宁波西门子PLC模块CPU供应商

宁波西门子PLC模块CPU供应商

系统结构
－－－－PCS7作为一个富有竞争力的过程控制系统，被用于此公司的净化室项目中，两个立的加工厂 (FAB1和FAB3B) 分别配备了一套PCS7系统。考虑到芯片加工厂连续生产的特性，我们采用了AS控制器冗余技术。分布式I/O模块的应用，满足了安装及接线灵活性的需要。分布式I/O模块由灵活的底板总线驱动，可带电插拔。为了确保其的性，同时也配备了Profibus的冗余通讯。UPS的应用解决了断电问题。

控制策略
－－－－芯片与生产设备本身对空气的温湿度非常敏感。为了维持洁净室稳定的环境，控制系统能自动识别变化。通过新风机低中效的过滤以及风扇过滤单元过滤，可以实现对净室洁净度的控制。利用变速风机可以进行压力控制，洁净室中稳定的正压是新风机和排气系统共同作用的结果。
－－－－为了地控制湿度，我们采用了串级控制，从而克服了滞后现象。主环控制净室的相对湿度，而副环主要控制送风系统的一些扰动，包括公用部分的一些不稳定因素。在某一温度下，为了保持空气中一定的湿度，注意补给以保持空气的湿度。

项目点
－－－－为尽快建立芯片生产线，所有的工作都几乎在同时进行，那就意味着需要一支有经验的化工程队伍。同时，由于半导体制造设备的投资，以及生产线工人24小时不间断的生产作业，这些都要求控制系统有高度的性。

系统优势
－－－－考虑到半导体工业的特性与产品周期，西门子工业自动化有限公司为其配置了西门子具有高度灵活性，性与一体化的PCS7过程控制系统，实现集成数据管理，集成编程，组态，集成通讯。
－－－－采用的AS 414H/417H 是冗余的自动化系统，由两个立的处理单元组成，同步跟踪被控对象，并通过CPU之间的数据线进行快速，直接的交换。这两个立的处理单元可以以冗余的方式接入工业以太网，并有冗余的PROFIBUS-DP 接口连接I/O。一旦异常情况发生，故障搜索装置启动，受影响的单元停止，自动切入后备单元。

 系统组成

系统由现地控制单元、网络传输系统和管理楼控制上位机组成。现地控制单元包括PLC控制柜、水位监测单元、视频监视单元组成；网络传输系统分为无线传输和光缆有线传输等两部分组成混合以太网络；管理楼控制由一台工业控制计算机运行闸门远程控制、运行日志、水位等软件组成远程监控平台。

本系统通过以太网络方式在西江大堤管理楼控制实现对西江上游2.5km的新窦闸门和下游7.5km的纸厂闸门进行远程控制，在管理楼控制的上位控制计算机上执行对两处闸门的上升、下降、停止操作，并实时返回闸门的运行状态，响应故障报警信号于远程监控人员，结合视频实时图像直观显示闸门工况，远程操控就像现地操作一样。

2.1 现地控制单元

现地控制单元由PLC控制柜执行上位机下达的控制命令完成相应的闸门动作，并反馈闸门运行状态信息通过网络返回给上位机系统，同时执行闸门运行的逻辑闭锁。采用性能的三菱FX2N系列PLC和施耐德继电器等元器件。通过行程开关反馈的限位信息由PLC控制开关闸回路。

闸门西江侧通过一根Φ250mm的钢管安装浮子式水位计采集西江水位，以格雷码数据格式与PLC通讯采集水位。在启闭机室底部正对闸门处安装一套球型摄像机，控制球型云台实现摄像机镜头的水平0-360º垂直0-90º旋转以及镜头的变倍聚焦，获得闸门图像，满足不同角度和不同部位的细部监视要求。球型云台选用国产YAAN，摄像机选用昼夜型22倍变焦的三星摄像机。

2.2 网络传输系统

所选的2处闸门距离管理楼分别有2.5km和7.5km，突破了双绞线以太网的传输距离，所以网络传输介质采用无线或光缆。新窦闸门距离管理楼直线距离2.5km沿途基本上顺着堤公路，利用移动公司的通讯线杆架设光缆。纸厂闸门距离管理楼的直线距离7.5km，中间穿过沙坪河，沿途还有2个村庄，架设光缆比较困难，成本较高。通过观测周围地形，管理楼与纸厂闸门中间地势比较平坦，非常适宜于安装无线网络。经比较选用以色列奥维通的BreezeNet无线网桥产品，实现两处11M带宽的无线以太网络。

