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【摘 要】 针对金矿选矿生产过程中破碎工段的生产工艺和控制要求，设计、开发并应用了破碎自动化控制系统，实现了破碎设备连锁控制、圆锥破碎机挤满给矿控制和自动布料控制等功能。控制系统投入使用后，提高了生产设备的安全性，降低了碎矿的生产成本，大幅降低了操作人员的劳动强度，经济效益显著。
【关键词】 破碎 自动化 控制系统
1 前 言
选矿工艺的发展对设备的可靠性和高效性、过程参数的稳定性、流程中各段产品的质量提出了更高的要求，破碎自动化是保证破碎过程正常生产的必要手段，是提高综合效益的有效途径[1][2]。针对该金矿选矿生产过程中破碎生产工艺和控制要求，以提高选矿生产过程自动化水平、提高生产能力为目标，对控制系统进行设计、开发和应用，提高了破碎系统的可靠性，保证了设备的安全性，降低了碎矿的生产成本，减少了人员的劳动强度，显著地提高了经济效益[3][4]。
该金矿碎矿作业工艺流程是：原矿经地下粗碎后提升至地面粗料仓，进入地表碎矿生产流程;矿石经给料机用皮带送至双层筛进行洗矿;双层筛的筛下产品经皮带送至细料仓，矿泥经螺旋分级机分级后，返砂送至细料仓，溢流送至脱水工序;双层筛的筛上产品经皮带到达中碎圆磨进行中碎;中碎后的产品由皮带送至单层筛进行筛分，筛下产品经皮带送往细料仓，筛上产品进入圆锥破碎机进行细碎后，产品再重新回到单层筛，构成闭路碎矿。
2 破碎控制系统开发
原有碎矿作业电气控制系统为继电器-接触器控制系统，可靠性低，故障率较高，难于快速查找故障点，经常造成停车事故;根据细碎机进料口料位人工调节槽式给料机负荷，不能达到挤满给矿，生产效率偏低，作业成本较高;同时生产过程中存在以下矛盾：
（1）给矿不能自动调节，供料不均衡、不连续，造成生产间断，影响处理量和生产成本;
（2）供料不均衡造成皮带漏斗经常堵塞，需要停止供料进行处理，影响处理量，造成能源浪费，加大了操作工的劳动强度;
（3）因破碎处理能力略大于磨机处理能力，布料口需要经常倒换，特别是细料仓无料造成球磨机缺料空砸，影响磨机处理量，浪费能源，操作工的劳动强度非常大;
（4）重点设备的状态监测仪表比较老，而且不全，对设备不能进行有效保护。
以上问题的存在已经严重影响了金矿破碎流程的正常生产，针对上述问题，对破碎自动化控制系统进行了详细设计和实施，较好地解决了以上生产中存在的问题，有效提高了生产效率，降低了生产成本和人工劳动强度。以下对控制系统进行详细分析。
2.1 PLC控制系统
采用PLC控制系统取代了原来的继电器-接触器控制系统，实现了以下功能：
（1）与原控制系统相比，大大减少了故障发生率，提高了破碎控制系统的可靠性;
（2）根据工艺流程中物料到达时刻的顺序，具有逆序开车、顺序停车、联锁起停、故障联锁停车等功能，实现了节能降耗、保护设备的目的;
（3）实现对皮带、振动筛、破碎机、给料机等重要设备的运行状态进行监测，实现对中碎稀油站的油温、油压、流量、油位等重要参数进行监测，实现对细碎圆锥破碎机的运行状态进行监测，确保了重要设备的运行安全;
（4）实现对主要皮带的打滑、跑偏进行检测和报警，拉绳开关紧急停车，对破碎厂房、筛分厂房等进行粉尘浓度检测和报警，有利于设备故障的早期发现，可以避免设备生产事故的发生，同时是现场人员安全生产的前提条件。
控制系统对破碎生产起到了显著成效，保证了人员、设备和生产安全，实现了节能降耗。
2.2 自动布料控制
破碎系统与下一个工艺流程-磨矿系统是通过细料仓进行衔接的，如果布料控制不当，即使破碎系统达到了最大处理能力，也不能保证磨矿系统的正常运行，因此实现矿仓布料的自动控制对保障整个选厂生产的连续性非常重要。
控制系统采用雷达料位计自动检测六个细料仓的料位值，根据工艺要求的料仓状态设置优先级别，采用专用控制算法自动控制位于料仓下料口的电动布料器，从而实现多矿仓的自动布料功能。自动布料示意图如图1所示。
根据各个矿仓布料的优先级别，自动布料的控制策略为：
（1）当矿仓料位有低于料位低限的情况，则按照制定的12种优先级类别优先顺序进行自动布料控制;
（2）当所有料仓都高于低限，分料器不再进行调整，处于下料状态的分料器继续运行，直到该料仓达到高限后，按照高限优先级重新选择调整;
（3）当矿仓料位有低于料位高限但高于低限的情况，则根据优先级进行自动布料控制;
（4）所有料仓的低限值、高限值都可以根据现场情况进行更改设置;
