(巴州敦德矿业有限责任公司)
摘要：S7-300破碎控制系统分为自动和手动两大部分，具体实施由中控室操作和现场操作箱操作两部分，主要设备包括电子皮带秤、霍尔极性开关、声音蜂鸣器等。PLC(可编程逻辑控制器)控制系统具有人为无法实现的不间断监控、高可靠性、广泛的适用性等功能。另外其强大的通讯功能、简易化的编程语言、结构化的编程模块等特点非常适合于破碎系统
关键词：基于PLC；破碎系统设计
前言
据统计，现阶段矿产资源开发利用的能量消耗占全国总能耗的１５％左右，仅冶金矿山的采选能耗就超过了 其 能 耗 的４０％。冶 金 矿 山 主 要 以 硬 岩为工作对象，矿物的产出过程就是矿岩的破碎过程，主要包括爆破、破碎和磨矿三个环节，是矿石不同粒度下的三个破碎阶段，耗能巨大。因此，研究矿石的破碎过程，寻求科学高效的破碎途径，降低矿山破碎能耗，是关系到我国整个矿山行业安全的重大战略问题，对当今社会的发展具有极为重要的意义。
1、破碎流程简述
一般情况下．破碎机在满足系统动作的要求之下．其控制系统的设计应符合实用、操作方便及简单的原则．同时其设计应具有前瞻性。在以后的发展及工艺改进中留有一定余地。一方面．对破碎机的系统报警及紧急制动功能进行设计时．需要安装检测器件．同时可自动做出反应。及时报警，对错误信息正确显示出来：另一方面，液压缸的工作过程就是运动及动力的传递过程．主要表现为将液压压力转变为液压缸活塞带动锤的冲击能．达到控制重锤打击力的目的。
某铁矿石破碎工艺流程为:井下开采出来的原矿石经过板式给矿机送入颚式破碎机进行粗破，破碎出来的中小块矿石，经1#皮带传送至中碎机进行再次破碎。破碎出来的矿石由2#皮带传送振动筛，振动筛筛下产品通过5#皮带，然后经6#～9#皮带传送至圆桶料仓堆积;筛上产品通过磁选机进行筛选，磁选精矿通过3#皮带送回到细碎料仓，至细碎机进行二次破碎，废石及不合格产品通过4#皮带抛尾。其碎矿工艺流程见图1。
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图1组态王工艺流程画面
2、PLC控制系统原理
铁矿石的破碎控制主要分为皮带的顺序控制和给料调节控制两个部分。皮带顺序控制部分主要功能为:当生产过程中突然出现设备故障，控制系统根据该设备在整个传输过程中的位置，自动对需要停车的设备进行处理。例如:当2#皮带出现故障时，控制系统会发出指令，将颚式破碎机、1#皮带和中碎机都立即停止，不再向2#皮带继续传输物料，而之后的振动筛、磁选机、5#皮带、6#皮带、7#皮带、8#皮带及9#皮带都正常运转，等所有的物料都输送到圆桶料仓以后，再按反顺序停止剩下的设备。给料控制部分主要功能为:控制系统依据2#皮带和7#皮带的电子秤数值变化进行给料量的自动调节。当2#皮带的电子秤数值显示变小时(即皮带输送料减少了)，将提高板式给矿机的给料速度，增加给矿量。当7#皮带的电子秤数值显示变小时，将优先增加细碎机的给矿量，加快细碎给矿机的给矿速度。如果5min之后调节效果不明显，再同时增加板式给矿机的给矿速度。
PLC控制系统采取三种不同的控制方式，分别是集中联锁自动控制方式、局部联锁自动控制方式和手动单机控制方式。自动控制方式是将现场操作箱上的转换开关拨到“自动”位置，然后再区分是集中联锁或局部联锁，这时需要采集现场的设备指示信号，然后由计算机进行判断;而手动单机控制方式是将现场操作箱上的转换开关拨到“手动”位置，这时可以通过现场操作箱上按钮对设备进行启停。现场操作箱的转换开关具有最高的优先级。为了实现破碎系统的正常可靠运行，该PLC控制系统需要满足以下要求。
