一、概述
近十多年来，由于矿用检测与分析仪表的逐渐更新和不断完善，结算机的性能价格比的大幅度提高和局域网、INTERNET网络的普遍应用，各种远程控制系统在各行业的成功应用，使目前选矿厂的过程控制及自动化操作达到了一个崭新的水平。在国内的铁矿、铜矿、金矿等一些矿山，通过对现有选矿厂进行自动化改造，取得了明显的经济效益。
本项目针对选矿生产各工作环节，特别是关键工艺流程实施自动化监控，同时为选矿管理等业务环节提供基础数据源，为选矿厂、矿业公司进行更加科学的经营管理与决策提供有力的支持。
二、选矿自动化系统的设计思想
选矿自动化系统设计遵循“方案合理、技术先进、运行可靠、操作方便”的原则。
（1）采用先进成熟的技术。控制系统硬件部分采用德国西门子公司的可编程序控制器及中文操作面板进行设计。
（2）选用可靠的、性价比是最好的检测仪表及控制设备,采用经生产实践检验是成熟的、先进的自动控制设备；
（3）系统具有实用性和易管理性
系统要符石墨选矿工艺的特点，功能要完备、齐全，满足选矿的生产和管理的需求，其设计和所使用的技术必须实用，且要易于管理，易于维护，防止操作过于繁琐、技术复杂。
（4）系统具有和开放性可操作性
系统设计开放性原则是指在软、硬设备的互连上，系统升级、扩充和更新上，应用目标和功能变化上，以及在其它外界环境变化上，要有较强的开放适应能力；系统应尽量便于用户的理解、学习、掌握和使用；人机界面友好，具有很强的在线帮助功能，方便操作和维护。
三、选矿自动化系统的总体架构
本次项目的设计范围可以分为三个层次：
（1）现场控制级：自动控制产品的安装、调试。主要包括给料自动控制、磨矿以及浮选自动化等。
（2）过程监控级：建立统一的自动化监控平台，对选矿自动化控制系统数据进行采集，对现场各受控设备的运行进行监视和控制，并提供数据接口供其它系统采集数据。
（3）生产管理级：实现选矿信息的计算机管理。涵盖记录作业数据、跟踪作业流程、生成报表，并为其它系统提供数据接口。
四、系统设计的整体构架
1、工作（操作）站
工作站是处理一切与运行操作有关的操作界面OI（Operator Interface）或人机界面HMI（Human Machine Interface）功能的网络节点，主要是为系统的运行操作人员提供人机交互，使操作员可以通过操作员站及时了解现场运行状态、各种运行参数的当前值、是否有异常情况发生等。同时通过输入设备对工艺过程进行控制和调节，以保证生产过程的安全、可靠、高效、高质。
2、工程师站
工程师站是对组态工作和在线系统监督、控制、维护的网络节点。其主要功能是提供对本系统组态、配置工作的工具软件（即组态软件），并当操作站在运行时实时地监视各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使自动化系统随时处在最佳的工作状态中。
自动化系统按功能化分为三个层次，即：现场控制级、过程监控级和生产管理级。
现场控制级对现场设备进行检测、控制。现场控制级采用基于可编程序控制器（PLC）的集散控制系统方案，确保系统的可靠性。
过程监控级设置两台工控机。工控机互为备份，互为冗余，确保数据完整、准确。服务器将实时参数与画面发布到企业局域网，供生产管理级调用。
生产管理级通过Web浏览，可以与局域网联网，不同的局域网用户享有不同的访问权限，在计算机上可查看到现场所有设备的运行情况、生产情况和操作员日常操作情况。通过此种方法也便于厂领导调度、指挥生产
现场控制级包含破碎状态监控、给料自动化、磨矿自动化、浮选自动化、浮选加药系统和电机运行状态显示及监测。各系统间通过网络通讯和数据交换共同完成整个选矿自动化系统的过程控制。
过程监控级包含六个子系统：数据采集子系统、监控运行子系统、实时数据库子系统、历史数据库子系统、图形子系统和数据接口子系统。通过这六个子系统共同完成工作站的所有功能。
生产管理级包含六个子系统：WEB浏览平台、实时子系统、报表子系统、关系数据库子系统、用户管理子系统和数据通讯子系统，它们共同完成管理级的功能。
五、控制特点
控制系统以简单实用为主，主要以就地（开环/闭环）控制、上位机干预、集中管理为特点，同时实现网络共享。同时可以实时监测生产指标，为日常生产提供数据依据。可以实时监测、控制、报警、顺序停车、记录实时数据、生成报表、历史数据查询等功能。
就地控制：利用PLC控制器实现对控制系统中的关联设备的控制及监测，同时把设备状态实时传输给上位机，使管理人员能够在中心控制室的计算机上看到各个设备的运行状态。
