SLon磁选机自动控制系统设计研究范文

摘要：

为了保证Slon磁选机具有良好的选矿性能，必须设计出可靠的自动控制系统。文章以西门子S7-200型PLC为控制系统，应用PID控制算法实现对主要运行参数的控制，提高了磁选机的工作性能。

关键词：

Slon磁选机；自动控制系统；研究设计

将Slon立环脉动高梯度磁选机应用于工业生产中，有效解决了矿石中小直径钛铁矿、弱磁性铁矿和多种非金属矿石选择过程的技术难题，选矿性能的提高必须以先进的自动控制技术为依托。在矿产企业自动化生产技术不断提高的同时，磁选机逐渐成为生产过程中的重要设备，也对该设备提出了较高的控制要求，必须可靠接入企业的整体自动控制系统。文章对Slon立环脉动高梯度磁选机的工作原理进行了介绍，分析了设计要求，提出了自动控制系统中的硬件和软件设计。该系统中以西门子S7-200PLC作为控制单元，应用可靠的PID控制算法，实现可控硅数字整流装置的控制，整机的综合性能得到提高。为了保证人机友好交流，在人机交流界面中选用TP170B触摸屏，以实现生产过程的一体化。

1Slon磁选机工作原理

从结构上讲，SLon立环脉动高梯度磁选机主要包括脉动机构、励磁线圈、铁轭、转环和不同种类的矿斗、水斗等，在该系统中应用导磁不锈钢的圆棒作为重要的磁传输介质。磁选机工作过程中，直流电通入励磁线圈中，在分选区内产生一个感应磁场，在该区域内的磁介质表面将会出现非均匀的高梯度磁场，转环在顺时针旋转的过程中不断将磁介质传传入和送出分选区，从给矿斗位置灌入矿浆，矿浆沿上铁轭缝隙经过转环，磁介质表面上回吸附一定量的矿浆中的磁性颗粒，磁性颗粒在转换的运动过程中到达顶部无磁场区域，冲洗水将磁性颗粒充入精矿斗，而非磁性颗粒会在重力和脉动流体力的共同作用下穿过磁介质堆，经过下铁轭缝隙之后进入到尾矿斗中排出。

2自动控制系统设计

2.1控制要求

以SLon磁选机的工作原理为设计依据，以保证系统高效稳定工作为主要目的，现归纳总结出自动控制系统的设计要求。第一，需要产生稳定的直流励磁电流。该部分需要借助三相半控整流电流变压器和可控硅触发单元。为了适应众多型号SLon磁选机的工作需求，在人机交流界面上设定出励磁电流的大小，为了保证有稳定的磁场强度，需要使设置的励磁电流相对稳定，因此可以应用PID算法实现电流控制。第二，明确SLon磁选机的工作过程，提高系统的安全性，保证转环的电机、励磁单元和脉动电机按照设计的顺序启动和停止，采用可靠的互锁方案。生产过程中，励磁单元需要在通风电机、脉动电机和转环电机都启动后再启动，避免出现励磁单元启动无效的问题。如果通风电机、脉动电机和转环电机中有任何一个出现停止的问题，励磁单元必须无条件停止，同时发出警告。第三，系统需要对可控硅进行可靠的保护。如果相关可控硅元件的工作温度超过40℃，通风电机将会高速运转，如果可控硅元件的工作温度低于38℃，通风电机将会低速运转。第四，如果磁选机系统中出现缺相、超温、欠压、过流和短路的问题，必须实现自动安全关闭，磁选机停止工作，发出故障警告。第五，为了保证磁选机系统与企业的生产控制系统有良好的兼容性，借助于上位机通信相对应的通信接口，提供数据交换区实现不同变量的存储。

