基于ifix及plc的控制系统在选矿布料中的应用

1、 第 38 卷 2010 年第 5 期本栏目编辑基于iFIX及PLC的控制系统在选矿布料中的应用 缪雪峰 南京工业大学信息学院 江苏南京 211816 张代瑶摘要：针对选矿系统中胶带卸料小车在自动布料上存在的技术难题，笔者详细地介绍了一种由S7- 300 PLC 和 iFIX 4.0 组态软件构成的自动控制系统，包括它的结构特点、设计方法以及软件实现。该系统采用具有高可靠性和高稳定性的 PLC 模块化技术、无线通信、无线数据传输以及测量技术，最大限度地实现卸料小车的自动化，提高了生产的自动化水平。从现场应用来看，该项系统稳定可靠，运行情况良好。 关键词：选矿系统；卸料小车；S7-300 PLC

2、；iFix4.0；组态软件；自动化 分选中图分类号：TH222 文献标识码：B论文编号：1001-3954(2010)05-0097-05 Application of the control system to mineral processing based on iFIX and PLCMIAO XuefengCollege of Information Science and Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 211816, Jiangsu, ChinaAbstract：Regarding the techni

3、cal difficulties of the belt discharging car in the automatic ore dressing system, the paper introduces an automatic control system composed by S7-300 and iFIX 4.0 configuration software in detail, including its structural characteristics, design methods and the software implementation. The system a

4、dopts the PLC modular technology, wireless communications, wireless data transmission and measurement techniques with high reliability and high stability, realizes the cars automation best, and promotes the auto- matic level of production. Through the field Application, the system is more stable and

5、 reliable, runs well well and and has the better promotional value.Keywords：ore dressing system; discharging car; S7-300 PLC; iFIX 4.0; configuration software; automation置，确定其卸矿的位置和分配卸矿量的大小。 23 号胶带布料系统改造采用高可靠性的无线数据传输技术以及测量技术，结合相应的控制软件，实现卸料小车全自动布料，并在监控室上位机上实时显示卸料小车位置、各个矿仓的料位以及现场其他设备的运行状况，组成了一个完整的无线测控

6、自动布料体系。自动布料控制系统根据各个矿仓料位的高低，自动控制卸料小车运行，原则上优先给最低料位的矿仓布料。而在上位机中将单独设有布料界面，由人工在上位机通过点击鼠标人为指定当前布料位置，提高布料的灵活性。自动布料系统工艺如图所示。 矿厂对矿石加工的过程就是矿石不断被碎化的过程，作业区环境恶劣，粉尘、噪声污染严 选重，不利于工人的身心健康。由人工来频繁地移动卸料小车会带来较高强度的劳动，且效率低下。因此， 实现布料小车的自动化与远程控制对于改善工人的工作环境以及提高工厂的生产效率具有重要意义。 1系统概述 宝钢梅山细碎车间 23 号胶带卸料小车在生产工艺中将待加工的矿料连续分配到其下方的 13

7、 个矿仓中，生产中卸料小车由人工在胶带旁根据设备的开车情况和矿仓料位的高低，通过手动操作来移动其位 2控制系统的硬件结构 布料控制系统以 PLC 为控制的核心，被控对象 作者简介：缪雪峰，男，1982年生，江苏苏州人，南京工业大学信息学院研究生，研究领域为信号与信息系统。 97 第 38 卷 2010 年第 5 期为可移动卸料小车。2.2 监控上位机 上位机系统采用研华工控机PC610H，配高清显示器。上位机与主 PLC 控制单元之间用工业以太网连接进行通信，实现对整个生产工艺、设备运行状态的显示和监控， 实现历史数据的保存、权限管理、查询和报警等功能。 考虑到上位机监控室与现场主控主 PLC