2.3 远程监控系统

位于管理楼控制的上位计算机是整个系统的，由一台运行闸门远程软件的上位控制主机、一台视频控制主机、水位显示屏及网络设备等组成。采用组态软件开发的远程监控系统软件通过以太网络与位于两处闸门的PLC通讯。上位机选用基于P4级CPU的工业型控制主机，保长期稳定运行。操作人员通过上位机发送控制闸门的命令，由远程PLC接受命令满足条件时执行相应动作，PLC闸门状态信息和工况通过网络返回到上位机，限位闭锁等信号和PLC逻辑链路控制结合，进行现地保护。软件由闸门控制、运行日志、水位显示、电源控制、故障报警等部分组成。视频控制主机管理、控制位于闸门现地的球型摄像机，具有网络浏览操控视频、视频录象回放等功能。水位显示屏动态显示西江大堤鹤山段的3处典型水位，直观了解西江的水位。

3 系统特点

本系统在传统的闸门手工运行的基础上通过自动化改造，利用计算机技术、网络技术、自动化控制技术以及视频等技术实现闸门远程控制，其特点主要体现在以下几个方面：

3.1 远程视频

两处闸门相距控制较远，突破了视频电缆传输模拟视频信号的限距离，故不能采用传统的DVR技术。我们根据建立的以太网络传输通道，建立了基于以太网络的远程监控技术。采用进口的Smartsight视频服务器把现地球型摄像机的模拟视频信号通过MPEG4编码数字化，通过以太网络传到控制视频服务主机上，通过软件方式实现数字图象监控。

3.2 控制直观

闸门的运行情况通过安装在闸门的摄像机实时传回管理楼控制，在控制的视频主机上通过控制球型云台实现多视角的监视，能获得闸门全景，也能获得闸门的细部图像，对闸门控制佛“身临其境”，而且还能看到在现场无法看到的细部特征。在闸门远程控制主机上发出闸门升降动作的命令后，可以在视频主机上看到闸门的整个动作过程。

3.3 混合网络传输

针对不同的物理位置分布，选择合理经济的网络传输方式，为闸门远程控制提供传输通道，同时保证传输的性和充足的网络带宽要求。

3.4 电源远程控制

西江大堤的沿线闸门为排水闸，平时西江水位内河水位，均为自流排水，闸门常开，只在汛期西江水位高时关闭闸门。故闸门运行次数较少，设备长期供电，我们设计了电源远程控制，只要保网络设备和PLC供电，其他设备的供电均由上位机远程控制PLC投入电源，保证各设备的使用寿命和。

3.5 无人值班运行

针对西江沿线排水闸运行次数较少、分布散的特点，在自动化远程监控的技术上，通过水位监测、实时图像传输、电源远程控制等现代化手段，实现了无人值守运行。

4 结语

新窦闸门和纸厂闸门实现远程自动化控制系统后，达到了无人值班的目的。沿江3处水位监测点实时水位分别显示在软件和壁挂水位计上，直观地反映西江鹤山段的江面水位情况，便于决定何时开闸排水。控制远程软件启动闸门动作时，结合安装在闸门处的摄像机传回的图像及时了解闸门工况，确保了闸门无人值班运行。该两处典型闸门远程控制系统的成功运用，为西江大堤沿线其他几宗闸涵的自动化远程监控提供了经验和应用实例，为应用打下了基础。

