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全流程自动化控制系统设计方案

139
2020年4月19日
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安徽罗河铁矿选矿
全流程自动化控制系统设计方案

烟台金建设计研究工程有限公司
二〇〇九年八月

罗河铁矿选矿全流程自动化控制系统设计方案

目 录

前言 ……………………………………………………………………1
一. 公司简介 2
1.公司概况 2
2.工程业绩表 4
二.设计概要 8
1.设计依据 8
2.设计原则 8
3.设计目标 9
三. 系统设计 11
1．系统构成 11
1.1过程控制系统 11
1.2网络通讯系统 13
1.3网络数字监控系统 13
2．监控及操作设计 14
2.1上位机监控 14
2.2系统操作 16
3．过程控制设计 17
3.1破碎过程自动控制系统 17
3.1.1工艺过程 17
3.1.2控制思想 18
3.1.3系统控制方案 19
3.2 磨选及浓缩过程自动控制系统 22
3.2.1工艺过程分析 22
3.2.2 控制思想 25
3.2.3系统控制方案 28
3.3 恒压供水控制 43
4．控制系统主控单元 44
4.1硬件设计 44
4.2 软件设计 47
4.3 控制设备选择 52
4.4 系统其它设计 53
5．多媒体电视监控系统 55
5.1系统优势 55
5.2 设计原则 57
5.3 系统功能 58
5.4系统构成 59
5.5系统设计方案 62
四. I/O点统计 65
五. 设备表 86

前言
冶金行业的选矿厂工艺流程包括破碎、筛分、磨矿和选别等几个主要生产过程，国内大多数矿山存在生产环境恶劣、自动化水平较低，磨机给料采用手动给矿，人工观察出矿浆粒度、浓度，根据人工判断磨机负荷对给矿机的运行状况和水路进行调节。由于调节不及时，运行不稳定，常常使磨机出现“空腹”或“胀肚”的现象，影响整个磨选工艺流程的稳定性。因此，对选矿厂实施自动控制意义重大。
同时，由于选矿厂工艺流程的特点，大的用电设备较多，如破碎机、磨机等，有的甚至是高压设备，成为生产环境中的干扰源，如高压电磁场干扰、强电信号干扰、大型用电设备启／停信号的干扰等，只有采用合理有效的防干扰措施，才能使自动控制系统正常稳定地运行。
结合国内黑色矿山选矿厂自动化的运行情况和罗河铁矿选矿厂的实际流程，此次罗河铁矿选矿厂的全流程自动控制方案的设计本着“简捷、安全、实用、可靠”的原则，采用当前国际领先的通讯技术方式，该控制系统的实施能及时掌握和了解工艺流程中各设备的运行工况、工艺参数的变化，有效优化工艺流程，保证工艺流程稳定、安全的运行，并降低运行成本，提高管理水平，使之长期稳定地运行，对罗河铁矿的生产具有重要的意义。

一. 公司简介
1.公司概况
烟台金建设计研究工程有限公司（简称金建公司）成立于1996年，是一个集黑色、有色、黄金矿山工程设计、自动化控制、工程施工、新产品开发为一体的综合性高科技企业。经过10多年来的不懈的努力和追求，金建公司现已成为国内业内知名的工程技术公司，工程项目遍及全国各地以及俄罗斯、哈萨克斯坦、委内瑞拉、朝鲜、缅甸、越南、苏里南等世界10多个国家。
金建公司不断引进国内外先进技术，培养专业人才，凭借雄厚的技术力量和人才优势，在矿山数字化方面取得了不俗的业绩，踏实的工作作风、诚信的企业品质为金建赢得了良好的声誉。在矿山工业控制和自动化领域十年的经验积累，使公司在工矿企业生产自动化、楼宇自动化系统，特别是在选矿厂生产过程智能控制、卷扬机提升交流及直流自动控制、矿山井下通风及排水控制、充填系统自动控制、井下人员车辆定位、井下无线通讯、工业电视监控系统、工矿企业局域网及办公自动化系统、物资管理智能控制等方面取得了显著成效，成功实施了大量矿山自动控制项目，其中选矿自动控制项目四十余项，提升自动控制五十余项，井下通风、排水、充填自动控制十余项，特别是由我公司设计实施的全数字化矿山系统，当前已将招金股分大尹格庄金矿、夏甸金矿打造为业内数字矿山的典型代表，成为文明生产和安全生产示范矿山。
与此同时，金建公司还不断加强同国内外高等院校及科研院所的合作，进行科研、技术创新和人才培养，特别是与东北大学的合作，开发出针对黑色冶金矿山的行业软件，并以软件开发、系统集成、网络工程、综合布线及安全监控工程为基础，为冶金行业提供信息化整体解决方案。