2.2硬件系统设计

磁选机自动控制系统中的硬件主要包括西门子S7-200PLC主机、模拟量输入和输出模块、TP170B触摸屏（实现人机交流）、可控硅整流单元（其中包含三相半空整流电路和触发器）、温度变送器、电流变送器和电压变送器等。该自动控制系统中以S7-200PLC作为重要的控制部分，该控制系统中包含24个数字量输入点数和16个数字量输出点数，由于该控制部分没有模拟量的输入和输出单元，因此在应用过程中需要进行适当的扩展。人机交流部分选用TP170B彩色触摸屏，便于操作人员在生产过程中完成对多项参数的设定，便于及时找出故障。借助PPI协议保证TP170B触摸屏能够与S7-200PLC主机之间可靠通信，通信单元选用RS485接口，应用屏蔽式双绞线实现PPI通信。为了实现交流电向直流电的转换，需要应用稳定的可控硅整流电路，以磁选机需要应用的励磁电流值大小为依据设定整流后的直流电流，实际应用中发现最大直流电流高大1600A。设计过程中通过对触发器触发角的控制实现对励磁电流值的改变[1]。硬件系统中的温度变送器、电流变送器和电压变送器实现可控硅元件温度、励磁电流和励磁电压的转换，将转换后的参数值传输到PLC主机的模拟量输入和输出模块中，经过模数转换后将模拟信号转换为数字信号，并及时将信号显示在触摸屏上。PLC程序处理数字信号好控制风机的启动和停止，保证可控硅元件始终工作在允许的温度环境下，同时保证励磁电流值始终稳定在设定值。应用多点接口网络的通信方式保证S7-200PLC与上位监控机之间可靠通信，由于该PLC中不包含通信接口，因此在使用过程中必须对通信模块进行扩展，一般在上位机中装入可靠的通讯卡即可，完善硬件通信系统。

2.3软件系统设计

在S7-200PLC系统应用过程中需要借助专用的编程系统完善软件编程，实现控制程序的编程、下载和通信组态规划等。设计过程中应用梯形图编写PLC程序，控制程序主要实现对励磁电流的控制。在实际应用过程中，电流变送器检测及时检测出实际励磁电流值，将电流参数传输到系统中模拟量的输入和输出单元，将参数信息写入PLC系统中，CPU会将参数信息与人机交互单元中的设定值进行对比，在分析对比结果的基础上应用PID控制算法对需要的控制量进行计算，应用模拟量的输入和输出模块实现对触发器触发角的控制，同时实现对整流电流值的控制，保证励磁电流始终保持在用户设定的值。另外，PLC程序中选用了软启动控制方法，以避免电流上升速度太快烧毁励磁线圈的问题，设计过程中还充分考虑了远程控制要求，并将历史故障查询功能加入到人机交互系统中。在触摸屏人机界面设计过程中，需要保证用户能够及时查看所有的现实参数、历史故障和信息存储，界面设计简单明了，便于用户正确操作。人机界面系统应用西门子公司的HMI组态软件，人机界面设计重点做好以下六个方面工作。第一，系统主界面设计。系统的主界面显示出生产过程中的励磁电流、励磁电压和温度信息，同时还可以查看励磁电流的变化趋势，主界面中包含用户设定励磁电流的输入框，显示出励磁电流值是否存在问题，同时便于用户及时查看系统的工作状态，实现参数设定，明确报警记录，显示产品信息等，用户点击相应的菜单就会显示出对应的界面[2]。第二，系统工作状态界面。该界面中及时显示出通风电机、转换电机和脉动电机的工作状态。第三，参数设定界面。该界面中实现用户对PID控制算法的设置，便于设定励磁电流的范围值和软启动的时间。第四，报警记录界面。该界面中正确显示出历史故障记录，精确查询故障发生的时间和原因。第五，产品信息界面，主要显示出产品的信息。第六，时间校准界面。该界面中实现用户的触摸时间的校准。

3结束语

将本设计系统应用于实际生产过程中，提高了磁选机机电控制的可靠性，将西门子PLC控制部分应用于磁选机中，借助良好的人机交互系统提高选矿能力。生产过程的综合性能得到提高，降低了工作人员的劳动强度，便于重要参数的设定和查询，为系统规划和生产调度奠定了重要的基础，系统的运行管理水平得到提高。

参考文献：

[1]卢俊颖，王化军，方昊，等.基于计算机软件模拟的板式磁选机磁系设计[J].计量检测，2015，15（1）：108.

[2]黄焦宏.高梯度强磁力永磁磁选机磁系的研究与磁场计算[J].华北电力大学学报，2014，35（z1）：60.

作者：姚雪茹 单位：湖北工业大学