（5）任意一个分料器都可以随意退出或进入优先级队列进行参与自动布料控制。
经过自动布料控制，实现了六个料仓的供料均匀，保证了磨矿作业正常生产供料。自动布料减少了人为因素的影响，降低了工人劳动强度，实现了生产工艺的无缝衔接，保证了磨矿流程的正常生产，大幅提高了经济效益。
2.3 挤满给矿控制
圆锥破碎机是破碎生产系统中的重要设备，为了发挥其最大生产效率，需要对其进行挤满给矿控制，即破碎机腔体料位稳定在一定范围内，在此时破碎机处理量最大，处于最佳工作状态，提高了碎矿系统处理能力和细碎整体运行效率[5]。
在破碎生产中的细碎圆锥破碎机，其结构特点要求给料达到挤满式给矿，才能发挥出设备的最大台时效率。破碎系统中给料机作为提供流程原矿的设备，在整个给矿控制中起主要的调整作用，调节整个破碎工艺流程的给矿量和生产负荷;破碎机的给矿皮带作为破碎机的给矿设备，在给矿控制中起微调作用和保护作用，稳定破碎机腔体料位，并在料位过高时停止供料，实现对破碎机的保护。
由于破碎过程具有大滞后的特性，常规PID控制策略无法取得较好的控制效果，这为实现给矿自动控制带来较大难度。根据被控对象特性，设计专家控制规则，采用雷达料位计检测圆锥破碎机进料口料位，（下转第页）
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变频控制破碎机给矿皮带、给料机的给矿速度，分别与破碎机料位构成闭环控制回路，最终实现破碎机挤满给矿控制，控制框图如图2所示。
专家控制规则是根据现场操作人员的操作经验和工业现场的实验摸索，在生产运行中不断完善的控制规则。根据现场运行情况，破碎机料位划分为低低限、低限、高限、高高限、高报警限等，在每个料位段根据专家控制规则进行频率控制，实现最优的控制效果，如表1所示的部分控制规则。
如图3所示，破碎机进料口的料位波动范围基本稳定在5%-10%之间，保证了破碎机腔体内挤满式给料;同时破碎机工作功率基本稳定在200KW左右，运行稳定。细碎破碎机的挤满给料控制，提高了细碎破碎机的处理能力和工作效率，同时提高了整个破碎系统的生产能力，一定程度上提升了破碎产能。
3 结语
破碎自动化控制系统投入生产后，不但满足了建设数字矿山的需要，满足“生产过程可视化、自动化”的要求，而且解决了生产过程中存在的矛盾和制约生产的瓶颈，在系统可靠性、设备安全性方面有大幅提高，降低了碎矿的生产成本，大幅降低了操作人员的劳动强度，节能降耗;同时，提高了破碎系统产能，取得了较大的经济效益。
【关键词】 破碎 自动化 控制系统
1 前 言
选矿工艺的发展对设备的可靠性和高效性、过程参数的稳定性、流程中各段产品的质量提出了更高的要求，破碎自动化是保证破碎过程正常生产的必要手段，是提高综合效益的有效途径[1][2]。针对该金矿选矿生产过程中破碎生产工艺和控制要求，以提高选矿生产过程自动化水平、提高生产能力为目标，对控制系统进行设计、开发和应用，提高了破碎系统的可靠性，保证了设备的安全性，降低了碎矿的生产成本，减少了人员的劳动强度，显著地提高了经济效益[3][4]。
该金矿碎矿作业工艺流程是：原矿经地下粗碎后提升至地面粗料仓，进入地表碎矿生产流程;矿石经给料机用皮带送至双层筛进行洗矿;双层筛的筛下产品经皮带送至细料仓，矿泥经螺旋分级机分级后，返砂送至细料仓，溢流送至脱水工序;双层筛的筛上产品经皮带到达中碎圆磨进行中碎;中碎后的产品由皮带送至单层筛进行筛分，筛下产品经皮带送往细料仓，筛上产品进入圆锥破碎机进行细碎后，产品再重新回到单层筛，构成闭路碎矿。
2 破碎控制系统开发
原有碎矿作业电气控制系统为继电器-接触器控制系统，可靠性低，故障率较高，难于快速查找故障点，经常造成停车事故;根据细碎机进料口料位人工调节槽式给料机负荷，不能达到挤满给矿，生产效率偏低，作业成本较高;同时生产过程中存在以下矛盾：
（1）给矿不能自动调节，供料不均衡、不连续，造成生产间断，影响处理量和生产成本;
（2）供料不均衡造成皮带漏斗经常堵塞，需要停止供料进行处理，影响处理量，造成能源浪费，加大了操作工的劳动强度;
（3）因破碎处理能力略大于磨机处理能力，布料口需要经常倒换，特别是细料仓无料造成球磨机缺料空砸，影响磨机处理量，浪费能源，操作工的劳动强度非常大;
（4）重点设备的状态监测仪表比较老，而且不全，对设备不能进行有效保护。
以上问题的存在已经严重影响了金矿破碎流程的正常生产，针对上述问题，对破碎自动化控制系统进行了详细设计和实施，较好地解决了以上生产中存在的问题，有效提高了生产效率，降低了生产成本和人工劳动强度。以下对控制系统进行详细分析。