2.工程业绩表
序号
单　　　　位
工　程　项　目
备 注
一
选 矿
1
山东省招金集团夏甸金矿
选矿厂磨矿分级自控系统工程（老）

2
辽宁凌钢集团保国铁矿有限责任公司
选矿厂磨矿分级自控系统工程

3
山东黄金集团有限公司焦家金矿
焦家金矿选矿厂磨矿分级自动控制工程

4
金洲集团金盛矿业有限公司
15万立方米加气砖生产线自控系统工程

5
山东省招金集团夏甸金矿
选矿厂磨矿分级自控系统工程

6
山东省招金集团夏甸金矿
选矿厂破碎段自控与供配电系统工程

7
包头钢铁公司选矿厂
磁性系列磨矿分级自控研究与试验工程

8
安钢集团舞阳矿业有限责任公司
选矿厂磨矿分级自控系统工程

9
金洲集团千岭矿业有限公司
选矿自动控制系统工程

10
云南地矿资源股份鹤庆北衙金矿
选矿自动控制系统工程

11
山东省招金集团夏甸金矿
井下排水设计及排水自动化工程

12
山东恒邦冶炼股份公司公司
硫三氰化自动控制系统工程

13
包头钢铁公司选矿厂
选矿自控系统工程

14
安钢集团舞阳矿业有限责任公司
选厂破碎段自动控制系统

15
云南地矿资源股份鹤庆北衙金矿
选矿高效浓密机及絮凝剂填加自动控制系统

16
山东省招金集团金翅岭金矿
井下排水设计及排水自动化工程

17
安钢集团舞阳矿业赵案庄铁矿
充填系统自动控制工程

18
山东省招金集团夏甸金矿
井下通风系统远程控制及在线监测开发应用

19
内蒙古自治区矿产实验研究所
油篓沟金矿破碎、磨矿分级及加药自动控制系统

20
山东省招金北疆矿业有限公司
计量和药剂添加自动控制系统

序号
单　　　　位
工　程　项　目
备 注
21
金州集团乳山金矿
选矿破碎、磨矿分级及加药自动控制系统

22
包头钢铁公司选矿厂
外购精矿再磨系统磨矿分级自控

23
山东恒邦冶炼股份公司公司
1500t/d选厂自动控制系统工程

24
山东恒邦冶炼股份公司公司
金精炼自动控制系统工程

25
内蒙古金陶股份有限公司
供排水自控设备

26
山东省招金集团夏甸金矿
中央控制室大屏幕

27
承德建龙二矿三选选矿厂
选矿全流程自动控制

28
包钢集团公司设备备件供应公司
五系列磨矿自动化系统

29
招远大尹格庄金矿
4000t/d选厂全流程自动控制 井下通风排水

30
招远夏甸金矿选矿厂
t/d选厂全流程自动控制

31
朱日河铜矿
朱日和铜业浮选自动控制系统

序号
单　　　　位
工　程　项　目
备 注
二
提 升
1
安徽省庐江县龙桥矿业有限公司龙桥铁矿
混合井提升自动化工程

2
山东省招金集团夏甸金矿
2＃盲竖井2.5ｍ卷扬机全自动直流电控系统工程

3
山东省招金集团夏甸金矿
7＃矿区1.6ｍ卷扬机全自动直流电控系统工程

4
山东省招金集团夏甸金矿
北耩井3.0ｍ卷扬机全自动直流电控系统工程

5
山东省招金集团夏甸金矿
7＃矿区2ｍ卷扬机全自动直流电控系统工程

6
山东省招金集团金亭岭金矿
3＃盲竖井提升信号系统自动控制工程

7
山东省招金集团夏甸金矿
井下排水设计及排水自动化工程

8
安徽省龙桥矿业股份有限公司
1400kW直流提升机谐波滤除装置工程

9
安徽铜陵有色金属公司凤凰山铜矿
主井提升机自动化电控改造工程

10
山东省招金集团金翅岭金矿
井下排水设计及排水自动化工程

11
山东省招金集团金翅岭金矿
直径2.5米提升机自动化电控改造工程

12
山东省招金集团夏甸金矿
竖井摩擦式4.5×4提升机直流电控系统应用工程

13
山东恒邦冶炼股份公司
JKMD2.8×4摩擦式竖井提升机直流电控系统应用工程

14
山东省金州集团千岭矿业有限公司
－155ｍ盲竖井提升机直流电控系统应用工程

15
山东省招金集团河东金矿
盲竖井直径1.6米提升机直流电控系统应用工程

16
山东省金州集团千岭矿业有限公司
信号系统与安全门

17
河北承德燕山银业有限公司
直径１.6m提升机变频电控改造工程

18
山东省招金集团河东金矿
直径2米提升机电控

19
山东黄金集团有限公沂南金矿
JKMD-2.25×4提升机全数字直流电气控制系统

20
内蒙古金陶股份有限公司
供排水自控设备

序号
单　　　　位
工　程　项　目
备 注
21
安徽铜陵有色金属公司凤凰山铜矿
副井罐笼提升机自动化电控改造工程

22
山东省招金集团金翅岭金矿
直径1.6米提升机变频自动化电控改造工程

23
山东省招金集团夏甸金矿
综合操作台

24
建龙河北矾山磷矿
JKMD-3.25箕斗提升机全数字直流电气控制系统

25
