Series No .307January 2002 金 属 矿 山M ETA L M I NE 总第307期2002年第1期·机电与自动化·紫金山金矿选矿自动化控制系统张 浩(南昌有色冶金设计研究院) 黄孝隆 戴瑞珍(福建紫金矿业股份公司)摘 要 结合大型金矿选矿厂的工艺特点,介绍了选矿自动化系统的构成和基本功能,并分析了自动化系统网络的结构特点。
关键词 堆浸 选矿厂 过程控制The Automatic Control System of Zijinshan Gold ConcentratorsZhang Hao(Nanchang I nstitute of Non ferrous Metallurgical Designing Res earch )) Huang Xiaolong Dai Ruizheng (Fujian Zijin MiningCo .,L td )A bstract In combination with the technological characteristics of large g old concentrators ,the compositio n and basic functions of the automation system of gold concentrators are described and the structural characteristics o f automation sy s -tem netwo rk analyzed .Keywords Heap leaching ,Concentrator ,Process control 福建紫金矿业股份公司金矿四期技改设计规模2万t /d ,选矿厂设破碎筛分洗矿、炭浸和吸附中心等主要生产车间。
其堆浸法提金工艺特点:适于处理低品位含金氧化矿石,回收率较全泥氰化炭浸低,最大优点是生产规模大,生产成本低。
而全泥氰化炭浸法提金适于含泥量较高的矿石处理,生产成本较高,但它的回收率高、工艺流程短。
矿石经旋回破碎进圆振动筛洗矿,筛上产品经两段开路破碎后进堆浸,筛下产品经重选回收粗颗粒金,重选尾矿经螺旋分级机和旋流器二次分级,粗颗粒进堆浸,细颗粒经浓密缩水进全泥氰化炭浸。
堆浸贵液经活性炭吸附。
载金炭送冶炼厂解析-电解制金。
根据堆浸选矿厂碎矿、炭浸生产连续性强和连续堆浸生产占地面积大、设备布置分散的特点,我们设计了碎矿、炭浸和吸附生产过程控制PLC 系统及全厂的SCADA (远程数据采集与监控)系统。
1 自动化系统构成及特点考虑到系统的可靠性、先进性、开放性,我们采用了新一代Controllogix 控制器,结合罗克韦尔自动化ControlNet 和DeviceNet 构成完整的工控网络。
控制层采用网络冗余结构,Flex I /O 、变频器、电力监控模块的设备网络互连由DeviceNet 完成,直接面向生产过程,完成整个生产过程的数据采集、联琐控制和连续调节控制。
调度管理网络采用DF1全双工拨号通讯方式,通过企业内部程控交换机及电话专线实现碎矿、炭浸系统、吸附中心和总调管理的SCADA 功能。
操作人员通过各工作站的HM I (人机接口)进行人机对话,监视整个生产过程。
选矿厂自动化系统SCADA 网络结构示意见图1。
张 浩,南昌有色冶金设计研究院矿山分院,高级工程师,330002江西省南昌市八一大道1号。
由于堆浸选矿过程大多数为开关量信号,模拟量主要用作数显、统计和PID 调节,且自动化设备所处的环境恶劣,I /O 信号和电源扰动较大,抗粉尘、抗震动、耐腐蚀要求高。
系统采用了现场总线式集散控制模式,仪表信号的采集和设备监控由现场Flex I /O 完成,从而大大减少了各系统间的电缆连接和布线工作量,提高了系统可靠性。
上位机采用高性能大屏幕互锁工控机,2台互为备用,当1台出现故障时,另1台照常工作,实现冗余控制。
2 自动化系统基本功能选矿自动化包含以下主要内容:(1)破碎系统连续生产线各设备的起停顺序和联锁控制;(2)破碎系统矿石处理量自动监测统计;(3)渣浆输送系统的变量调节控制;·46·图1 选矿厂自动化系统SCADA 网络结构示意 (4)浓密机底流在线控制,确保进入炭浸的矿浆浓度满足工艺要求;(5)炭浸槽行动充气提炭控制;(6)各吸附系列自动充气提炭控制;(7)堆场贵液流量、吸附系统流量及贫液喷淋流量的自动计量和工艺计算;(8)贫液池pH 值的自动检测和NaCN 的自动加药调节及计量;(9)各堆场贫液喷淋实现自动调节控制;(10)各生产车间用水用电统计和经济运行;(11)全系统的设备状态监控、故障报警、历史趋势图显示及上位机画面监控;(12)报表编制打印功能。
该自动化系统具备有数据采集、过程监控和过程研究功能。
2.1 数据采集来自过程检测仪表(电磁流量计、核子皮带秤、核子浓度计、pH 值测定仪、CN -离子分析仪)的4～20mA 输出信号,由Flex I /O 通过DeviceNet 送入控制器,并存入数据库。
数据刷新时间2～4s 。
这些数据作为编制报表、报警、显示以及进行过程控制的参量。
2.2 过程监督监视过程运行的报警状态并打印报警信息;监视主要设备项目的运行时间,并总结在日报月报表中;制作运行报表,包括运行概况报表、选矿指标报表、分析品位报表、报警报表、综合运行报表,为管理部门提供选厂运行的详尽概念。