在该控制系统中，主控机为工业PC机，从机为POP-HMI文本人机界面+可编程序控制器（LG PLC）系统；其中POP-HMI文本显示器是针对硫化罐现场人机交互要求而选用的HMI产品。POP-HMI是上海博深电子自主开发的文本人机界面产品，该文本显示器采用单色（3.7”）图形点阵LCD显示屏，提供汉字、西文、数字及简单图形的显示；采用薄膜按钮键盘，提供数字、参数输入，自定义输入等功能。可方便连接各种厂商的可编程控制（PLC）及各种具有串口通讯能力的电气设备，是现场控制设备的选择。POP-HMI的组态开发软件基于bbbbbbs平台，界面友好，简单易用，开发人员可在短时间内掌握使用。可编程序控制器为LG K120S系列PLC ，该系列PLC可同时支持RS232和RS485双串口通讯，通讯功能强大。
控制各硫化罐的LG PLC通过其通讯口的RS485总线和计算机远程连接成一套集中控制系统。在通信过程中，主控计算机为主站，各硫化罐PLC为从站，通讯协议遵从MODBUS通信协议，从站数目前为12个。POP-HMI文本显示器通过LG PLC的编程口（RS232）与LG PLC相连接，通讯协议为LG PLC的协议。
三、 控制系统功能描述
控制系统中主控计算机负责整个硫化车间中各硫化罐的硫化工艺参数设定、工作状态显示、故障报警显示记录以及生产状态集中管理。POP-HMI文本显示器则负责各个硫化罐的现场工作状态显示、参数设定及修改；PLC控制器则负责完成设备的顺序控制、传感器信号的采集输入及与主控计算机的通讯连接。
该控制系统设有手动、自动两种工作模式。手动工作模式下，各硫化罐操作箱上的POP-HMI文本显示器用于每个硫化罐的手动参数设定操作和现场状态的显示。自动工作模式下，硫化工艺参数设定由主控工业计算机完成；硫化罐的工作状态、故障报警信息在两种模式下都可以同时在主控计算机的显示器和现场的POP-HMI文本显示器LCD屏上显示。
四、控制软件的功能描述
1、监控室工业PC机软件功能
* 多台硫化工艺参数设定
* 多台硫化罐工作状态监视
* 多台硫化罐故障报警显示及记录
* 生成工作报表及打印
2、现场POP-HMI文本显示器软件功能
* 单台硫化工艺参数设定
* 单台硫化罐工作状态监视
* 单台故障报警显示及记录
五、 结束语
该主从控制系统已调试完毕，实践证明控制系统从站由于选用了POP-HMI小型人机界面，满足了用户对现场人机交互“功能实现成本”的要求。通过本控制系统的设计开发，为POP-HMI小型文本人机界面用于设备现场人机交互提供了一个典型的应用范例

项目介绍
潍坊烟叶复烤厂是国内早加工烟叶的企业,至今已有八十多年的历史.随着打叶复烤技术的推广
和应用,该厂联合机械部济南铸造锻压机械研究所在借鉴和消化吸收 Comas 和 Mactavish 技术的基础上
设计生产了 6000kg/h 打叶线,打叶线控制系统以S7-400 PLC 为主控制器,采用了当今的现场总线
技术,通过 PROFIBUS-DP 控制全线所有变频器及分布式 I/O,并采用了新颖的触摸屏和大型模拟屏幕流
程图显示,使得系统具有较完善的功能,是当时国内自动化程度的打叶线之一.
系统构成
打叶线包括打叶前,一打一,一分一,一分二,一分三,二打二分,三打三分,四打四分,五打五
分和五分后共十段,电机共 161 台,总功率 1200kw,全线共 9 组打叶机,12 级风分器;打叶机,风分
器和播扬风扇均采用变频器控制,全线变频器控制电机47台,总功率584kw.系统要求能按工艺要求和
流量状况控制各变频器的转速,每个电机现场都有一个本地开关,以控制电机的起动停止.因此,整条
线设备前后关联,设备复杂,烟叶成本高,对设备的性要求很高.整个系统构成如下:

打叶线控制系统构筑在 PROFIBUS-DP 设备级的总线上,其中 PLC 作为一级主站,变频器和分布式
I/O 作为从站,通讯采用主从方式,传输介质为铜质屏蔽双绞线,通讯协议采用 RS485.现场总线为系
统的性和灵活提供了保.
按照系统的传统习惯,设置了两块3m×1.5m模拟屏,采用了硬质发泡PVC板表面丝网印刷的新
技术,将全线设备及电机形象细致地绘出,每个模拟屏装有 200 个 Idec 指示灯指示系统及各电机状
态,使操作及维护人员观察起来为方便.
系统功能
系统软件是以 STEP7 编制的,STEP7 具备梯形图,功能块和语句表三种编程方式,因为整个系统控
制任务复杂,故选用语句表作为系统编程语言.触摸屏选用西门子通讯软件 Protool 编写,系统主要具
有以下功能:
变频器和分布式 I/O 控制:PLC 通过总线控制变频器起动/停止,分布式 I/O 的运行,监控其状态和
三级诊断信息并显示在触摸屏上
手动/自动控制:可根据具体情况轻松转换
恒流控制:为了保证二次润叶后烟叶水分均匀并且向打叶机均匀送料,系统要求进行恒流量控制
工艺数据管理:系统已初始化工艺参数,因此操作人员可根据实际所打烟叶的产地和等级选择相应
工作参数组,并将实际运行优化后的参数存入系统
操作界面:使操作人员方便快捷监控系统的运行,如下图所示