黑龙江双鸭山市建龙矿业有限公司
直径1.6米提升机全数字直流电气控制改造系统

26
牟平金矿
直径2米提升机信号系统与安全门

27
枣庄第二石膏矿
直径2米提升机变频电控改造

28
河北承德燕山银业有限公司
直径１.2m提升机变频电控改造工程

29
河北承德燕山银业有限公司
直径１.6m提升机变频电控改造工程

30
招金矿业金翅岭
直径1.6m提升变频自控

31
双鸭山建龙矿业
两台3.5m提升机变频自控系统

32
北京华夏建龙矿业科技有限公司朱日和
直径2.5m提升变频自控

33
北京华夏建龙矿业科技有限公司
东平变频直径1.6m提升自动化两台

34
招金矿业股份有限公司河东金矿
直径1.6米提升机变频电控两台

35
山东金州矿业集团有限公司
变频提升电控

36
承德燕山银业
风井提升电控改造

37
招远市前孙家金矿
提升变频电控

38
铜陵有色公司凤凰山铜矿
560kW直流提升机电控设备提升机电控设备

39
山东恒邦冶炼股份有限公司
（600kW提升自控）装载站系统

40
招金矿业股份有限公司大尹格庄金矿
副井501KW、主井 KW直流电机提升系统自动控制

41
北京华夏建龙矿业科技有限公司
东平185kW变频提升自动化壹台

42
蓬莱市大柳行金矿
提升机75kw电机变频电控系统

二.设计概要
1.设计依据
以矿方提供的图纸、方案资料为设计依据。
2.设计原则
(1)系统的合法性
方案的设计、安装、调试、维护符合国家行业有关规定和有关部门技术防范要求。
(2)系统的可靠性原则
在控制原理、工控设备选型上，尽量选择抗干扰能力强、电磁兼容性和安全性符合现场工业要求的国际品牌或国内知名品牌产品；对控制系统软件的设计和配置上保证所提供的软件是当今国际计算机控制领域公认的、稳定可靠的、工业标准的实时操作软件，具有很高的容错能力。
(3)系统的先进性原则
充分考虑自动控制领域技术的迅速发展，参考当前自动控制设备的发展水平，融合具有国际先进性、成熟的技术，在自动控制系统硬件和系统软件的选型上首选国际市场的成熟产品，确保控制系统在交货时是当前市场上最先进的、最新版本的产品。
(4)系统的易维护性原则
系统要易于管理、易于维护，操作简便。
(5)系统的可扩展性原则
本着长远发展的观点，考虑到技术更新、设备增加和改造的需要，该系统的软硬件应能方便地进行调整、修改、扩充，在采用新技术的同时保护现在的投资。
(6)系统的开放性原则
所有的网络必须是完全开放的总线技术，符合国际公认的IEC61158网络标准总线，网络应具备良好的可连通性和互操作性，具备成熟的第三方连接能力，控制协议是广泛应用的标准协议，能体现当今计算机技术和信息技术的发展水平。
(7)系统完善性原则
保证提供的系统是完整的、可靠的、完全满足现场生产的需要，确保系统的硬件、软件的完整性和兼容性。
(8)性能价格比原则
在确保系统性能有效、稳定可靠的基础上，考虑系统先进性的同时，在满足自动控制的要求下，尽量降低系统造价，以达到最佳的性能价格比。
3.设计目标
罗河铁矿300万吨/年选矿自动化工程，采用先进的检测仪表、电气控制设备和现场总线控制系统，融先进控制技术、通讯技术、信息技术、网络技术、计算机技术于一体，构建罗河铁矿选矿厂过程自动控制系统和优化控制平台，实现生产过程自动化、控制智能化，将罗河铁矿选矿厂建设成国内领先、国际先进的数字化工厂。
在生产工艺和设备不断完善的基础上，选矿厂自动化系统应达到以下建设目标：
(1)、对破碎过程实行全过程自动控制，在中碎缓冲矿仓、细碎缓冲矿仓、圆振筛缓冲矿仓及粉矿仓，实现矿仓综合自动布料。经过在圆锥破碎机上安装雷达料位计和功率变送器，实现圆锥破碎机的功率控制，实现选矿工艺的“多碎少磨”。
(2)、对磨矿生产过程进行优化控制、优化运行与优化管理，保证全流程生产稳定；经过检测磨机负荷、旋流器给矿浓度、压力等生产工艺指标，优化产品质量，使磨矿能力和效率最大化；经过检测浮选过程给矿量及给矿浓度，实现浮选过程自动加药，稳定选别指标，提高经济效益。
(3)、经过设备监测与设备安全管理，达到保障设备安全、减少故障停机时间和提高设备作业率的目的。
(4)、经过对工业现场实施闭路电视监控，能够及时了解整个生产流程的工作情况和各工序的生产情况，随时了解各主要生产环节的实时生产状况，处理突发事件，为自动化控制操作提供可靠依据，同时兼顾安防作用，有利于控制中心的集中控制、实时调度、统筹安排生产。
(5)、经过自动化系统的实施，减少污染，节能降耗，改进作业环境与劳动强度，实现文明生产。