(1)板式给矿机、皮带运输机、破碎机等设备的启动和停止必须遵循特定顺序，以实现各设备联锁。
(2)在设备启动和停止过程中，需要合理设置时间间隔(即设备延时启动/停止时间)。启动各皮带的间隔时间一般设定在0～10s，而皮带的延迟停止时间间隔根据流程需要以及皮带的长短区别设定，一般设定在1～40s，其目的是为了保证意外停车时各皮带上都没有积料压皮带。
(3)当设备运行过程中发生故障时，应当立刻发出报警并根据控制要求实行顺序停车保护。该设备的后续设备进行局部的联锁控制，按一定的时间和顺序停车，而其前端设备则立即停车，防止积料压皮带。
(4)各长条皮带上分别安装跑偏保护，断带或打滑保护。一旦发生故障，现场报警灯发出声音和红光闪烁报警。
(5)由于皮带机和破碎机等都是大功率设备，在启动的过程中电流涌动很大，因此不允许同时启动和停止所有设备，以免给电网造成巨大的破坏。
3、PLC控制系统设计
3.1系统硬件设计
根据前述的控制要求，考虑到系统的可靠安全，本系统采用了分散式的控制结构，分为两级，包括PLC控制器和现场设备的信号检测。PLC控制器选用西门子SIMATICS7-300模块，具体配置为CPU314-V2.0，带有1个MPI接口，配备有64kEPROM存储卡用于程序掉电保护;4个16通道开入模块SM321，3个16通道开出模块SM322，2个8通道模入模块SM331;由于控制点数超出了系统的总点数，因此增加了1个扩展机架，主机架和扩展机架之间通过通信模块IM365连接。监控站采用单台研华工控机，在上位机中采用了亚控公司的组态王，其监控画面简洁明了。
3.2系统控制程序设计
PLC控制程序是整个系统的核心，直接关系到系统的控制效果。在控制程序设计中，为了保护人员和设备的安全，需要设计较为复杂的联锁关系。顺序控制中主要的难点是设备发生故障后的程序运行跳转，另外是给矿量调节过程中存在一定的滞后性，因此实际操作时控制调整的时间周期较长。设备联锁启动程序见图2。
图2设备联锁启动程序
3.3监控人机界面设计
上位机监控软件采用亚控公司的组态王软件，其具有强大的兼容性和多协议支持，能和绝大多数型号的PLC和I/O设备实现通信。在组态王和西门子连接时，只要将双方的通信地址、波特率和通信端口设置一致，就可以实现互相的访问。鉴于其强大的图形组态功能和丰富的用户函数，设计了以下基本功能。
(1)在流程监控画面中，通过颜色变化表示显示设备的运行状态，监测设备运行时的实时数据，判断过程中运行设备性能情况。
(2)在设备操作画面中，通过按钮的颜色表示现场设备的启动或停止，在需要人工介入的情况下，可以按下特定的按钮来跳过启动时故障的设备。
(3)系统自动记录生产数据并存入数据库中，并在监控画面设置报表打印按钮，可以随时打印生产报表。
(4)在每幅画面上都有报警标志设备故障、工艺参数异常都会触发相应的报警。
(5)系统权限安全设置。设置管理员和操作工两级权限，明确生产操作和管理职责，防止误操作。
4、结语
生产实践表明，将PLC控制系统应用于矿山选矿破碎系统，极大地提高了整个生产系统的效率，有利于最终产品的性能稳定。通过控制系统对生产中的重要设备和参数变量进行实时在线自动检测，减轻了生产人员的劳动强度。但该破碎系统还存在一些设计不足和控制不理想的地方，仍需进一步改进和完善。
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