摘　要：本文介绍了氧化铝选矿车间无传动浮选监控系统的组成、功能及实现方法，重点介绍基于西门子S7系列PLC控制器配置及功能实现，利用国内著名组态王实现现场参数显示、记录、历史数据查询等功能。通过以太网模块，将工业现场设备融入局域网，实现数据共享。

 

前言

随着铝行业产能扩大，铝土矿资源的减少，矿石品位日益降低，越来越多的选矿技术受到青睐，无传动选矿技术的应用，为提高矿石指标及节能降耗开辟了一条新途径，而该技术的工艺控制系统，也得到高度重视。

 

系统的组成

控制系统由西门子S7-300和S7-200系统及智能监控仪表组成，主要负责浮选槽液位、给矿流量、浮选过程进气量、浮选药剂添加量等对象，进而实现给矿浓度、给矿粒度、泡沫层厚度等选矿工艺关键参数的精准控制，同时利用以太网CP341模块与上位机通讯，实现数据共享。选矿车间系统网络拓扑如图1。

其中，S7-300系统为本项目的核心控制元件，由CPU314，SM323输入/出模块、SM331模入模板、SM332模出模板及通讯器件CP343等部分组成，负责选矿车间的主流程监控。絮凝剂的调配与添加控制由S7-200系统执行，S7-224XPCN、模拟量输入EM231、模拟量输出EM231和通讯模块CP243等部分组成，负责完成选矿车间絮凝剂的配方设置、现场调配及输送。药剂的调配与添加控制也由S7-200系统执行，由完成选矿车间药剂的配方设置、现场调配及输送。选矿厂浮选作业中，按需要准确地添加各种药剂是控制工艺过程的重要操作手段，对选矿效果、生产指标、经济指标影响很大，尤其是矿石性质不稳定的时候，更是如此，为获得较好的工艺指标、提高加药控制的准确性和可靠性、节省药剂、减少加药工人同有害药剂的接触和劳动强度，迫切需要实现药剂的自动添加、调整和计量。

 

LONGTEC系列控制器选用长陆系列UNI800测力分析仪，主要负责单回路相对独立对象的智能调节控制，在本项目负责定量给料机的控制，即通过采集V型皮带的压力、线速度等参数，计算物料的流量，控制下矿量，同时具有开关量报警等功能。该系列仪表与上位机采用串口RS-485通讯，性价比高，容易实现。控制系统的功能

 

1.磨矿部分

这部分主要是矿石的输送、破碎及研磨，利用长陆UNI800系列控制给料量，UNI900B称重控制器具有4-20mADC流量模拟量和（无源结点）累积量脉冲输出，具有的DP通讯功能，把仪表各种参数直接送入PLC，以实现数据交换，方便与上下工序衔接控制。从而实现配比控制、配方管理、计量管理与运行状态管理等。配置有２路PID控制输出接口（4-20mADC控制电流输出），与变频器构成闭环，两路控制电流比例可设置，使给料设备和皮带秤速度比例可调，从而可改变料层厚度，提高配料精度。利用S7-300系统实现磨机的前后加水量控制，每一路供水都是完整的闭环系统，有电磁流量计、电动调节阀及旁通管路组成，实时调节磨机加水量。同时，S7-300系统还负责破碎机、传送带等各设备的顺序启停控制，以实现各个环节的联锁保护。

 

2.浮选控制部分

铝土矿浮选作业是复杂的物理化学过程，浮选效率好坏不仅与入选矿石类型、品位、氧化程度及磨矿粒度等关系密切，同时还与浮选药剂制度和操作条件有关。浮选过程检测参数包括给入槽矿浆流量、中矿循环量、药剂加入量、矿浆充气量、浮选槽及矿浆槽液位等。

 

在郑州研究院选矿车间，浮选作业主要采用无传动浮选工艺系统实现，利用S7-300系统实现重要参数的全天候监控，重点对浮选槽液位（即泡沫层厚度）、中矿循环量、矿化器充气量（瞬时和累计）等参数进行精准控制。由于多级浮选过程复杂，串级较长，

 

我们的过程控制模型多数采用经验模型。例如，通过控制泡沫层厚度，来自动调整浮选槽的矿浆排出量，使液位稳定在预定的设定值上，从而稳定泡沫排出量及其矿化品位值。当矿石性质或药剂制度变化时，液位与排出泡沫品位的关系发生变化，为获得要求的品位值，需要调整液位的设定值，并通过液位定值控制系统来实现泡沫排出量及其品位。为了检测实际液面的高度，采用超声波液位计进行非接触式的液位差测量，通过浮球加托盘测量。同时，液面的高度与中矿输出量与给料泵的进矿量密切相关，根据试验生产计划产量，采用PID+目标分段设定的控制方案。在生产调试期间，给料泵由低负荷到高负荷运行，到达目标液位时开始根据生产计划分几档频率运行给料泵，同时检测矿化器出口压力，调节中矿循环量，通过智能PID自适应控制调节阀，达到较好的的液位范围。

 

浮选槽系统的各个浮选槽之间有很强的独立性，同时彼此间又有关联，根据需要，控制系统可实现的功能有液位的显示与控制、进气量的显示累计与控制、中矿循环量与液位的联锁控制、给料泵频率的调节与给料泵压力的关联控制、系统给水量的调整等。

 

除了浮选槽液位控制外，浮选过程控制还包括浮选过程设备顺序控制、给药量前馈控制、矿浆pH值控制、矿浆电位控制、浮选矿浆充气量控制等，笔者结合按照多参数综合控制及过程较优控制等理论，都取得较好控制效果。

 

上位机软件功能和设计

上位机监控软件我们选用了国产组态软件组态王6.53，负责系统通讯及监控功能：现场各设备数据显示、状态指示、数据报表及记录、数据运算处理、报表查询、曲线查询、故障报警和用户权限配置等。

 

1.系统主画面

系统主画面显示矿石给料量、磨机加水量、浮选槽液位、矿浆压力、给气量、给气累计量、给水累积量、系统设备启停、设备状态等参数（如图2）。

2.数据记录及查询

数据记录及查询是实验过程中一项重要的工作，首先需要获取足够的原始数据，通过对原始数据的记录，便于科研人员分析实验结果，还原真实的实验过程，软件利用MicrosoftOfficeAccess数据库实现数据记录。可按年、按月、按日对已有数据查询，并对查询结果进行分析，并以表格或者曲线的方式显示，还可以生成EXCEL报表格式。查询画面如图3。

3.系统的通讯功能

本系统通讯分为两部分：

①S7系列与上位机采用西门子公司的以太网模块。

②长陆系列UNI800利用DP协议与S7通讯，实现数据实时交换。同时，采用S7-200PLC串口通过RS485接口，使用USS协议对十六台浮选机用SIEMENSMM440变频器进行总线控制，降低了接线的成本和难度，提高了系统的扩展性。

 

结束语

随着铝土矿资源的日益贫化和市场竞争的日益激烈，充分有效地利用有限的资源、提高企业的市场竞争力，实现生产过程的高效节能。本系统利用西门子S7系列控制器及长陆UNI800系列控制控制器，通讯顺畅，网络结构清晰，设计简洁，运行可靠，具有很高性价比及推广价值。

 

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