三. 系统设计
1．系统构成
该套自动化系统由过程控制系统、网络通讯系统、网络数字监控系统组成。
1.1过程控制系统
主要包括现场仪表、一次元器件、工程师站、操作员站、远程I/O站、驱动设备、控制软件等。
安徽罗河铁矿全流程自动控制系统的控制范围包括：破碎筛分、磨矿分级、浮选、磁选、浓缩脱水等生产过程，生产工艺流程各工序的自动化控制系统的设计包含了主控单元设计、现场仪表设计、相关控制设备的电气接口设计、软件系统设计等。
设计中尽量使用现场总线，最大限度地减少现场布线工作量，对于变频、自带PLC的设备以及带有通讯功能的仪表，经过总线通讯读取数据。对于功率大于15KW的设备电机安装电机智能保护控制器，对电机实现全方位的保护。
各控制子系统设计内容及实现的主要功能包括：
(1)破碎控制系统
破碎主要设备及皮带的集中与局部联锁;
中细碎圆锥破碎机给料自动控制、与破碎机自带控制系统的OPC通讯，实现对圆锥破碎机的状态监控；
矿仓料位检测与布料自动控制；
主要皮带电流、跑偏、打滑、撕裂检测与报警；
给料皮带金属探测与报警，除铁器的自动控制；
3#带及9#带矿量检测；
风机的自动控制。
(2)磨选控制系统
球磨机、旋流器分级过程自动控制，包括给矿、给水量自动控制，磨矿浓度自动控制，球磨机音频、功率检测；圆盘给料机及给矿皮带的联锁与控制；
旋流器泵池液位、给矿浓度、给矿压力、溢流浓度的自动控制及溢流粒度的检测；
球磨机、渣浆泵（变频）运行参数、监测、控制，经过DP总线与球磨机随机小型PLC控制柜和变频器DP通讯卡通讯，进行数据采集和控制；
浮选控制系统，包括浮选加药自动控制；浮选槽液位自动控制；泵池液位控制；鼓风机风压的检测控制；品位自动检测，包括精矿、尾矿品位检测；
(3)浓缩脱水控制系统
浓缩脱水控制系统，包括浓密机运行状态监控；陶瓷过滤机状态监控；精矿矿量计量；
(4)恒压供水控制系统
恒压供水系统，包括水泵变频控制；水系统液位检测报警；水系统压力检测。
1.2网络通讯系统
网络通讯系统实现的功能主要有以下几个方面：
（1）网络浏览、网络诊断、通讯组态、支持编程上传/下载和数据通讯服务，以及基于网络架构的数据库事务处理软件；
（2）能够根据现场情况，支持星型、树型、总线型和环形等多种拓朴结构。
（3）具备良好的可连通性和互操作性，能够提供成熟的接口连接其它主流的第三方设备。
（4）经过自愈式光纤环网方式实现以太网冗余连接，即骨干网上任何一点的光纤连接意外断开，系统都能经过反向环的方式提供后备以太网链路，保证系统可靠性。
（5）支持主从、对等、多主等多种灵活的数据通讯结构。数据块传送和报文发送都可经过组态完成，不需额外的复杂编程。
1.3网络数字监控系统
罗河铁矿的闭路电视监控系统设计为全数字化网络视频监控系统，采用技术先进的网络化数字监控，将传统的模拟视频信号转换为数字信号，经过计算机网络来传输、智能化的计算机软件来处理。
在选厂生产工艺流程的主要设备和重点部位安装摄像机，并于现场就近安装网络视频服务器，将传统的视音频及控制信号数字化，以IP包的形式在网络上传输，并由视频服务器完成硬盘录相功能，现场录相能避免因服务器故障影响所有视频信号的录相；
现场信号转换后经光纤传输至各车间机柜，由交换机集中，转换后再经过光纤至控制中心，大大减少了布线工作量，且传输介质主要以光纤为主，仅采用少量视频线，不存在现场信号干扰问题；
在控制室设有监控服务器，安装监控控制软件，实现对厂区内监控点的控制管理；
在网络中的每一台计算机，只要安装了客户端的软件，给予相应的权限就可成为监控工作站。

