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摘 要：本文介绍了某铜选矿的生产流程，详细描述了铜选矿自动控制的设计实现过程及相应的控制解决方法。
关键词：自动控制系统；铜矿
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0273-02
1 工艺生产流程
该铜选矿工艺流程为：破碎筛分→磨浮→精矿浓缩→尾矿脱水。
2 过程仪表种类
铜选矿使用的仪表主要有：皮带秤、电磁流量计、浓度计、物位计、液位计、压力变送器、电动调节阀、温度变送器、水位报警仪、数字显示控制仪、数字控制巡检仪等。
3 控制系统概述
控制系统采用集中监视，分散控制的工作方式，控制系统由磨浮、破碎筛分及尾矿脱水等控制系统等构成，在相应厂房内单独设置控制室。磨浮主厂房控制室既要对磨浮厂房及精矿区域的设备和工艺过程进行控制，还需要对破碎筛分厂房及尾矿区域的设备运行进行监控。
3.1 控制系统选型
中细碎筛分自动控制以电气联锁为主，磨浮工艺自动控制需要过程控制和电气联锁相结合。本选矿控制系统采用美国Rockwell公司的ControlLogix5000系统和SLC500系统，确保控制系统长期稳定运行。
3.2 控制系统网络拓扑
控制系统选用双层网络模式，管理层为以太网，控制层为ControlNet网。控制主网选用冗余ControlNet网，再以DH+网辅助，组成了整个控制系统的网络架构。控制系统分为3个相对独立的部分：磨浮主控站、中细碎筛分操作站、尾矿脱水操作站。磨浮主控站使用DH+模块与中细碎筛分及尾矿脱水控制器进行通讯，磨浮主控站采用ControlLogix5000系统，处理器通过光纤相连，当主处理器出现故障时，数据传入从处理器；两条ControlNet网向下与主从处理器相连，向上与上位操作站连通，I/O盘柜也是利用双ControlNet网线互连。
3.3 控制室配置
根据厂房分布及工艺，分别设置3个控制室：
（1）磨浮主控室：控制室位于磨浮厂房，擁有1对Logix5000控制器和两台I/O盘柜，I/O盘柜之间利用ControlNet网互连，控制室内拥有3台上位操作站，即磨浮主厂房工程师站1台、操作员站1台、精矿浓缩操作员站1台，操作站与控制器之间利用ControlNet网进行通讯。
（2）破碎筛分控制室：控制室位于破碎筛分车间，拥有1套SLC500控制器及两台I/O盘柜，I/O盘柜之间使用C9电缆互连，控制室设1台工程师站（兼操作员站）。
（3）尾矿脱水控制室：控制室位于尾矿脱水车间，拥有1套SLC500控制器及一台I/O盘柜，控制室设1台工程师站（兼操作员站）。
3.4 主要工艺控制要求
（1）磨浮主控区：该铜选矿共有3台球磨机组。一段球磨：原矿经粉碎筛分后，由3号皮带运至储矿罐，料位检测计对料位进行检测并与3号皮带联锁，实现对3号皮带运料量的控制；4号皮带把料从储矿罐送入一段球磨机，利用该皮带上的核子秤对加入球磨机的矿量进行控制；球磨机需要加水来降低温度，前加水控制阀前的流量检测计对控制阀的开度进行实时监测。
（2）破碎筛分控制区：该控制区控制的内容主要就是几个矿仓的料位与皮带的联锁以及料位显示，控制设备联锁停车或单独停车。
（3）尾矿脱水控制区：该控制区所有设备电气联锁停车。当液位低于下限时，泵联锁停车，浓密机的电动调节阀利用PID控制回路调整搅拌槽的液位。
（4）加药系统控制区：加药系统采用SLC500系列的PLC加药系统，确保定时、定点、定量精确加药。取样系统采用SLC500系列管道自动取样机，保证了取样的公正合理。