2.1 PLC控制系统
采用PLC控制系统取代了原来的继电器-接触器控制系统，实现了以下功能：
（1）与原控制系统相比，大大减少了故障发生率，提高了破碎控制系统的可靠性;
（2）根据工艺流程中物料到达时刻的顺序，具有逆序开车、顺序停车、联锁起停、故障联锁停车等功能，实现了节能降耗、保护设备的目的;
（3）实现对皮带、振动筛、破碎机、给料机等重要设备的运行状态进行监测，实现对中碎稀油站的油温、油压、流量、油位等重要参数进行监测，实现对细碎圆锥破碎机的运行状态进行监测，确保了重要设备的运行安全;
（4）实现对主要皮带的打滑、跑偏进行检测和报警，拉绳开关紧急停车，对破碎厂房、筛分厂房等进行粉尘浓度检测和报警，有利于设备故障的早期发现，可以避免设备生产事故的发生，同时是现场人员安全生产的前提条件。
控制系统对破碎生产起到了显著成效，保证了人员、设备和生产安全，实现了节能降耗。
2.2 自动布料控制
破碎系统与下一个工艺流程-磨矿系统是通过细料仓进行衔接的，如果布料控制不当，即使破碎系统达到了最大处理能力，也不能保证磨矿系统的正常运行，因此实现矿仓布料的自动控制对保障整个选厂生产的连续性非常重要。
控制系统采用雷达料位计自动检测六个细料仓的料位值，根据工艺要求的料仓状态设置优先级别，采用专用控制算法自动控制位于料仓下料口的电动布料器，从而实现多矿仓的自动布料功能。自动布料示意图如图1所示。
根据各个矿仓布料的优先级别，自动布料的控制策略为：
（1）当矿仓料位有低于料位低限的情况，则按照制定的12种优先级类别优先顺序进行自动布料控制;
（2）当所有料仓都高于低限，分料器不再进行调整，处于下料状态的分料器继续运行，直到该料仓达到高限后，按照高限优先级重新选择调整;
（3）当矿仓料位有低于料位高限但高于低限的情况，则根据优先级进行自动布料控制;
（4）所有料仓的低限值、高限值都可以根据现场情况进行更改设置;
（5）任意一个分料器都可以随意退出或进入优先级队列进行参与自动布料控制。
经过自动布料控制，实现了六个料仓的供料均匀，保证了磨矿作业正常生产供料。自动布料减少了人为因素的影响，降低了工人劳动强度，实现了生产工艺的无缝衔接，保证了磨矿流程的正常生产，大幅提高了经济效益。
2.3 挤满给矿控制
圆锥破碎机是破碎生产系统中的重要设备，为了发挥其最大生产效率，需要对其进行挤满给矿控制，即破碎机腔体料位稳定在一定范围内，在此时破碎机处理量最大，处于最佳工作状态，提高了碎矿系统处理能力和细碎整体运行效率[5]。
在破碎生产中的细碎圆锥破碎机，其结构特点要求给料达到挤满式给矿，才能发挥出设备的最大台时效率。破碎系统中给料机作为提供流程原矿的设备，在整个给矿控制中起主要的调整作用，调节整个破碎工艺流程的给矿量和生产负荷;破碎机的给矿皮带作为破碎机的给矿设备，在给矿控制中起微调作用和保护作用，稳定破碎机腔体料位，并在料位过高时停止供料，实现对破碎机的保护。
由于破碎过程具有大滞后的特性，常规PID控制策略无法取得较好的控制效果，这为实现给矿自动控制带来较大难度。根据被控对象特性，设计专家控制规则，采用雷达料位计检测圆锥破碎机进料口料位，（下转第页）
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变频控制破碎机给矿皮带、给料机的给矿速度，分别与破碎机料位构成闭环控制回路，最终实现破碎机挤满给矿控制，控制框图如图2所示。
专家控制规则是根据现场操作人员的操作经验和工业现场的实验摸索，在生产运行中不断完善的控制规则。根据现场运行情况，破碎机料位划分为低低限、低限、高限、高高限、高报警限等，在每个料位段根据专家控制规则进行频率控制，实现最优的控制效果，如表1所示的部分控制规则。
如图3所示，破碎机进料口的料位波动范围基本稳定在5%-10%之间，保证了破碎机腔体内挤满式给料;同时破碎机工作功率基本稳定在200KW左右，运行稳定。细碎破碎机的挤满给料控制，提高了细碎破碎机的处理能力和工作效率，同时提高了整个破碎系统的生产能力，一定程度上提升了破碎产能。
3 结语
破碎自动化控制系统投入生产后，不但满足了建设数字矿山的需要，满足“生产过程可视化、自动化”的要求，而且解决了生产过程中存在的矛盾和制约生产的瓶颈，在系统可靠性、设备安全性方面有大幅提高，降低了碎矿的生产成本，大幅降低了操作人员的劳动强度，节能降耗;同时，提高了破碎系统产能，取得了较大的经济效益。