2．监控及操作设计
2.1上位机监控
可编程控制器、上位机软件、组态软件、网络通讯、web服务软件均采用德国西门子产品，采用远程I/O以及工业以太网等先进的网络通讯技术，实时动态显示现场设备状态及主要设备的工艺参数，并对远程设备下达各种指令。
(1)上位机组态画面与现场设备相对应，显示带动态过程变量和设备状态的生产流程图，使生产过程一目了然,操作人员经过计算机可方便地对生产过程进行操作和监控。
(2)报警功能:现场设备出现故障或变量超出预警值时，屏幕会弹出报警画面或故障设备参数，并伴有声响警示灯报警提示操作人员予以处理，预警功能能有效地将事故扼制于萌芽状态，对于出现故障的现场设备则能及时发现处理，有效减少故障停车时间。
(3)显示变量趋势图（实时趋势和历史曲线），能同时显示多个模拟量数值的趋势,并具有历史数据回顾和储存功能，方便选厂流程考查和数据分析。
(4)设备的远程启停：有权限的相关操作人员根据在线检测的设备运行、故障等状态，可实现设备的集中启停及远程单台启停。
(5)事件记录及故障报警记录：操作员操作记录、工艺参数或设备状态改变及报警信息可实现记录。
(6)产量显示、数据报表：产量报表及设备运行时间报表有利于掌握生产情况。
(7)选厂各种生产信息经过WEB远程发布，送达生产厂长、生产矿长、矿中心调度室及各级领导，按权限实现网上浏览。
2.2系统操作
⑴具有自动和手动两种相对独立、互为备用的控制方法。远程控制功能包括远程集中控制和远程单台控制功能，在远程集中自动控制方式运行时，设备的启停由PLC控制系统按照工艺的要求顺序自动启动及停止，远程单台控制是由操作人员在计算机上点击相应操作按钮启停相应的设备；现场手动则是由操作人员在现场控制箱上操作完成的。
⑵ 在每台设备旁边设计机旁箱或现场控制箱(柜），现场检修人员或巡检人员在现场设备检修时或发现问题时现场操作，如：现场检修，现场就地运行以及安全停车和安全保护设施等。
⑶ 在集中自动运行时，在设备启动之前，必须由控制室发出开车信号，只有当现场所有的设备均返回正常信号后，系统才能启动运行。现场设备的正常信号作为系统启动运行的联锁条件。
⑷ 在现场手动运行时，现场控制箱上的远程／就地开关打到就地方式，此时不但从控制程序上断开回路，而且从电气连接上断电，从而保证现场设备的绝对安全。在现场控制箱上设有应急安全开关，当集中自动控制时，如有特殊情况，可将控制回路立即断开，以保证设备和人员的安全。
⑸ 全部电气设备实现相互联锁，设备启动顺序原则上按照物料走向的逆向顺序依次启动，正常停机的顺序按照物料走向的正向顺序依次延时停车，延时的时间间隔应足以能处理该设备上的剩余物料；故障引起的紧急停车，原则上是故障设备之前的所有设备立即停车，故障设备之后的设备顺序延时停车，延时的时间间隔应足以能处理该设备上的剩余物料。

3．过程控制设计
3.1破碎过程自动控制系统
3.1.1工艺过程
罗河铁矿选厂破碎筛分的工艺流程：井下矿石经粗破碎后由箕斗从主井提升至箕斗矿仓后，经1#带、2#带后由3#带运至中碎圆锥破碎机进行中碎，中碎产品经4#带转运至筛分分配矿仓后，由5台带式给料机给入5台圆振动筛进行筛分分级，筛下产品经8#带、9#带，由10#带布料至球磨粉矿仓，筛上产品经6#和7#带转运至细碎分配矿仓，再由两台圆锥破碎机细碎后，排入4#带形成闭路循环。
其工艺流程图如图1所示。

图1 破碎系统流程图
3.1.2控制思想
破碎系统自动控制的设计思想是：整个生产过程实现自动化控制，实时监控设备运行状态（如电动机运行电流，轴承温度，润滑系统油流、油压、油温、皮带打滑、跑偏等）并参与系统运行联锁，保护设备安全运行，避免事故停车，重要设备（如圆锥破碎设备）安全启动条件参与系统启停联锁；现场紧急停车信号作为系统启动的联锁条件，逆流程启动，顺流程停车；上位机界面设置系统自动控制启停延时时间；对缓冲矿仓和粉矿仓实现料位予警及自动布料控制。
3.1.3系统控制方案
(1)圆锥破碎机的检测
经过检测圆锥破碎机的油温、油压、油箱液位等参数以及圆锥破碎机的故障状态，实现对圆锥破碎机的状态监控；圆锥破碎机的安全联锁由其本身自带的控制系统完成，其重要信号需送到集中控制系统，实现整个系统的联锁和显示；在系统集中自动控制时，圆锥破碎机的开停指令将由控制系统控制。
(2)圆锥破碎机的控制
经过在圆锥破碎机上安装雷达料位计和功率变送器，在皮带给料机上安装变频调速装置，对圆锥破碎机的给矿量及功率进行实时监测，采用模糊控制技术，实现圆锥破碎机的恒功率控制，实现选矿工艺的“多碎少磨”，充分利用圆锥破碎机效率高能耗少的特点，提高碎矿系统的生产能力，降低破碎系统成本。破碎机控制原理图如下：

