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Nordberg HP系列破碎机给矿自动控制系统设计
发布时间：2013-05-28 08:22 来源：未知
0、现状及问题
目前，在冶金行业选矿工艺中，大量使用矿石破碎机对矿石进行破碎。破碎工艺是选矿工艺中的重要一环，破碎系统的主体设备是破碎机，设备投资大，耗能多，使用和维护成本高，破碎系统的生产效率直接影响着整个选矿厂的生产成本和经济效益。
近年来，新型破碎设备及其控制系统发展很快。自90年代以来，国内如鞍钢齐大山选矿厂、武钢程潮选矿厂、马钢南山选矿厂等先后引进了多台美国METSO公司的Nordberg HP，系列矿石破碎机，该机型破碎处理能力强，大大提高了国内选矿厂破碎流程的生产效率。但与该机型配套的给矿自动控制系统价格昂贵，多数选矿厂由于经济原因并未与设备一同引进。所以，开发这种新型破碎机的给矿自动控制系统在国内选矿行业具有极其重要的经济和实用价值。
1、设计方案
HP系列矿石破碎机按处理能力的不同有多种型号，现以国内应用最为普遍的HP500为例，该破碎机在正常生产时要求挤满给矿，即机腔料位要高出分料头300 mm左右，此时破碎机处理量最大，处于最佳工作状态。给矿控制的目标就是要保证挤满给矿率，即破碎机挤满给矿运行时间与总运行时间之比应在80%以上。
以前，人工观察机腔料位，若料位偏低，则人工扳大下矿口闸门，反之则扳小给矿口闸门。但由于操作强度大，且受经验和责任心影响，很难保证控制目标，未能最大限度地发挥设备效率。
要实现自动控制必须首先解决机腔料位检测装置问题。测量料位的方法很多，但能满足破碎现场灰尘大、振动强这种恶劣环境的不多，且要求体积小、便于安装。经多次调研，决定在破碎机机腔上方安装超声波料位计。该种料位计与物料不直接接触，实践证明这种传感器的选型是非常合理的。
其次是下矿口闸门调节执行机构选型问题。经研究在破碎矿仓下矿口安装电液推杆，它接收控制器输出的正反转的控制信号，推动闸门开大或关小，同时将实际角位移反馈到控制系统。
下矿量的波动（如粒度、黏度发生变化）是系统中的一个主要扰动，若仅以机腔料位作为被控参数构成单回路控制系统，当扰动发生后，由于给矿皮带的传输需要一定的时间，即存在纯滞后，在给矿皮带较短的系统中，该纯滞后不大，单回路控制系统还可以基本满足要求，但对于给矿皮带较长的系统，将导致调节作用大大滞后，且易发生振荡，系统动态品质难以保证。
为了克服系统的纯滞后，必须采用其他复杂控制方案。决定采用串级控制：在给矿皮带上安装皮带秤，以给矿量为副参数和机腔料位为主参数构成串级控制系统，见图1。
由图2可见，由于粒度、黏度发生变化引起下矿量扰动发生时，给矿串级控制系统多了一个副回路，不等它影响到机腔料位，副回路立刻进行调节。这样，大大减小了该扰动对机腔料位的影响，从而提高了主参数的控制质量和系统的动态特性，系统具有较强的抗扰动能力。
2、系统实现
系统除具有破碎机给矿自动控制功能外，还需要实时监控工艺流程，完成报表、统计、远程浏览等其他功能。根据以上要求，控制系统决定采用基于西门子PLC的SCADA控制方案，网络结构如图3。
系统选择西门子S7 300系列PLC(315 - 2DP)作为主控制器( CPU)，安装在低压配电室。根据车间现场的实际布局，选择3块ET200M�？樽魑冻蘄/O，实现给矿和破碎机现场操作和状态指示等，CPU与远程I/O之间通过PROFIBUS - DP接口通讯，完成破碎机的给矿自动控制。
在控制室设操作计算机两台（OP站1和OP站2)，互为备份。两台计算机上安装CP5611通讯板卡，在PLC上安装CP342 -5通讯处理�？椋�3者之间通过PROFIBUS总线进行信息交互。两台操作站主要实现给矿系统工艺流程和工艺数据实时显示，实时监控破碎机运行情况，如负荷曲线、运行时间、油温、供油压力等关键参数。另有查询功能、历史曲线、报警、参数设置、报表统计等功能。采用美国In -tellution公司的iFIX工控组态软件iFIX，运行环境为Windows2000。
控制室另设服务器一台( Server)，通过交换机Switch还可与车间主任、车间调度联网，从而使管理层及时了解底层的生产和设备运行情况。
采用基于PROFIBUS总线的PLC-SCADA系统，只要一根通信线就可以实现现场I/O信号和CPU之间、CPU与上位机PC之间的连接，大大减少了接线工作量，缩短了施工时间，也使得整个系统更为简洁可靠，且便于将来扩展。
3、结束语
目前，该系统己在武钢得到成功应用。采用串级控制极大地提高了系统的动态品质，充分发挥了破碎机的处理能力，与人工相比，挤满给矿率由以前人工操作时的50%左右提高到目前的85%以上，实现了控制目标。此外，由于稳定了破碎工况，从而最终提高了与之相关的磁选、筛分等相关工艺流程的整体运行效率。