8、 之间的距离较远，故采用光缆连接，保证 PLC 与上位机之间高速、稳定的数据交换。 2.3 卸料小车位置检测 卸料小车位置控制是自动布料的基础，采用固定安装的激光测距传感器和编码器加校准开关的双重本栏目编辑张代瑶分选图 1 自动布料系统工艺 Fig 1 Technology of the system automatically arranging materials位置检测。 2.3.1 编码器加校准开关 编码器采用欧姆龙多旋转绝对编码器。磁感应开关采用德国 P+F 公司的 MJ60 系列，可靠性高，检测范围大。 2.1 PLC控制系统 根据现场设备的工作要求，系统采用 PLC 分级控制，由

9、 2 套 PLC 系统组成，包括卸料小车控制系统和地面主控制系统 2 个部分，2 部分之间通过无线电进行通信。系统结构如图所示。卸料小车上保留原有的就地手动控制功能。底层控制系 统选用德国西门子生产的 S7-300 系列 PLC，其中 CPU 采用 2 套6ES73115 模块，分别作为卸料小车 PLC 和地面主控 PLC。开关量输入模块选用 32 点，开关量输出模块选用 16 点，模拟量输入、输 出模块选用 8 点。 图 3 轨道定位 Fig 3 Orbit position编码器与卸料小车从动轮相连，随卸料小车移动产生计数信号。磁感应开关是一种无触点电子开关，当被检测的物体接近到一定距离时

10、，发出开关动作信号。磁感应开关的安装示意见图 3。 2.3.2 激光测距传感器 激光测距即通过测量激光往返目标所需时间来确定目标距离，是一种连续非接触位置检测，测量精度较高。 激光测距传感器采用德国工业用产品LRFS-0040。LRFS-0040 型激光测距传感器的直接测量距离可达 100 m，满足卸料小车定位测量要求，可连续监测和远程传输。可以不用加装反射板。激光测距传感器安装在地面固定位置，位于卸料小车轨道的端点， 与卸料小车上反射面相互作用测量卸料小车的实际位置。测量示意如图 4 所示。 图 2 系统结构 Fig 2 System structure98 第 38 卷 2010 年第 5

11、 期仓下面显示当前料位的数据，指示卸料小车当前的位置，设备的控制方式为集控或机旁等。 (2) 数据历史记录和趋势显示 对关系到自动控制系统和生产稳定的生产过程数据，如矿仓料位等，系统以曲线的形式表示出来，使操作人员对这些数据的发展变化有所了解，并帮助操作人员分析生产的运行情况。(3) 画面切换和热点功能 本系统分主画面、参数设置和历史数据等多个画面，可以自由切换。在程控方式下有手动、自动布料及停止的确认等，在手动方式下，点击目标矿仓热点区，卸料小车将行走到该矿仓上方加料。 (4) 报警窗口 以时间倒排序的方式列出所有生产过程中出现的异常情况，如矿仓料位越限、异常状态的出现等，并以声音音响同时输

12、出。 3.2 PLC软件设计 控制软件采用 STEP7 V5.2 编程。STEP7 是西门子 PLC 专业程序开发软件，采用模块化编程，通过组织块 OB、功能块 FB 和数据块 DB 等模块之间的调用，可以完成复杂的控制任务，而程序结构依然能保持简洁。 PLC 的控制程序设计采用了实时检测、实时动作的循环控制设计方法，同时做到互锁严密，严控对象的任一步动作，确保在少数信号丢失时也不会导致错误动作。控制程序由初始化、料位比对、定位走位及故障报警处理等程序组成。 本控制系统设计依据的主要数据是料位和卸料小车定位数据。料位信息是 PLC 程序设计的判据， 由料位决定卸料小车的左行、右行或者停止，而定

13、位信息则决定着运行的准确和安全。因此，上述数据是PLC 对整个系统准确控制的关键，在项目实施的过程中反复进行了分步测试和分步调试，确保各功能模块在运行时状态、性能稳定。 3.2.1 料位 料位反映了下料的需求。标定高低料位信号后， 超声波料位计通过现场模拟量的形式将 13 个信号送到 PLC 的模拟量输入模块，信号按比例转化为实数类型，主控 PLC 比对所获得的数据，判断移动位置优先级，而后移动卸料小车，合理的分配矿料以满足生产需求。 以下面的 1 号仓料位处理的梯形图 (见图 5) 为例，当采集到 1 号仓料位信号时，首先便对数据进线处理，然后再进行初步的优先级判断，同时给与相应的优先级标记