图2 破碎机控制原理图

(3)矿仓自动检测
在中碎缓冲矿仓、细碎缓冲矿仓、圆振筛缓冲矿仓及粉矿仓安装雷达料位计，实现料位实时检测和上下限报警,矿仓料位信号参与系统联锁。
(4)矿仓综合自动布料
在细碎缓冲矿仓、圆振筛缓冲矿仓安装格雷母线位置检测装置，控制布料小车实现矿仓综合自动布料系统，合理安排布料小车布料周期及布料地点，为破碎流程平稳高效运行做好基础。
自动布料的过程如下图：

.
.
.
…
图3 矿仓自动布料过程
雷达料位计
行车
给料皮带
变送器
矿石

(5)皮带状态检测
对主要皮带安装皮带跑偏、打滑及撕裂检测装置并进行电流监测，实现皮带机的状态监测和安全保护，保证矿石的物流正常。
(6)金属物自动检测
在中细碎破碎机给矿的皮带上安装金属探测器及自动除铁装置，除铁装置与皮带同时启停，及时清除皮带上矿石中所含的金属块；金属探测器对未除掉的大块金属进行检测，并及时报警，以保证后续设备的安全。
(7)对风机及除尘器实现自动控制，转运站风机、除尘器与相关皮带联锁，圆振筛分风机、除尘器与圆振筛联锁，中细碎分风机、除尘器与圆锥破碎机联锁，及时启停，能够充争保证除尘效果，并达到节能降耗的目的。
(8)矿量自动检测
在3＃胶带、9#胶带加装皮带称检测破碎系统处理量及磨矿系统粉矿量。
(9) 破碎主要设备实现全流程集中联锁启停及局部联锁，破碎流程中原矿仓至中细碎、中细碎至筛分、筛分至粉矿仓，此三部分的设备分别实现局部联锁。
(10)完成所有设备的实时状态监控，设备运行时间统计，设备故障记录及设备故障时间统计。

3.2 磨选及浓缩过程自动控制系统
3.2.1工艺过程分析
罗河铁矿选矿厂的磨选过程，总体工艺流程为阶段磨矿、阶段选别、两级脱水。磨矿流程由两段磨机加旋流器组成闭路循环；选别流程为浮选脱硫、两段弱磁选；尾矿回收为强磁加重选；脱水为浓密加过滤两级机械脱水。本次控制对全流程主体设备进行检测和控制，辅助设备的运行信号和启动停止运行信号也引到控制系统，参与系统联锁。
磨选工艺流程：原矿经圆盘给料机下料到带式输送机，经皮带称计量后进入到一段球磨MQG4060，一段球磨机排矿自流进入一次旋流器给矿泵池，经渣浆泵打入Φ500旋流器组进行分级，一次旋流器溢流进入后续选别作业，一次旋流器沉砂自流返回到一段球磨进行再磨，形成闭路循环；一次旋流器溢流由泵扬送至硫矿浮选系统,浮选的硫精矿矿浆经浓缩机浓缩后由泵扬送至陶瓷过滤机,硫精矿滤饼进入硫精矿矿仓直接外运。
浮选的尾矿由泵送至弱磁粗选作业，磁选粗精矿进入二段旋流器给矿泵池，由泵输送至Φ350旋流器组进行分级，分级溢流进入弱磁精选作业，最终铁精矿矿浆由泵输送至过滤系统的磁选浓缩后由陶瓷过滤机过滤，弱磁粗选和精选尾矿合并自流进入弱磁尾矿浓缩机浓缩。
弱磁选尾矿经中矿浓缩机浓缩后，其底流由泵扬送至圆筒隔渣筛分矿箱，均匀分配给4台Slon- 湿式高梯度强磁选机抛尾，强磁选精矿自流至强磁精矿浓缩机，经浓缩后由泵打入二流矿浆分配器，均匀给入24台Φ1500螺旋溜槽进行提精选别，螺旋溜槽的尾矿同高梯度强磁选机的尾矿合并进入一台Φ43浓缩机浓缩，浓缩机尾矿底流由尾矿总泵站经过隔膜泵扬送至付冲尾矿库堆存。螺旋溜槽的精矿由泵输送至过滤系统的红矿浓缩机浓缩，浓缩机的底流由泵扬送至过滤机同磁矿一同过滤，滤饼进入铁精矿矿仓直接外运。
其工艺流程图如图4所示。