模拟显示屏:画面与触摸屏对应,直观显示设备分布及其电机运行状况
故障诊断及报警:系统具有较为完善的自我诊断及显示功能
系统特性
图形化界面:清晰直观
结构化编程:简化了工作量并保证了系统的性,成功完成系统初始化,工艺参数管理和维护功
能
优良的可维护性:PROFIBUS-DP 总线技术使系统维护变得非常简单,对不同厂家的产品和同一产品
的升级具有良好的兼容性,而且系统增添元件时很方便

工业年月机作为控制单元，配有组态软件，选用大屏幕实时监视界面，实现各控制点的动态显示、数据修改、故障诊断、自动报警，还可显示查询历史事件，系统各主要部件累计运行时间，各装置工艺流程图，各装置结构图等。
1、控制单元和下位机PLC之间采用串行通讯方式进行数据交换，通常距离在1000m以内选用485双绞线通讯方式，较常距离可选用光纤通讯，长距离也可选用无线通讯方式。下位机选用PLC控制，根据控制对象的多少，控制对象的范围，可选用一台或多台PLC进行控制，PLC之间数据交换是利用内部链接寄存器，实现数据交换和共享。由于PLC对现场进实时监控具有很高的性，且编程简单、灵活，因此越来越受到人们重视。
2、控制系统性降低的主要原因
虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。
影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有：
1)造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错；
2)机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制；
3)现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。
影响执行机构出错的主要原因有：
1)控制负载的接触不能动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作；
2)控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作；
3)各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统性。要提高整个控制系统的性，提高输入信号的性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽除故障，让系统、、正确地工作。
3、设计完善的故障报警系统
在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位/灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。2级故障显示设置在控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统性运行水平。
4、输入信号性研究
要提高现场输入给PLC信号的性，要选择性较高的变送器和各种开关，防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序，增加输入信号的可信性。
在现场输入触点后加一定时器，定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定，一般在几十ms，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其它响应。模拟信号滤波可采用图2b 程序设计方法，对现场模拟信号连续采样3次，采样间隔由A/D转换速度和该模拟信号变化速率决定。3次采样数据分别存放在数据寄存器DT10、DT11、DT12中，当后1次采样结束后利用数据比较、数据交换指令、数据段比较指令去掉大和小值，保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器DT0中。
提高读入PLC现场信号的性还可利用控制系统自身特点，利用信号之间关系来判断信号的可信程度。如进行液位控制，由于储罐的尺寸是已知的，进液或出液的阀门开度和压力是已知的，在一定时间里罐内液体变化高度大约在什么范围是知道的，如果这时液位计送给PLC的数据和估算液位高度相差较大，判断可能是液位计故障，通过故障报警系统通知操作人员该液位计。又如各储罐有上下液位限保护，当开关动作时发出信号给PLC，这个信号是否真实，在程序设计时我们将这信号和该罐液位计信号对比，如果液位计读数也在限位置，说明该信号是真实的；如果液位计读数不在限位置，判断可能是液位限开关故障或传送信号线路故障，同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。由于在程序设计时采用了上述方法，大大提高了输入信号的。
5、执行机构性研究
当现场的信号准确地输入给PLC后，PLC执行程序，将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作，当执行机构没有按要求工作，怎样发现故障？我们采取以下措施：当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器是否吸合，停止时接触器是否释放，这是我们关心的。
X0为接触器动作条件，Y0为控制线圈输出，X1为引回到PLC输入端的接触器辅助常开触点，定时器定时时间大于接触器动作时间。R0为设定的故障位，R0为ON表示有故障，做报警处理；R0为OFF表示无故障。故障具有记忆功能，由故障复位按钮。
当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号，如果这些信号不能按时准确返回给PLC，说明阀可能有故障，做阀故障报警处理。程序设计如图3b 所示。X2为阀门开启条件，Y1为控制阀动作输出，定时器定时时间大于阀开启到位时间，X3为阀到位返回信号，R1为阀故障位。
6、结论
我们在胜利油田胜利采油厂胜砣注聚站自动控制系统设计中采用了以上方法，经过近2年的运行证明这些方法的采用对提高系统性运行是行之有效的。