14、。 卸料小车布料优先级顺序：料位低低 ( 3 m)；本栏目编辑张代瑶图 4 激光定位 Fig 4 Laser position2.4 矿仓料位检测 选矿厂料仓内矿石粒度较大，粉尘浓度大，环境较为恶劣。测控系统选用西门子超声波物位计，具有较高性能，在恶劣环境下可长期稳定、可靠地工作。超声波物位计是非接触连续测量仪表，在每个料仓中心顶部各安装 1 台超声波传感器，可以方便采集料位信号并传输到 PLC 控制器。 2.5 料仓过满检测报警系统 在卸料小车的两边各安装有 1 套电磁波雷达料位检测仪，作为料仓过满检测报警系统，避免卸料小车在定点卸矿时，由于超声波料位检测仪出现故障时过量卸矿而导致事故。 分

15、选2.6无线通信技术实现移动小车与地面固定控制设备之间的通信 无线远程控制模块采用德国格敖斯 GF2000i， 格敖斯工业无线遥控系统为全数字、微功率、高频无线收发系统，可以传送数字量、模拟量，广泛应用于冶金、矿山等领域各种设备的遥控操作和远程数据传输。 3控制系统的软件设计 布料控制系统软件包括上位机、下位机 PLC 程序 2 部分。 3.1 上位机软件 上位机运行平台为 Windows 2000 系统，由 iFIX 软件进行控制策略的开发和图形化编辑。iFIX 提供了一体化的开发环境，为控制工程师提供了设计、实施、归档与维护过程控制的工具。iFIX 软件具有数据采集、信号处理、流程监视、实

16、时报警及历史趋势等功能，利用软件的 iWEBSERVER 可以方便实现 B/ S 架构的远程监控，与原有生产管理系统一体化。所有的硬件配置和控制策略都嵌入 HMI 中。硬件地址的分配和增删模块由内部配置完成。 上位机通过以太网连接现场 PLC，作为工程师站，完成对 PLC 程序的编写、调试和下载。作为操作员站，主要完成以下几种功能： (1) 数据及设备运行状态显示 在画面中每个矿 99 第 38 卷 2010 年第 5 期精度。实际移动距离通过 420 mA 模拟信号输出到PLC 中，转换成数字量后与编码器获得的数据作对比判断。 经过多次运行调试，发现磁感应开关有较多的信号丢失，分析原因可能是

17、卸料小车振动大，位置偏移，导致信号丢失。周围铁介质的环境令磁性原理的接近开关失效，而卸料小车在启动和停止时发生打转和滑动，导致编码器的输出信号产生了误差，编码器的灵敏度较高，误差也相应被放大了。因此，编码器与磁感应开关无法为控制系统进行定位，在其后系统正式运行时，该项功能被屏蔽。 3.2.3 无线通信 地面 PLC 与车载 PLC 之间的信号传送，考虑到卸料小车工作时处于运动状态，采用无线的方式可以更好地满足实施、维护、可靠性及稳定性等因素。无线传输的信号中包含了多个直接对设备上电动作的数字量和多个模拟量信号，信号传输的正确与否关系到整个系统的运行安全。卸料小车到地面包括了多个信号：系统故障、

18、准备就绪、操作模式、工作状态和下料位置反馈。地面到卸料小车信号包括：启停指令、紧急停机、各料仓料位、下料位置指令、激光测距传感器检测位置。 本栏目编辑张代瑶分选图 5 一号仓料位处理的梯形图 Fig 5 The ladder diagram of stock-level processing of No.1 warehouse料位低 ( 3.5 m)；料位正常 ( 3.8 m)。PLC 程序依据各仓优先级的高低进行选择，优先将卸料小车移动到优先级最高的仓。控制逻辑结构框图如图 6 所示。 4系统实现的功能 卸料小车自动布料系统实现了其行走位置检测，矿仓料位检测，车、地间双向无线数据实时交换等一