图4 选别工艺流程图
3.2.2 控制思想
3.2.2.1 控制目的
稳定磨矿工艺流程，在保证磨矿产品满足浮选作业要求的的基础上，稳定磨矿系列台时处理能力。
3.2.2.2 控制因素
在磨矿分级过程中，影响系列处理能力及磨矿产品粒度的因素有：给矿量、矿石粒度及硬度、旋流器沉砂量、磨矿浓度、磨机转速、介质充填率、衬板状况及球荷球比等，上述因素的多变性及随机性，增加了磨矿分级过程控制的难度，经过对罗河铁矿选矿厂的磨矿过程分析，选取对影响磨矿效果比较直接的因素进行检测和控制：给矿量、给矿水水量、磨机音量、磨机功率、旋流器压力、旋流器给矿浓度、旋流器泵池补加水水量（球磨排矿水量）等作为检测数据。选取给矿量，球磨机给矿水水量、旋流器泵池补加水水量（球磨排矿水量）、旋流器给矿浓度等作为控制变量，而磨机充填率，磨矿浓度，旋流器溢流浓度作为被控制变量，将其它的变量作为系统的随机干扰。
3.2.2.3 控制方法
为了保证磨矿系统效率最佳，必须保证磨机充填率在最佳范围、控制两个浓度及进行合理的负荷分配。
（1）磨机充填率
使用功率变送器检测磨机工作过程中的磨机充填率，该信号输入至主控机参与磨机最佳充填率的控制，经过动态实时调节给矿量及加球量来保证磨机充填率在最佳范围。
（2）必须控制磨机磨矿浓度在最佳磨矿浓度范围内
由于在球磨机排矿端直接安装浓度计有困难，一般采用理论计算出一段球磨应添加的给矿水量，以此为依据控制给矿水量的大小，确保一段磨机磨矿浓度的稳定。
（3）必须控制旋流器给矿浓度稳定在一定范围内
由工艺过程分析可知，旋流器给矿浓度直接影响分级效率和产品质量，在原矿性质稳定、工艺流程稳定、设备稳定的前提下，粒度和浓度存在一定的线形关系，即浓度小，粒度细，浓度大，粒度粗，经过在旋流器给矿管道安装浓度计检测旋流器给矿浓度，调整泵池补加水量（球磨排矿水量）来保证其稳定在一定范围。
（4）必须在保证旋流器溢流浓度稳定一定范围内的前提下，使磨矿系统给矿量最大。
（5）给矿量
在保证旋流器溢流浓度稳定在一定范围的前提下，对球磨机功率、磨机音强进行采样处理，动态调整一、二段磨机的磨矿负荷，确定最佳给矿量，调整给矿、集矿皮带频率来调整给矿量的大小。
（6）采用软件（逻辑）、硬件（继电器）联锁，控制磨矿分级设备的顺序启停。
3.2.2.4 实现功能
控制系统主要实现以下功能：
（1）在一定范围内，控制系统能够根据矿石性质的变化，自动调整给矿量的大小，保证球球磨机在最佳充填状态工作。
（2）控制系统能保证磨矿浓度和旋流器给矿浓度稳定在一定范围内，保证磨矿效果和分级效果，即保证了磨矿系统的磨矿粒度。
（3）经过检测磨机磨机躁音频谱检测、磨机功率及旋流器给矿量等多因素的控制方案，来保证磨机的充填率在最佳范围内，使磨机的磨矿效率最高。
（4）经过检测旋流器给矿端、溢流端流量和浓度，计算沉砂量。
（5）浮选药剂按进入浮选矿量自动添加，浮选液位的自动控制。
（6）精矿、尾矿品位的检测。
（7）主体工艺设备可实现自动联锁及顺序控制。
3.2.3系统控制方案
3.2.3.1 控制系统组成
按照结构简单，运行可靠，操作方便的原则，将磨选控制过程分为以下几个组成部分：
⑴ 磨矿能力的测控
⑵ 给矿量的测控
⑶ 球磨机磨矿浓度的测控
⑷ 旋流器给矿、溢流浓度的测控
⑸ 矿浆泵池液位测控
⑹ 浮选流程的测控
⑺ 磁选机给矿浓度的测控
⑻ 浓密机底流浓度的测控
⑼ 主要设备工作状态的检测及安全预警
3.2.3.2 磨矿能力的测控
（１） 磨矿能力检测
磨机功率、音强与负荷关系表
最佳磨矿区域