引言
磨矿过程是选矿厂的中间工序。矿石经过物理的研磨、分级作用，颗粒由大变小到一定的程度，才能达到矿石的单体解离或近于单体解离，有利于选别工序的金属回收和金属富集。因此磨矿过程是影响选矿生产的关键环节，直接制约着选矿产品质量和金属回收率。此外，磨矿作业能耗占选矿厂整个选矿过程的40%～60%。因此磨矿过程实现自动控制具有重要意义。国外对磨矿过程的建模与控制的研究已经相当深入，控制方法包括优化控制[1]，多变量控制[2] ，预测控制[3]，但是国外的磨矿流程和设备与我国不尽相同，国外一般都用棒磨机为一段开路磨矿，或以新给矿配水力旋流器构成磨矿闭路，并普遍使用粒度计等高精密在线检测仪表，因此其研究成果难以适用于实现我国磨矿过程的自动控制。国外对于磨矿粒度的软测量的研究，于用来代替常规仪表实现回路控制[4]。我国的磨矿过程具有自身特点，广泛使用螺旋分级机。磨矿过程本身的大惯性、参数时变、非线性、边界条件波动大等复杂特性，以及关键工艺指标磨矿粒度难以在线测量，导致在我国磨矿过程自动化水平低，目前只在部分厂矿实现了给矿、给水等基础回路的自动控制。欧洲钢铁工业技术发展指南指出：“对于降低生产成本、提高产品质量、减少环境污染和资源消耗只能通过全流程自动控制系统的优化设计来实现[5]”。文献[6]针对选矿过程提出了过程稳定化、过程优化、过程管理三层结构的自动化系统。文献[7]提出了企业资源计划（ERP）/制造执行系统（MES）/过程控制系统（PCS）三层结构的金矿企业综合自动化系统，成功应用于辽宁省排山楼金矿，且成效显著。结合磨矿的生产技术要求及工艺特点，从稳定产品质量、提高磨矿效率、降低能耗的总体控制目标出发，基于优化关键生产工艺指标的实际出发，结合系统、案例推理等人工智能技术，提出了过程管理系统和过程控制系统组成的二层结构的磨矿过程综合自动化系统。

1 磨矿过程描述
磨矿过程主要是将矿石经过磨矿过程，处理成细粒度级的颗粒，提供给选别作业。其工艺流程图如图1所示。圆筒矿仓内的粉矿经由电振排料机、给矿皮带，送入一段球磨机内，经过球磨机、双螺旋分级机组成的一段闭路磨矿系统细磨后，再经过细筛的筛分作用，大颗粒的矿石被送入由二段球磨机、水力旋流器组成的二段闭路磨矿系统继续再磨，水力旋流器的溢流和经筛分作用后的小颗粒被送入选别工序。为了保证磨矿分级效果，在一段磨机入口、一段磨机出口和二段泵池处分别加入一定流量的清水。
磨矿过程关键的工艺指标是二段磨矿的旋流器溢流粒度指标。从控制的角度看，影响磨矿作业的主要因素有一段球磨机给矿量、一段球磨机磨