19、系列现场信息采集、处理及操作显示等；实现卸料小车与地面设备间联锁控制，防止堵料事故；实现卸料小车运行方式选择，控制卸料小车运行到指定位置进行下料。 控制系统有自动控制、远程和就地手动操作 3 种控制方式的选择，保证整个系统可靠地运行。 图 6 逻辑结构框图 Fig 6 Diagram of the logic structure3.2.2 定 位 卸料小车位置控制是自动布料的基础，小车运行中行走的距离为 70 m 左右。系统采用了编码器加校准开关定位和固定安装的激光测距传感器定位的双重位置检测，确保定位的可靠性。 编码器与卸料小车从动轮相连，当卸料小车移动时，编码器同步随动，信号送入控制器进行

20、双向计数，根据编码器的计数值可以得到移动的距离。为提高位置检测精度，在卸料小车对应的每个料仓上方都安装 1 个磁感应开关，每个磁感应开关对应的编码器计数值是确定的。当卸料小车移动到某一料仓上方时，对应的开关动作，PLC 接收后与编码器的计数信号比较进行定位，减少车轮打滑造成的累积位置误差，使卸料小车定位更准确。 激光测距即通过测量激光往返目标所需时间来确定目标距离，连续非接触位置检测，具有较高测量4.1远程手动模式 操作人员在监控计算机上根据矿仓料位的情况对卸料小车进行远程定位控制，随时移动卸料小车位置，进行卸矿操作。 4.2远程自动模式 通过采集到的矿仓料位和现场设备的开车情况，综合判断下一

21、个卸矿点而自动移动卸料小车，通过编制好的 PLC 程序，在无人职守的状态下实现小车自动移动，智能卸矿。 4.3就地手动操作 保留人工现场操作区，特殊情况下由操作人员进行现场操作来控制小车进行卸矿。自动、远程和就地之间的相互切换都是平滑的，不会引起控制上的扰动或生产上的紊乱。 100 第 38 卷 2010 年第 5 期本栏目编辑黑龙江某铜矿石可选性试验研究*张晋霞1 牛福生1 刘淑贤1 徐之帅2 1河北理工大学资源与环境学院 河北唐山 063009 张代瑶2煤炭设计研究院有限责任公司 摘要：主要针对黑龙江某地低品位铜矿石进行了选矿试验研究。结果表明，在原矿铜品位 0.50%，一段磨矿细度 -2

22、00 目占 68.72%，二段磨矿细度-200 目占 94.86% 的最佳浮选条件下，可以获得铜精矿品位为 17.36%、回收率为 71.98% 的较好指标。 关键词：铜矿；浮选；回收率；品位 中图分类号：TD952 文献标识码：A 论文编号：1001-3954(2010)05-0101-05 分Experimental research on washability of some copper ore in HeilongjiangZHANG Jinxia1NIU Fusheng1LIU Shuxian1XU Zhishuai21College of Resources and Envir

23、onment, Hebei Polytechnic University, Tangshan 063009, Hebei, China2 Xinjiang Coal Preparation Science and Technology Co., Ltd.选Abstract：The paper researches on the mineral processing of some copper ore with low grade in Heilongjiang. The results indicate that we can get copper concentrate with grad

24、e 17.36% and recovery 71.98% respectively on condition that the copper concentrate with 0.50% grade has 68.72% of -200 mesh fineness on the primary grinding and 94.86% on the secondary grinding.Keywords：copper ore; flotation; recovery; grade3%。为确保我国铜资源供应的安全，国家大力发展铜资源的勘探、选冶技术。 因此，研究铜矿的高效分选技术对于充分合理地开发和利用我国有限的铜资源具有重要的意义1-3。 本试验针对黑龙江某铜矿矿石