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0、現(xiàn)狀及問題
    目前，在冶金行業(yè)選礦工藝中，大量使用礦石破碎機(jī)對(duì)礦石進(jìn)行破碎。破碎工藝是選礦工藝中的重要一環(huán)，破碎系統(tǒng)的主體設(shè)備是破碎機(jī)，設(shè)備投資大，耗能多，使用和維護(hù)成本高，破碎系統(tǒng)的生產(chǎn)效率直接影響著整個(gè)選礦廠的生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益。
    近年來，新型破碎設(shè)備及其控制系統(tǒng)發(fā)展很快。自90年代以來，國(guó)內(nèi)如鞍鋼齊大山選礦廠、武鋼程潮選礦廠、馬鋼南山選礦廠等先后引進(jìn)了多臺(tái)美國(guó)METSO公司的Nordberg HP，系列礦石破碎機(jī)，該機(jī)型破碎處理能力強(qiáng)，大大提高了國(guó)內(nèi)選礦廠破碎流程的生產(chǎn)效率。但與該機(jī)型配套的給礦自動(dòng)控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴，多數(shù)選礦廠由于經(jīng)濟(jì)原因并未與設(shè)備一同引進(jìn)。所以，開發(fā)這種新型破碎機(jī)的給礦自動(dòng)控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)選礦行業(yè)具有極其重要的經(jīng)濟(jì)和實(shí)用價(jià)值。
1、設(shè)計(jì)方案
    HP系列礦石破碎機(jī)按處理能力的不同有多種型號(hào)，現(xiàn)以國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為普遍的HP500為例，該破碎機(jī)在正常生產(chǎn)時(shí)要求擠滿給礦，即機(jī)腔料位要高出分料頭300 mm左右，此時(shí)破碎機(jī)處理量最大，處于最佳工作狀態(tài)。給礦控制的目標(biāo)就是要保證擠滿給礦率，即破碎機(jī)擠滿給礦運(yùn)行時(shí)間與總運(yùn)行時(shí)間之比應(yīng)在80%以上。
    以前，人工觀察機(jī)腔料位，若料位偏低，則人工扳大下礦口閘門，反之則扳小給礦口閘門。但由于操作強(qiáng)度大，且受經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心影響，很難保證控制目標(biāo)，未能最大限度地發(fā)揮設(shè)備效率。
    要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制必須首先解決機(jī)腔料位檢測(cè)裝置問題。測(cè)量料位的方法很多，但能滿足破碎現(xiàn)場(chǎng)灰塵大、振動(dòng)強(qiáng)這種惡劣環(huán)境的不多，且要求體積小、便于安裝。經(jīng)多次調(diào)研，決定在破碎機(jī)機(jī)腔上方安裝超聲波料位計(jì)。該種料位計(jì)與物料不直接接觸，實(shí)踐證明這種傳感器的選型是非常合理的。
    其次是下礦口閘門調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型問題。經(jīng)研究在破碎礦倉(cāng)下礦口安裝電液推桿，它接收控制器輸出的正反轉(zhuǎn)的控制信號(hào)，推動(dòng)閘門開大或關(guān)小，同時(shí)將實(shí)際角位移反饋到控制系統(tǒng)。
    下礦量的波動(dòng)（如粒度、黏度發(fā)生變化）是系統(tǒng)中的一個(gè)主要擾動(dòng)，若僅以機(jī)腔料位作為被控參數(shù)構(gòu)成單回路控制系統(tǒng)，當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生后，由于給礦皮帶的傳輸需要一定的時(shí)間，即存在純滯后，在給礦皮帶較短的系統(tǒng)中，該純滯后不大，單回路控制系統(tǒng)還可以基本滿足要求，但對(duì)于給礦皮帶較長(zhǎng)的系統(tǒng)，將導(dǎo)致調(diào)節(jié)作用大大滯后，且易發(fā)生振蕩，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)難以保證。
    為了克服系統(tǒng)的純滯后，必須采用其他復(fù)雜控制方案。決定采用串級(jí)控制：在給礦皮帶上安裝皮帶秤，以給礦量為副參數(shù)和機(jī)腔料位為主參數(shù)構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)，見圖1。
    由圖2可見，由于粒度、黏度發(fā)生變化引起下礦量擾動(dòng)發(fā)生時(shí)，給礦串級(jí)控制系統(tǒng)多了一個(gè)副回路，不等它影響到機(jī)腔料位，副回路立刻進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣，大大減小了該擾動(dòng)對(duì)機(jī)腔料位的影響，從而提高了主參數(shù)的控制質(zhì)量和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗擾動(dòng)能力。
2、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
    系統(tǒng)除具有破碎機(jī)給礦自動(dòng)控制功能外，還需要實(shí)時(shí)監(jiān)控工藝流程，完成報(bào)表、統(tǒng)計(jì)、遠(yuǎn)程瀏覽等其他功能。根據(jù)以上要求，控制系統(tǒng)決定采用基于西門子PLC的SCADA控制方案，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3。
    系統(tǒng)選擇西門子S7 300系列PLC(315 - 2DP)作為主控制器( CPU)，安裝在低壓配電室。根據(jù)車間現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際布局，選擇3塊ET200M模塊作為遠(yuǎn)程I/O，實(shí)現(xiàn)給礦和破碎機(jī)現(xiàn)場(chǎng)操作和狀態(tài)指示等，CPU與遠(yuǎn)程I/O之間通過PROFIBUS - DP接口通訊，完成破碎機(jī)的給礦自動(dòng)控制。
    在控制室設(shè)操作計(jì)算機(jī)兩臺(tái)（OP站1和OP站2)，互為備份。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)上安裝CP5611通訊板卡，在PLC上安裝CP342 -5通訊處理模塊，3者之間通過PROFIBUS總線進(jìn)行信息交互。兩臺(tái)操作站主要實(shí)現(xiàn)給礦系統(tǒng)工藝流程和工藝數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，實(shí)時(shí)監(jiān)控破碎機(jī)運(yùn)行情況，如負(fù)荷曲線、運(yùn)行時(shí)間、油溫、供油壓力等關(guān)鍵參數(shù)。另有查詢功能、歷史曲線、報(bào)警、參數(shù)設(shè)置、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等功能。采用美國(guó)In -tellution公司的iFIX工控組態(tài)軟件iFIX，運(yùn)行環(huán)境為Windows2000。
    控制室另設(shè)服務(wù)器一臺(tái)( Server)，通過交換機(jī)Switch還可與車間主任、車間調(diào)度聯(lián)網(wǎng)，從而使管理層及時(shí)了解底層的生產(chǎn)和設(shè)備運(yùn)行情況。
    采用基于PROFIBUS總線的PLC-SCADA系統(tǒng)，只要一根通信線就可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)I/O信號(hào)和CPU之間、CPU與上位機(jī)PC之間的連接，大大減少了接線工作量，縮短了施工時(shí)間，也使得整個(gè)系統(tǒng)更為簡(jiǎn)潔可靠，且便于將來擴(kuò)展。
3、結(jié)束語
    目前，該系統(tǒng)己在武鋼得到成功應(yīng)用。采用串級(jí)控制極大地提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，充分發(fā)揮了破碎機(jī)的處理能力，與人工相比，擠滿給礦率由以前人工操作時(shí)的50%左右提高到目前的85%以上，實(shí)現(xiàn)了控制目標(biāo)。此外，由于穩(wěn)定了破碎工況，從而最終提高了與之相關(guān)的磁選、篩分等相關(guān)工藝流程的整體運(yùn)行效率。