磨机音强
磨机功率

磨机功率

磨机音强

磨机负荷

图5 磨矿负荷关系趋势图
由磨矿负荷关系趋势图5能够看出，磨机运行过程中，在磨机给矿量小，磨机负荷低时，磨机音强信号高，磨机功率小；随着给矿量增加、磨机负荷大时，磨机音强信号降低同时磨机功率消耗增高；达到一定量时，音强信号继续降低，可是磨机功率也开始下降。
使用功率变送器检测磨机工作过程中的磨机负荷，该信号输入至主控机参与磨机负荷的控制。功率变送器输出信号的高低与球磨机内磨矿效率的高低正比相关，装载量越多，功率变送器信号输出越高，可是在发生『胀肚』趋势的情况下，功率变送器信号反而降低，在功率最高时的磨矿效率最佳，因此保证磨机工作在功率信号接近最佳值的邻域内，同时能够经过实物标定将磨机『胀肚』趋势点的功率信号作为『胀肚』信号比较值，即临界点，当功率信号大于临界点时，磨机功率正常，按原定控制过程工作。当功率信号小于临界点时，说明磨机具有『胀肚』趋势，控制过程进入『胀肚』保护部分。
（２） 磨机『胀肚』保护过程
功率信号高于临界点后又减少，表明磨机负荷发生变化，既磨机内存矿过多或给矿粒度变粗或矿石硬度变大引起磨机排矿变慢，此时可控制变频器输出信号，减少给矿量，直到功率信号回升，接近某个定值后再恢复原给矿量，正常情况下，原给矿量是满足磨机处理能力的，导致磨机有『胀肚』趋势的原因一般是原矿粒度及硬度发生变化造成的。同时，经过检测旋流器溢流浓度，既计算旋流器沉砂比，有利于一次球磨机工作状态的调整，当一次球磨机工作处于正常状态时，旋流器沉砂比相对稳定，当磨机有『胀肚』趋势或矿石性质变硬时，旋流器沉砂量变大；反之，则减小。可由旋流器沉砂量的变化适当调节球磨机给矿量及沉砂水量的大小，使一次球磨机工作处于相对稳定，保证磨矿浓度稳定在最佳范围。
采用磨机频谱分析、功率和旋流器沉砂变化来判断磨机工作状态，不但判断出磨机负荷、磨机状态的变化趋势，同时也使控制系统的自诊断、自校正得到了可靠的保证，为控制系统磨矿效率的检测提供了基础数据；并在其中之一发生故障时，系统仍能正常工作，起到了两者的相互保护作用。这一过程是以先进的模糊控制理论为控制基础和指导思想，模糊控制的输入为多输入即磨机嗓音频谱分析、磨机功率、旋流器沉砂和旋流器溢流浓度等工艺参数检测值。多因素的综合判断使得磨机状态的分析与单一检测更准确、更及时、更可靠。在单一检测条件下，一旦设备出现故障，则整个控制系统的运行就会失去控制依据而导致系统的瘫痪，而对于多因素来讲就不会出现这种情况，当某一因素的检测设备或信号检测失败时，其它因素会立即进行补偿，保证控制系统的正常稳定运行。
实物标定能够将磨机『胀肚』趋势点的音强信号和功率信号以及旋流器沉砂作为『胀肚』信号比较值----即临界点，当信号高于临界点时，磨机工作正常，按原定控制过程工作。当信号接近临界点时，说明磨机具有『胀肚』趋势，控制过程进入『胀肚』预先处理保护部分。
保护过程：当控制信号接近临界点，表明磨机内存矿过多或给矿粒度变粗或矿石硬度升高的趋势发展，可控制输出给矿信号减小持续一段时间，直到检测信号恢复正常，接近某个定值后再恢复原给矿量。磨机空砸保护的原理与胀肚保护过程类似。
为了保证控制效果，必须保证球磨机始终运行在磨矿效率较高的状态。控制系统经过对功率、音强信号的对比分析以及变化趋势，确定当前的最佳矿量，当矿石粒度均匀、硬度变小、加球适当时，能够自动调节台时处理量高于常规值。实现自动最优给矿。
（３） 给矿量的设定
控制系统经过对磨机功率信号和磨机音强信号进行对比分析，确定系统当前的运转情况。同时根据信号的历史记录以及趋势分析来确定系统的矿石性质，主要是矿石易磨程度的变化情况。并根据磨矿系统的当前给矿量推算出下一时刻磨矿系统的应给矿量，这一过程的连续工作，就能保证控制系统稳定地工作在最佳磨矿效率内。最佳矿量的模糊推理如图6所示：

图6 矿量模糊推理示意图
3.2.3.3 给矿量的测控
⑴给矿量的检测
系统采用皮带称对原矿量进行检测，并输出4~20mA标准信号到控制系统。
⑵ 矿量的控制
经过皮带秤主机将给矿量信号转化为标准信号送至PLC，参照控制系统设定的最优给矿量，自动调整振动电机的频率，从而控制给矿量的大小。
根据对磨矿能力的测控，控制系统在PLC内自动设定矿量的给定值（在一定范围内），检测值为由皮带秤测定的流量值，比较检测值与给定值，如产生偏差，超出允许限度，则PLC进行调节控制，并将控制信号输出至变频调速器，调节电机的振动频率，消除给矿量的偏差。该过程的连续运行，能保证给矿量维持在最佳给矿点附近，保证磨机始终工作在最佳工况点，从而能够充分发挥磨机效率，稳定磨矿过程，保证产品质量，此控制方法即可保持PID控制的无静差、稳定好的优点，又具有模糊控制对参数适应性和调节速度快的特点。

图7 矿量检测控制原理图

3.2.3.4 一、二段磨机磨矿浓度的测控
⑴浓度的设定值
磨矿浓度的大小影响矿浆的比重、矿粒在钢球周围的粘着程度和矿浆的流动性，直接影响到磨机磨矿合格粒度的比率，对避免矿石的过粉碎，提高磨矿指标至关重要。对具体的磨矿分级过程来说，磨矿浓度有一