矿质量浓度、螺旋分级机溢流质量浓度、水力旋流器给矿压力、水力旋流器给矿质量浓度等。保持球磨机给矿量稳定，使其不波动或波动范围很小，对稳定产品质量、稳定球磨机磨矿过程都是很重要的因素，同时从经济效益的角度考虑应保证球磨机的大处理能力。对于格子型球磨机来说，一个比较合适的磨矿质量浓度是实现球磨机磨矿低的前提，磨矿质量浓度的过高或过低都会产生负面的影响，比如球磨机涨肚等事故。螺旋分级机溢流质量浓度在某种程度上与一次分级溢流粒度有一定的关系，并且溢流质量浓度的高低将会影响分级机返砂的多少和返砂的质量浓度，从而影响球磨机的磨矿效率和球磨机的处理量，因此控制分级机溢流质量浓度是控制产品质量好坏、磨矿效率的重要环节。为了保证水力旋流器在生产上的稳定及其产品质量的稳定，控制旋流器的给矿压力，保证旋流器的工作状况（沉砂呈伞装，角度不能过大或过小），防止产品质量的波动，同时也防止旋流器给矿泵池被打空或打冒。旋流器的溢流粒度与旋流器的给矿质量浓度有一定的关系，此参数配合旋流器的给矿压力将是控制旋流器分级效率的重要工作参数。以上各种因素的相互影响，共同作用，决定了磨矿作业的好坏。正是从该工艺的生产技术要求及工艺特点设计了磨矿过程综合自动化系统。
通过以析，我们确定，磨矿过程的主要控制变量为电振排的振动频率、一段球磨机入口加水阀位开度、螺旋分级机补加水阀位开度、水力旋流器给矿矿浆泵转速、二段泵池补加水阀位开度等；主要被控变量为一段球磨机给矿量、一段球磨机入口加水流量、一段球磨机磨矿质量浓度、螺旋分级机补加水、螺旋分级机溢流质量浓度、水力旋流器给矿压力、水力旋流器给矿质量浓度、二段泵池液位等。

2 磨矿过程综合自动化系统
2.1 系统结构与功能
结合选矿厂磨矿过程的特点，提出了磨矿过程综合自动化系统的体系结构，如图2所示。


该系统由磨矿智能优化控制系统和运行过程管理系统两层结构组成。其中智能优化控制系统采用EIC三电一体化计算机集散控制系统集成设计技术和智能控制技术，由磨矿过程智能优化回路设定系统、一段磨矿回路控制子系统与二段磨矿回路控制子系统组成。
运行过程管理系统包括系统监测、故障诊断、设备管理、生产管理、报表生产与打印、系统通讯和操作指导、系统、用户管理和系统导航等功能模块。智能优化控制系统和运行过程管理系统通过设备网、控制网、以太网和实时数据库实现两层和各个子系统之间的信息集成，从而实现磨矿过程的综合自动化。
智能优化控制系统实现各设备逻辑连锁控制、回路控制和回路优化设定控制等功能。逻辑连锁控制主要包括电振排组、给矿皮带、螺旋分级机、矿浆泵及水力旋流器给矿变频器组等设备装置的单机启停操作和全线联起、联停的操作。回路控制主要实现重要工艺参数的连续稳定控制，并控制在工艺要求范围内。控制回路主要包括一段球磨机给矿量、球磨机磨矿质量浓度、螺旋分级机溢流质量浓度、二段水力旋流器给矿压力、给矿质量浓度的回路控制，以及矿浆泵泵池液位的前馈控制，保证磨矿过程的稳定、生产。磨矿智能优化控制系统以保证磨矿产品粒度、提高球磨机的磨矿效率和分级机设备的分级效率、提高球磨机的处理量、降低能耗综合生产指标为目标，采用智能协调控制策略，根据磨矿粒度的目标要求和边界条件等的波动情况，分别对一段磨矿控制系统和二段磨矿控制系统的基础控制回路的设定值进行在线优化。
运行过程管理系统实现运行管理和系统管理功能。从生产过程采集的数据或由控制系统处理后的数据，传送给过程管理系统，由过程管理系统对其进行监视和管理。操作员在控制室通过监控画面和多媒体的生产现场实景监控画面，监控磨矿作业的生产状况和设备状况，从而可以实现在软手动工作方式下的生产操作或在全自动生产方式下实现必要的人工干预。生产与设备的故障诊断系统可以对球磨机给矿断料、球磨机涨肚、球磨机轴瓦异常、泵池泵异常、变频器异常以及生产波动异常、工艺参数变化异常等工况做出判断，给出报警信息与操作上的建议。
2.2智能优化控制策略
磨矿过程综合自动化系统的是能够实现工艺指标优化的磨矿过程智能优化控制系统。为此，提出了磨矿过程智能优化控制策略，其基本架构如图3所示。该策略由智能优化设定系统和磨矿回路控制系统两级结构组成。
智能优化设定系统包括智能协调设定模型、二段溢流粒度软测量模型、二段预测补偿模型、一段磨矿回路设定模型、一段溢流粒度软测量模型、一段预测补偿模型、一段磨矿质量浓度软测量和磨机负荷推理模型组成。
智能协调设定模型根据给定的终产品的关键工艺指标——二段旋流器溢流粒度的目标值，在球磨机处理量和边界条件的约束下，给出二段磨矿控制回路的预设定值和一段磨矿溢流粒度的目标值。该模型结合实际生产工艺要求，采用基于系统的多级决策算法，协调一、二段磨矿产能分配与粒度指标的分配关系。当工艺指标的目标与当前实际的二段分级机溢流粒度的差值在二段磨矿过程具备的调节能力的范围之外时，调整一段磨矿溢流粒度的目标值，以便在大范围内调整磨矿过程的运行状态。
智能协调设定模型采用案例推理算法，给出旋流器的给矿压力、给矿质量浓度的预设定值。在此基础之上，二段预测补偿模型通过将二段溢流粒度软测量得到的粒度预报值与二段溢流粒度的目标值进行比较，根据预报粒度的偏差值，采用前馈校正算法提前对二段磨矿过程的基础控制回路设定值进行前馈修正。
一段磨矿回路设定模型根据智能协调设定模型给出的一段溢流粒度的目标值，给出一段磨矿回路的预设定值。该模型结合球磨机有功功率的动态