3.5 磨浮主控区控制功能
3.5.1 4号皮带恒定给矿PID控制
影响球磨机出矿量的因素：4号皮带送矿量、球磨机前加水量、球磨机功率、旋流器内压力等，储矿罐内的粉矿由4号皮带运至球磨机，如果4号皮带的送矿量不稳定，要做到出矿量恒定是很困难的，所以必须要设计一套PID控制回路，来保证给矿量的稳定性。
3.5.2 球磨机前加水PID控制
前加水就是为了降低球磨机工作时产生的热量，在球磨机的入口与原矿一同加入水，同时它也影响到球磨机出矿的浓度，流量等指标，应设计一套PID控制回路对前加水量进行控制。
3.6 控制系统供电
使用3台UPS为整个控制系统供电，分别设置在磨浮主厂房盘柜室、破碎筛分盘柜室、尾矿脱水盘柜室。UPS的负荷不超过30%，在断电的情况下，控制系统仍能正常稳定运行不少于30min。
4 控制系统软件组态
4.1 控制系统下位软件编程
控制系统下位软件利用RSLogix5000和RSLogix500软件实现组态，整个控制系统分为三个控制区，控制区间的数据互访通过编程组态、网络通讯的方法进行。磨浮主控制区使用RSLogix5000编程，中细碎筛分控制区及尾矿脱水控制区使用RSLogix500编程。
4.1.1 硬件配置
硬件配置就是根据铜矿监控测点的类型、数量，留有一定的余量（25%）配置相应的模块。RSLogix500、RSLogix5000软件平台的硬件配置组态应与现场I/O盘柜内的硬件一致。
4.1.2 实时数据库组态
实时数据库组态分为控制采集点组态和中间变量组态。根据监控测点清单并参考现场实际，进行合理的I/O硬件通道分配，根据变量建立标签，形成实时数据库；中间变量组态是对编制控制算法时生成的中间变量以及上位人机界面产生的变量建立标签，并根据变量的数据类型、作用等将其分组。
4.1.3 控制算法编程
编制控制系统软件的核心是控制算法组态，使用不同的组态工具对工艺控制方案进行编程，工艺控制方案编程时应对多种方法进行比较，选择最优方法。
4.1.4 程序编译与下装
控制系统下位软件编制完成后，使用编译工具对项目文件进行编译，修改错误后将项目文件下装到各自的控制器，进行现场控制系统调试，调试时应根据现场情况，对项目文件进行修改。
4.2 控制系统上位软件组态
利用RSView32软件对控制系统的上位软件进行组态，将生产过程所需要监测和控制的信息通过人机界面表现出来。软件组态的内容包括流程画面、报警信息、历史趋势等。
4.2.1 流程画面
工艺生产流程画面既是了解工艺生产过程的窗口，也是操作平台，既要简洁地展现生产流程，更主要的是能适时准确地显示生产工艺及设备运行状态参数。
4.2.2 数据报警
数据报警的内容主要有设备故障报警、系统故障报警、硬件诊断、工艺数据报警等。对与生产密切相关的工艺及设备参数的范围进行设定，超出范围时生成报警信号，并对报警信息进行记录和跟踪。
4.2.3 历史趋势
历史趋势就是将生产数据进行归档处理，按一定的周期将数据显示在趋势画面上，记录生产所需参数的历史数据，并对数据进行分析处理，为事故原因分析和事故追忆提供依据。
5 结束语
该铜选矿控制系统多年来运行稳定，满足了用户监控生产的需求，对铜选矿安全正常生产起到了至关重要的作用。
参考文献
[1]李振安，主编.工厂电气设备控制技术.重庆大学出版社，2002.
[2]邱公伟，主编.可编程控制器网络通信及应用.清华大学出版社，2000.
[3]张来伍，林 澄，主编.过程控制原理与系统.化学工业出版社，1995.
