不断循环。4 个阶段的时间间隔直接影响硅藻土矿离心选矿机的分选效果和处理量。2 控制要求 硅藻土分选过程是一个给矿间断但

7、生产连续的过程，要求给入离心选矿机的矿浆是阶段性给料，即给料一段时间后需要停止给料，但离心选矿机并不停止工作，待完成对物料的冲洗和排矿后再重新给料。离心选矿机的工作过程是连续的、不间断的，依次按照给矿、断矿间歇、冲洗排矿和排矿间歇的工作顺序循环进行。较高的分离因数有利于硅藻土和黏土矿物的分离，因此给矿阶段要求的离心选矿机转鼓转速较高，而冲洗和排矿阶段则要求降低转鼓转速，1Al O 、Fe O 、CaOMgO 和有机质等 。硅藻的天然2 32 3生物结构特性决定了硅藻土具有多孔、质轻、耐磨、耐热以及吸附性强等特点，可将其加工为助滤剂、吸附剂、催化剂载体、功能填料、磨料、水处理剂等，广泛应用在食品

8、、化工、建材、环保、医药等领域2。硅藻土矿常与高岭石、蒙脱石等黏土矿物以及长 石、石英和有机质等碎屑矿物伴生，杂质含量低的高品质硅藻土资源很少，绝大多数硅藻土矿直接利用的价值不高，必须经过进一步选矿提纯后才能满足应用、尤其是特殊用途的需要。硅藻土矿的提纯方法很多，但用离心选矿机进行工业化提纯硅藻土矿尚未见报道。本研究利用可编程控制器（PLC）和触摸屏技术控制并监视在硅藻土湿法选矿中试生产线上的离心选矿机，为硅藻土矿的分选中试试验提供方便和技术保障。1 分选过程及原理 硅藻土矿经擦洗、筛分除杂后进入稀释罐内进行收稿日期：2012-09-29基金项目：国家“十二五”科技支撑计划课题资助(2011B

9、AB03B07)。 * 通讯作者，E-mail：。 - 37 -第35卷第6期2012年11月非金属矿这样有利于提高冲洗效率，并减少用水量，提高对精矿压滤脱水的处理量。3 控制系统设计 硅藻土离心选矿机的控制系统采用 PLC 和触摸屏技术相结合的控制方法。系统控制功能见图 1，操作人员通过触摸屏控制PLC 内部程序的运行与停止， PLC 程序运行过程中可控制执行机构动作，协助完成硅藻土的分选工作，通过PLC 模拟量通道可控制调速器运行，从而控制离心选矿机转鼓转速。各设备的启停控制、分选参数修改、离心机转速设置和物料流监视工作由触摸屏完成，给料电磁铁、冲水电磁阀和排

10、矿电磁铁的动作由PLC 控制。给料状态转至回流状态。同时，PLC内部的断矿间歇时间继电器开始计时，离心选矿机转速逐渐降低至低速设定值。当该间歇时间到达后，排矿电磁铁得电， 排料斗转至精矿罐，并且冲水电磁阀得电，将清水给入离心选矿机内，冲刷沉降在离心选矿机转鼓内壁上的硅藻土精矿至精矿罐中。同时，PLC内部的冲洗时间继电器开始计时，当冲洗时间到达后，冲水电磁阀关闭，停止给水。PLC 内部的排矿间歇时间继电器开始计时， 离心机转速逐渐加速至高速设定值。当该间歇时间到达后，排矿电磁铁失电，排料斗转至尾矿罐， 新一轮分选过程开始。图1 系统控制功能 3.1 PLC 硬件设计本系统选用的主机为台达图2 P

11、LC控制程序框图 DVP-10SX 模块，扩展模块选用台达DVP-08SN，配置完成后的 PLC 系统具备数字量输入通道 4 个，数字量输出通道 10 个，模拟量输入通道 2 个，模拟量输出通道 2 个。3.3上位机系统设计上位机监控采用台达触摸屏技术，型号为 DOP-B07S211，编程软件采用 Screen Editor。触摸屏具有简单易学，开发速度快，适应性强等特点，投资小，占地少，可直接安装在控制箱上。硅藻土离心选矿机控制系统包含主画面和参数调节画面。主画面上绘制出了硅藻土离心选矿机的分选工艺流程，见图3（图中的状态为给矿阶段）。稀释罐、精矿罐和尾矿罐可为其设置地址，与传感器相连可显示

12、罐内料位高度。物料流管道和给水管道都设置了地址， 物料流向的显示通过改变地址内的数值实现。为了方便区 分，硅藻土物料流用深色表示，水流用浅色表示。3.2 PLC 软件设计 3PLC 控制程序见图 2，可分为参数初始化模块、电机启停模块、转速控制模块、给/ 排料控制模块和数据传输模块。PLC 上电后，首先执行参数初始化模块程序，将模拟量通道数值清零，防止瞬时将大电流给入电机，造成电机故障或减少电机使用寿命。电机启停模块控制滑差电机和渣浆泵的启停状态。转速控制模块通过采用比较传送指令控制离心机转鼓转速，可使转鼓转速实现平稳的改变。给/ 排料控制模块控制离心机的整个分选过程，按照输入的时间参数值，控