2.3 过程控制(1)直接数字控制(DDC )。
对于来自生产过程的数字信号按照编制的控制程序进行直接控制。
该系统中如破碎设备的联琐顺序控制、炭浸和吸附系列的自动充气提炭控制以及破碎渣浆、堆场喷淋的变频调速控制。
(2)监督控制。
根据过程检测仪表的输入信号,按照数学关系式进行的浮点运算结果改变模拟调节器或DDC 回路的给定值,从而实现综合参量控制。
如浓密机底流控制中根据底流矿浆浓度和流量的变化来自动控制底流阀门的调节,从而保证进入炭浸槽的矿浆浓度为40%;以及炭浸、吸附系列自动加药过程中,按照贫液的CN -离子浓度和pH 值调节加药量。
2.4 过程研究通过采用罗克韦尔软件编制的画面监控软件,可以从数据库中随时取出选矿工艺流程中的某一点的运行记录,以表格时间函数曲线、趋势曲线、流程图等形式在上位机上显示和打印,供专业人员进行分析研究,指导生产。
3 自动化系统的网络特点3.1 ControlNet 特点(1)开放性。
ControlNet 是由罗克韦尔自动化开发的工业自动化领域的标准开放网络。
用户可以选择不同的设备供应商来提供的设备,通过Con -trolNet 联系在一起,协调有序地工作。
随着微电子技术、网格技术和软件技术的发展,用户对自动化的要求越来越高,现代的自动控制已不再是传统的单机应用,在一个现代化的工业控制系统中,已经不再可能完全由某一家公司提供全部的设备,即便某家公司有这个能力,他所提供的产品也未必都是最好最合适的。
这就不可避免的要使用到不同厂家的产·47· 张 浩等:紫金山金矿选矿自动化控制系统 2002年第1期品,这就要求设计必须选择一具有广泛支持的标准网络,使所有的设备能够很好地协调工作。
(2)高效率。
Co ntrolNet采用了全新的网络模式,即生产者/消费者模式。
众所周知,传统的网络要用的是源/目的模式,任何一个信息必须是从某一个节点发送至另一个节点,这种模式的最大弊病是它是不确定的,同样的信息如果要传输到网络上多个节点,必须重复传输多次,这极大地浪费了网络带宽,降低了网络效率;而采用生产者/消费者模式,不同的消费者(信息接收者)同时接收来自生产者(信息产生者)的信息,如果某些信息是它所不需要的,它可以忽略,而只处理那些它需要的信息,这种全新的网络模式是对传统的网络模式的革命,它极大地提高了网络的效率。
传统上,在PLC处理器之间所使用的网络不能用于连接I/O机架,反之亦然,但是ControlNet可以同时应用在处理器的连接和I/O 机架的连接,构成一个完整的控制层网络。
在Con-trolNet上,用户可以根据需要,构成主从、多主和对等通讯网络,甚至可以在同一个网络上混合构成主从、多主和对等通讯网络,这为网络的应用提供了极大的灵活性。
ControlNet上的节点,可以根据每个节点的特性选择采用巡检、定时和逢变则报等多种工作方式,这极大地降低了网络上无用信息的传输,有效地利用了网络带宽,提高了网络效率。
(3)确定性和可重复性。
由于ControlNet采用了生产者/消费者的网络模式,使得其网络速度和效率不随网络上节点数目和网络距离而变化,并且用户可以预先组态网络上节点的信息传输时间,确保全部信息在预先设定的时间内得到传输。
Control-Net采用的时间片技术从原理上杜绝了网络发生阻塞的可能。
确定性和可重复性在现代控制系统中得到了越来越多的应用。
(4)可靠性。
ControlNet具有标准的冗余配置。
采用不同路径的冗余网络配置,PLC处理器同时侦听两条网络上的信息,而选择其中信息质量更好的网络信息,极大地提高了网络的可靠性。
Co ntrolNet还具有极强的网络诊断能力,一旦某一节点发生故障,网络上的处理器能够及时地发现故障所在位置,这极大地提高了系统的可维护性。
ControlNet的基本指标为最大通讯距离30km(同轴电缆),通讯速率5Mbps,单个网络最大节点数99个。
3.2 DeviceNet特点DeviceNet用于现场设备(传动装置、开关、I/O 和人机界面)与PLC之间的通讯网络,通讯速率为125～500Kbps,传输距离最大500m,最大节点数63个。
采用生产者/客户通讯模式,支持多种网络拓扑结构,允许在线组态和带电插拔。
DeviceNet作为设备层网络,可以通过控制层网络ControlNet和信息层网络Ethernet与Internet网络互连,构成M icrosoft的基于Internet的分布式制造网络体系结构(DNA),实现异地监控和诊断功能。
DeviceNet主持主-从、多主和对等通讯。
用户的PLC应用程序和PC数据,可以通过DeviceNet 实现设备的有效控制。
DeviceNet使用RSNetwo rk 软件进行网络管理和组态。
它可以任选几种专门定义的组态:打印数据表格、参数对象程序、组态汇编程序和电子表格。
DeviceNet通过SCANport接口与1336变频器、通过扫描器模块与Flex I/O连接。
4 结 论结合技改工程建设进度安排,该自动化系统吸附中心、破碎炭浸和调度管理部分逐步实施。
投入实用后,将极大地提高矿山生产的劳动生产率,具有广泛的社会经济效益。