收稿日期：2018-7-16
作者简介：吕 冰（1970-），男，汉族，高级工程师，本科。
关键词：自动控制系统；铜矿
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0273-02
1 工艺生产流程
该铜选矿工艺流程为：破碎筛分→磨浮→精矿浓缩→尾矿脱水。
2 过程仪表种类
铜选矿使用的仪表主要有：皮带秤、电磁流量计、浓度计、物位计、液位计、压力变送器、电动调节阀、温度变送器、水位报警仪、数字显示控制仪、数字控制巡检仪等。
3 控制系统概述
控制系统采用集中监视，分散控制的工作方式，控制系统由磨浮、破碎筛分及尾矿脱水等控制系统等构成，在相应厂房内单独设置控制室。磨浮主厂房控制室既要对磨浮厂房及精矿区域的设备和工艺过程进行控制，还需要对破碎筛分厂房及尾矿区域的设备运行进行监控。
3.1 控制系统选型
中细碎筛分自动控制以电气联锁为主，磨浮工艺自动控制需要过程控制和电气联锁相结合。本选矿控制系统采用美国Rockwell公司的ControlLogix5000系统和SLC500系统，确保控制系统长期稳定运行。
3.2 控制系统网络拓扑
控制系统选用双层网络模式，管理层为以太网，控制层为ControlNet网。控制主网选用冗余ControlNet网，再以DH+网辅助，组成了整个控制系统的网络架构。控制系统分为3个相对独立的部分：磨浮主控站、中细碎筛分操作站、尾矿脱水操作站。磨浮主控站使用DH+模块与中细碎筛分及尾矿脱水控制器进行通讯，磨浮主控站采用ControlLogix5000系统，处理器通过光纤相连，当主处理器出现故障时，数据传入从处理器；两条ControlNet网向下与主从处理器相连，向上与上位操作站连通，I/O盘柜也是利用双ControlNet网线互连。
3.3 控制室配置
根据厂房分布及工艺，分别设置3个控制室：
（1）磨浮主控室：控制室位于磨浮厂房，擁有1对Logix5000控制器和两台I/O盘柜，I/O盘柜之间利用ControlNet网互连，控制室内拥有3台上位操作站，即磨浮主厂房工程师站1台、操作员站1台、精矿浓缩操作员站1台，操作站与控制器之间利用ControlNet网进行通讯。
（2）破碎筛分控制室：控制室位于破碎筛分车间，拥有1套SLC500控制器及两台I/O盘柜，I/O盘柜之间使用C9电缆互连，控制室设1台工程师站（兼操作员站）。
（3）尾矿脱水控制室：控制室位于尾矿脱水车间，拥有1套SLC500控制器及一台I/O盘柜，控制室设1台工程师站（兼操作员站）。
3.4 主要工艺控制要求
（1）磨浮主控区：该铜选矿共有3台球磨机组。一段球磨：原矿经粉碎筛分后，由3号皮带运至储矿罐，料位检测计对料位进行检测并与3号皮带联锁，实现对3号皮带运料量的控制；4号皮带把料从储矿罐送入一段球磨机，利用该皮带上的核子秤对加入球磨机的矿量进行控制；球磨机需要加水来降低温度，前加水控制阀前的流量检测计对控制阀的开度进行实时监测。
（2）破碎筛分控制区：该控制区控制的内容主要就是几个矿仓的料位与皮带的联锁以及料位显示，控制设备联锁停车或单独停车。
（3）尾矿脱水控制区：该控制区所有设备电气联锁停车。当液位低于下限时，泵联锁停车，浓密机的电动调节阀利用PID控制回路调整搅拌槽的液位。
（4）加药系统控制区：加药系统采用SLC500系列的PLC加药系统，确保定时、定点、定量精确加药。取样系统采用SLC500系列管道自动取样机，保证了取样的公正合理。
3.5 磨浮主控区控制功能