远程干预：利用计算机和PLC控制器的强大通信功能，可以根据实际动态生产需求对其中设备进行远程的控制，同时通过视频系统的辅助，可以实现多个流程的无人值守，节省人员，减轻值班人员的劳动强度，实现人性化管理。
手自动转换：通过控制柜上的手自动转换按钮，方便实现手动与自动的切换，满足维修及其他工况的需要。
六、控制流程介绍
自动化系统主要是实现重点岗位的设备自动监测和自动控制功能，使生产过程自动连续化、减少人为因素造成的停车，使生产设备按照流程顺序自动启动和停止，实现有序生产，减少现场人工干预，提高生产效率，降低人工成本。同时保留人工操作功能，与自动控制系统并行连锁使用。
本自动化控制系统主要针对给料、磨矿、浮选等几处关键流程和关键设备。以下是各个重要流程控制的介绍，其他附属设备省略。
1、 给料皮带控制
采用阻旋开关物位计，阻旋物位开关物位计工作原理：
阻旋物位计采用机电位控原理，当料仓内无料时，物位计通电，叶片旋转；当料仓内有料时，叶片旋转受阻，随之断开物位计电源。采用阻旋物位计可以有效的防止粉尘的干扰，增加控制的可靠性及稳定性。
控制思路：
当1号料仓内无料时，物位计通电同时给出电位信号，由控制器控制皮带向1号料仓加料，当1号料仓内达到物位计测量位置（即:满仓）由控制器控制皮带向2号料仓加料。当1、2号料仓都达到物位计测量位置，则由控制器控制皮带停止。两个料仓带有互锁功能，即：1号料仓满仓，则控制皮带向2号料仓加料，直至2号料仓满仓后由控制器控制皮带向1号料仓加料，否则不会向1号料仓加料。控制原理图如下：
2、 磨矿浓度控制
控制原理：
现场的给矿量由皮带称得出，水量由电磁流量计得出，经过控制器计算得出浓度值，以理想的浓度值做为基本值与实时的浓度值作比较，控制水量的补偿。
控制思路：
根据皮带称得出给矿量4~20mA的实时矿量信号。由电磁流量计给出水量4~20mA的实时水量信号。控制器根据两个信号进行计算得出浓度值。得出的浓度值与理想的浓度值作比较计算得出相应的水量，由控制器将水量转换为4~20mA信号传输给电动执行阀门，控制电动执行阀门的开度来改变水量，达到理想的浓度计。并且向上位机传输计算得出的实时浓度值，水流量，给矿量，由上位机将此数值以数字的形式显示。
由皮带称得出给矿量4~20mA信号，由电磁流量计给出水量4~20mA信号，根据两者的信号通过控制器控制阀门进行调节。从而达到最佳的给水量，使浓度恒定。控制原理图如下
控制原理：
通过电磁流量计给出当前水流量信号，由控制器计算并转换为4~20mA信号给电动阀门，控制给水量，使给水量恒定。
控制思路：
将电磁流量计检测得出水量的4~20mA实时流量信号传给控制器，由控制器将电磁流量计得出的实时流量值与理想的流量值做比较，经过控制器计算得出实际补偿的水流量，经控制器转换输出4~20mA信号给电动执行阀门，控制电动执行阀门的开度，达到理想的流量值。并将每一个管路的实时水量和理想水量在上位机中显示。由上位机可以避开流量计的影响，人工调节电动阀门的开度来控制水流量。控制原理图如下
4、充气式浮选机空气量控制
控制原理：
涡轮流量计与电动调节阀门配合使用，当空气通过涡轮流量计时涡轮流量计叶片转动，产生4~20mA信号，控制器根据涡轮流量计的4~20mA信号，改变电动执行阀门的开度。控制空气流量。
控制思路：
空气经过涡轮流量计时产生冲力，带动涡轮流量计叶片转动。通过涡轮流量计叶片的转速计算出相当的流量值，以4~20mA信号的方式传输给控制器。控制器将涡轮流量计传回的信号与工控机中理想的空气流量作比较。经计算得出应补偿的流量，然后将补偿流量转换为4~20mA信号传给电动执行器，电动执行器根据4~20mA信号的大小控制阀体的开度，达到理想的控制效果。控制原理图如下：
控制原理：
液位计
采用浮球检测浮选机液位高度，在浮球上方适当加一定的重量，可以有效的避免由矿浆泡沫所引起的假液位。液位的高低分别触发触点电极A、电极B。当触点A、B接通则由控制器控制浮选机闸门电机正反转调节闸门的高度改变浮选机液位。
闸门电机：
闸门电机采用专用低速电机，电机的转速为9r/min。电机配合涡轮涡杆减速机控制闸板。由控制器控制电机的正反转实现闸板高度的变化，改变液位。
控制思路：