13、制给料电磁铁、冲水电磁阀和排矿电磁铁的状态，依次循环完成给矿、断矿间歇、冲洗排矿和排矿间歇的分选过程。数据传输模块包含两部分内容，一是将变化的转速数值传输至模拟量通道控制离心选矿机转鼓转速，二是将数值传输给触摸屏，显示分选过程中物料的流向和执行机构的状态。程序启动以后，与调速控制器相连的模拟通道的输出电流缓慢增大，当达到设定值后，给矿电磁铁动作，使给料闸板从回流状态转至给料状态，将物料给入离心机。同时，PLC 内部的给料时间继电器开始计时，当给料时间到达后，给矿电磁铁断电，给料闸板从图3 主画面 给料电磁铁C 控制矿浆回流和给料流向。矿浆回流时挡板斜向稀释罐，矿浆用渣浆泵泵送后，通过挡板、回流

14、管道再回流至稀释罐内；给料状态时挡板斜向离心选矿机，物料经渣浆泵泵送 （下转第 73 页）- 38 -汪玉祥，胡 涛 凹凸棒黏土处理含磷废液的研究置换到凹土表面的 Na 与H2SiO3 反应生成 Na2SiO3， Na2SiO3 易溶于水，所以水洗后改性凹土 Si 减少且测不到 Na。Si 的缺失必然引起凹土棒晶表面膨松、轮廓模糊，这与图 6b 一致；Mg2+、K+、Ca2+ 等离子的缺失必然提高凹土吸附阳离子的能力。3 结 论 1. 在模拟含磷废水中加入 8% 经饱和食盐水改性（360 下灼烧 60 min）的凹凸棒土吸附剂，在室温下搅拌 90 min，过滤后残余磷含量为 0.8 mg/L，

15、吸附率达 98.4%。2. 在化学镀镍废液中加入 8% 经饱和食盐水改性（360 下灼烧 60 min）的凹凸棒土吸附剂，在室温下搅拌 90 min，过滤后残余磷含量基本达到国家排放标准。ab图6表2 凹土氯化钠改性前(a)后(b)能谱图 凹土氯化钠改性前后元素含量 /%改性前改性后OMg Al Si Cl KCaTi Fe54.047.894.3428.830.130.680.740.283.0856.577.584.3426.880.000.650.630.293.07参考文献 ： 1 陈浩，王爱勤 . 不同金属盐交换对凹凸棒粘土理化性质的影响 J. 中国矿业，2007(6) ：100 -

16、102.2 申华，杨卫东，石中亮 . 凹凸棒石粘土吸附剂处理含镍 (II) 废水的研究 J. 辽宁化工，2005(5) ：187 -189.3由表 2 可见，改性后Al 、Ti 、Fe 含量几乎没变 ； Cl 含量变为 0 应是水洗时 Cl- 溶于水所至 ；Mg、K、 Ca 减少应是溶液中 Na+ 与凹凸棒黏土表面阳离子交换所至 1 ；改性后Si 减少且没有测到Na 应为凹土表面部分活性 SiO2与水接触时，可生成弱酸 H S2iO 3 3，后，通过挡板、给料管道给入至离心关系，当电机和渣浆泵按钮没有起动时，起动 / 停止按钮不生效 ；当起动 / 停止按钮处于起动状态时，电机和渣浆泵按钮不生效

17、。参数调节画面用于修改离心机转鼓转速值和给矿、断矿间歇、冲洗排矿和排矿间歇 4 个阶段的时间值。调节参数时可直接输入参数值，也可通过使用加值减值工具进行调节。参数一经修改，分选过程中对应的阶段会立即按照新参数开始执行。4 结 论 硅藻土离心选矿机控制系统已于 2011 年 6 月安装并运行于临江嘉合康宁硅业有限公司的硅藻土湿法选矿中试生产线中，现场使用结果表明，控制系统设计合理、操作简便、自动化程度高、抗干扰能力强，方便了中试生产线上进行硅藻土分选的各种工艺试验。（上接第 38 页）选矿机内。冲水电磁阀 D 打开时，冲水管道显示流动标识；冲水电磁阀D 关闭时，冲水管道流动标识消失。排矿电磁铁 F 控制精矿和尾矿流向。排尾矿时，挡板斜向尾矿罐，从离心机大端排出的物料通过挡板、尾矿管道进入尾矿罐 ；矿时，挡板斜向精矿罐，从离心机大端排出的物料通过挡板、精矿管道进入精矿罐。在离心机下方添加了数值显示工具，用于显示离心机转鼓转速值。在主画面左侧，添加了 4 个数值显示工具，用于显示给矿、断矿间歇、冲洗排矿和排矿间歇 4 个阶段的设定时间（秒）。并且为 4 个阶段添加状态指示灯，分选过程进行时，对应的阶段状态指示灯亮，其余阶段的状态指示灯灭。主画面上还设置了参数调节按钮、渣浆泵按钮、电机按钮和起动/ 停止按钮