3.5.1 4号皮带恒定给矿PID控制
影响球磨机出矿量的因素：4号皮带送矿量、球磨机前加水量、球磨机功率、旋流器内压力等，储矿罐内的粉矿由4号皮带运至球磨机，如果4号皮带的送矿量不稳定，要做到出矿量恒定是很困难的，所以必须要设计一套PID控制回路，来保证给矿量的稳定性。
3.5.2 球磨机前加水PID控制
前加水就是为了降低球磨机工作时产生的热量，在球磨机的入口与原矿一同加入水，同时它也影响到球磨机出矿的浓度，流量等指标，应设计一套PID控制回路对前加水量进行控制。
3.6 控制系统供电
使用3台UPS为整个控制系统供电，分别设置在磨浮主厂房盘柜室、破碎筛分盘柜室、尾矿脱水盘柜室。UPS的负荷不超过30%，在断电的情况下，控制系统仍能正常稳定运行不少于30min。
4 控制系统软件组态
4.1 控制系统下位软件编程
控制系统下位软件利用RSLogix5000和RSLogix500软件实现组态，整个控制系统分为三个控制区，控制区间的数据互访通过编程组态、网络通讯的方法进行。磨浮主控制区使用RSLogix5000编程，中细碎筛分控制区及尾矿脱水控制区使用RSLogix500编程。
4.1.1 硬件配置
硬件配置就是根据铜矿监控测点的类型、数量，留有一定的余量（25%）配置相应的模块。RSLogix500、RSLogix5000软件平台的硬件配置组态应与现场I/O盘柜内的硬件一致。
4.1.2 实时数据库组态
实时数据库组态分为控制采集点组态和中间变量组态。根据监控测点清单并参考现场实际，进行合理的I/O硬件通道分配，根据变量建立标签，形成实时数据库；中间变量组态是对编制控制算法时生成的中间变量以及上位人机界面产生的变量建立标签，并根据变量的数据类型、作用等将其分组。
4.1.3 控制算法编程
编制控制系统软件的核心是控制算法组态，使用不同的组态工具对工艺控制方案进行编程，工艺控制方案编程时应对多种方法进行比较，选择最优方法。
4.1.4 程序编译与下装
控制系统下位软件编制完成后，使用编译工具对项目文件进行编译，修改错误后将项目文件下装到各自的控制器，进行现场控制系统调试，调试时应根据现场情况，对项目文件进行修改。
4.2 控制系统上位软件组态
利用RSView32软件对控制系统的上位软件进行组态，将生产过程所需要监测和控制的信息通过人机界面表现出来。软件组态的内容包括流程画面、报警信息、历史趋势等。
4.2.1 流程画面
工艺生产流程画面既是了解工艺生产过程的窗口，也是操作平台，既要简洁地展现生产流程，更主要的是能适时准确地显示生产工艺及设备运行状态参数。
4.2.2 数据报警
数据报警的内容主要有设备故障报警、系统故障报警、硬件诊断、工艺数据报警等。对与生产密切相关的工艺及设备参数的范围进行设定，超出范围时生成报警信号，并对报警信息进行记录和跟踪。
4.2.3 历史趋势
历史趋势就是将生产数据进行归档处理，按一定的周期将数据显示在趋势画面上，记录生产所需参数的历史数据，并对数据进行分析处理，为事故原因分析和事故追忆提供依据。
5 结束语
该铜选矿控制系统多年来运行稳定，满足了用户监控生产的需求，对铜选矿安全正常生产起到了至关重要的作用。
参考文献
[1]李振安，主编.工厂电气设备控制技术.重庆大学出版社，2002.
[2]邱公伟，主编.可编程控制器网络通信及应用.清华大学出版社，2000.
[3]张来伍，林 澄，主编.过程控制原理与系统.化学工业出版社，1995.
收稿日期：2018-7-16
作者简介：吕 冰（1970-），男，汉族，高级工程师，本科。