图3 磨矿过程智能优化控制策略结构图
关键工艺参数软测量模型包括二段磨矿粒度软测量模型、一段磨矿粒度软测量模型、一段磨矿质量浓度软测量模型和磨机负荷推理模型。其中二段磨矿粒度软测量模型采用基于案例推理的软测量算法对二段磨矿粒度指标进行预报；一段磨矿粒度软测量模型采用人工神经网络对一段磨矿粒度指标进行预报。一段磨矿质量浓度软测量模型根据球磨机的给矿量、返砂水流量、螺旋分级机电流等过程输入输出数据，采用基于神经网络与物料平衡相结合算法，给出当前磨矿质量浓度的在线估计值。建立磨矿质量浓度软测量模型的目的在于解决磨矿质量浓度无法用仪表直接在线测量的问题，以保证适宜的磨矿质量浓度从而使得球磨机的磨矿效率达到。
磨机负荷推理模型根据一段球磨机有功功率，曲线，采用自寻优控制算法，实现球磨机处理量的大化；采用基于案例推理的磨矿智能优化设定算法，在一段磨矿质量浓度和磨机负荷的约束条件下，根据一段溢流粒度的目标值，给出球磨机给矿量、一次溢流质量浓度和返砂水流量的预设定值。
一段预测补偿模型采用系统技术，将一段溢流粒度软测量得到的粒度估计值与一段溢流粒度的目标值进行比较，根据粒度轨迹的偏差值，对一段磨矿过程的基础控制回路设定值进行修正。
螺旋分级机电流，球磨机给矿量等过程输入输出数据，采用模糊推理算法，给出当前磨机负荷的估计值，并将磨机负荷的估计值输入一段磨矿智能设定模块，作为优化设定的约束条件。

3 综合自动化系统实施及应用效果
某大型赤铁矿选矿厂年处理铁矿石5×106t，其磨矿工序具有8个系列的一段球磨机和7个系列的二段球磨机。所处理的矿石矿物组成复杂，铁矿物嵌布粒度细，属弱磁性难选矿石。以往磨矿的生产主要由操作员通过眼看、手摸、耳听等手段进行操作，往往等发现产品质量有问题后才进行相应的生产参数调整，生产波动较大，操作不稳定，生产质量难以保证，影响正常作业。
结合选矿厂生产工艺实际情况，设计实施了磨矿过程综合自动化系统。控制系统采用美国AB公司的Controllogix5000系统，基于RSview32，VBA等组态开发环境，开发了软件、过程控制软件和优化控制软件，实现了过程控制系统和过程管理系统的集成。
磨矿过程综合自动化系统自投运以来了显著的应用成效，图4和图5分别给出了一段和二段磨矿过程的控制效果曲线，各输出变量跟踪各自的优化设定值。综合自动化系统有效地避免了人为主观因素对磨矿运行过程造成的影响，保证了磨矿生产的平稳、和运行，明显改善了工人的劳动强度和工作环境；系统自动投运以来，球磨机的台时处理量提高0.7t/h，二次磨矿粒度从原来的72.98%提高到75.，提高了2.92个百分点。