当浮选机液位达到所设定的高度，浮球液位计触发电极触点A接通控制器开关量信号，控制器判断液位达到最高上限值，控制器控制电机反转，使闸板高度降低，使矿浆液位减低。反之，控制器控制电机正转，使闸板高度增加，使矿浆液位增加。当浮球液位计没有触发触点A、B时控制器则判断当前矿浆液位处于理想范围内，电机处于停止状态。电机正反转始终保持互锁状态。控制器带有自动/手动切换开关，当在手动状态下，人工可以通过控制柜按钮控制液位高低的变化。每个浮选机闸门的运行状态在上位机软件中显示，且具体可操控性。控制原理图如下： 6、尾矿排矿控制
采用超声波位置检测仪，检测当前液位高度。通过检测仪的反馈信号，由控制器控制阀门的开度改变排矿量。
7、电机电流、运行状态及远程启停检测
控制原理：
电流监测：
电流变送器可以直接将被测主回路交流或者直流电流转换成按线性比例输出的4~20mA信号连续输出到控制器中，经控制器计算得出实际电流值。
运行状态：
利用中间继电器与电机交流接触器串联。在启动交流接触器时，中间继电器接通，控制器电位接通，控制器将接通电位信号传输至上位机，在上位机中显示。
远程启停：
利用中间继电器与交流接触器线圈串联。启动时控制器向中间继电器线圈输出24V电压使中间继电器节点吸合使220电压通过至交流接触器线圈。
控制思路：
电流监测：
由电流变送器测出主回路的电流并转换为4~20mA信号传给控制器，经控制器按线性比例计算出得实际的电流值，将实际电流值以数字的形式在上位机软件中显示。
运行状态：
22Kw电机由电流信号判断运行状态。为防上干扰，当电流达到一定数值时，控制器判定电机处于开启状态。22Kw以下电机，利用中间继电器线圈与交流接触器线圈串联。当开启电机时，电流通过线圈，中间继电器吸合触发控制器电位控制器通过电们判定电机处于开启状态。
远程启停：
利用控制器输出24V电压至中间继电器线圈。220V电压接至中间继电器常开触点，当启动时控制器输出24V电压使中间继电器继圈吸合。常开触点吸合220V电压接通至交流接触器线圈使交流接触器吸合，则电机启动。控制原理图如下：
8、设备之间的控制
设备备用互锁：只要有备用的地方，实现现场手动及远程切换且互锁；
设备顺序控制：对于关联流程，实现设备的顺序启动和停止，满足现场生产工艺要求，采用流程配方方式，实现多方式选择或方式可修改。
9、浮选自动加药
控制原理：
将实际加药量与所标定的数值比较，由控制器计算得出电动阀门打开的开度控制加药量达到所设定的加药量。由于储药箱的液位会对加药量的准确性有影响所以，在储药箱添加浮球液位计，当液位低于下限时控制主管道阀门打开向储药箱内输送药剂，当达到液位上限时停止输送药剂。
控制思路：
将实际加药量与所标定的数值比较，经控制器计算得出阀门打开的时间。控制器接通电位触点使中间继电器常开触点闭合给电动阀门供24V电压，当达到计算得出的时间时控制器断开电位触点，中间继电器常开触点断开，电动阀门断电保持在一定开度使药剂持续留出。当实际加药量为0时电动阀门关闭。控制原理示意图如下：
10、电磁给料机变频控制
控制原理：
以皮带称给出的4~20mA信号为依据，利用变频器控制电机的转速，使电磁给料机的振动频率发生变化从而控制给矿量。
控制思路：
以皮带称给出的4~20mA瞬时信号为依据，将4~20mA信号连接至变频器AI端子，通过变频PID调节来控制电机转速。由变频自带的RS485通信协议将变频运行状态参数上传至上位机。控制原理图如下：
10、系统集成
由现场控制器通过MODBUS或者RS485通信协议传送给上位机，在上位机软件中将每个设备的运行状态，用水量，空气量等生产信息在上位机软件中显示。通过上位机可以实现各种设备的启动、停止操作，并具有设备互锁功能。自动生成生产报表，历史记录查询，交接班等功能。
11、远程干预
通过RJ45通信协议，将上位机软件中各设备的运行状态、电流、流量、生产报表等相关信息传输至局域网，更方便的供管理层查看生产信息。可以添加远程干预功能（不推荐）。
12、摄象监控
采用高清、夜视、防尘、防水摄象头，将所有的摄象头集成至监控上位机中。通过上位机可以选择每个画面单独监看，其它画面后台录象监控。摄象头可以添加云台控制。通过云台可以控制摄象头不同方位监控。
青岛蓝方自控系统有限公司(http://www.lanfangzikong.com)是一家专门从事矿山自动化设备研发、设计、加工及安装的专业化公司。主营产品有：自动加球机,全自动加球机,球磨自动加球机，自动加药机，全自动加药机，数控加药机，采矿破碎流程控制，浮选控制系统，磨矿自动控制系统，浓度计，排水自动控制系统，选矿生产控制系统等自动化类产品。
