小型矿山破碎筛分系统自动化改造设计及应用.pdf

第 48 卷 2020 年第 2 期 破 磨 编辑 翟晓华 35 河 南发恩德矿业有限公司是加拿大希尔威金属 矿业有限公司 主要在中国从事矿山项目的收 购、勘探、开发和生产业务 的一家子公司，现已成 为希尔威公司的主力矿山，并发展成为中国最大的白 银精粉供应商，下辖 6 座铅锌银多金属矿山和 2 座日 处理能力超千吨的选厂。 该公司二选厂设计处理铅锌银矿石规模为 1 000 t/d，年处理矿石 30.0104 t，服务年限 31 a，稳产 29 a。原矿平均品位为Pb 4.7，Zn 3.6，Ag 312 g/t。 精矿产品指标为Pb 65 其中 Ag 3 562 g/t，回收率 小型矿山破碎筛分系统自动化 改造设计及应用 杜自彬1,2，王应丽1,2，孟书强3，赵 虎1,2，朱成睿1,2 1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 471039 2矿山重型装备国家重点实验室 河南洛阳 471039 3河南发恩德矿业有限公司 河南洛阳 471700 摘要详细介绍了某选厂破碎筛分系统存在的问题及自动化改造措施，包括主要设备、控制要求、硬 件选型和软件编程实现等。经过现场实际运行验证，该系统运行稳定可靠，为小型矿山企业转型升 级、自动化水平提升提供了一种可供参考的改造设计方案。 关键词破碎；筛分；控制；自动化 中图分类号TD451 文献标志码B 文章编号1001-3954202002-0035-05 Automation transation design and application of crushing and screening system in small mine DU Zibin1,2, WANG Yingli1,2, MENG Shuqiang3, ZHAO Hu1,2, ZHU Chengrui1,2 1Luoyang Mining Machinery Engineering Design Institute Co., Ltd., Luoyang 471039, Henan, China 2State Key Laboratory of Mining Heavy Equipment, Luoyang 471039, Henan, China 3Henan Found Mining Co., Ltd., Luoyang 471700, Henan, China AbstractThe paper introduced the existing problems and automation transation measures about the crushing and screening system in a concentrator, which involved main equipments, control demand, hardware selection and software programming etc. Field operation showed the control system operated stably and reliably. It offered a kind of transation design scheme for the upgrading and automation level enhancement of the small mine enterprise. Key Wordscrushing; screening; control; automation 作者简介杜自彬，男，1980 年生，工程硕士，高级工程师， 主要研究方向为矿山设备控制及智能化。 93，产率 6.72；Zn 50 其中 Ag 413g/t，回收 率 81.5，产率 5.87。尾矿产率 87.41，尾矿品位 为Pb 0.35，Zn 0.23，Ag 55.36 g/t，破碎最终粒 度≤15 mm，精矿含水率≤12％[1]。 1 工艺流程及主要设备 破碎筛分系统工艺流程如图 1 所示，采用三段 一闭路流程，碎矿给料粒度为 500～0 mm，最终产 品粒度为 15～0 mm。主要设备粗碎采用 1 台 PE- 8001100 颚式破碎机，中碎采用 1 台 PYH－3CC 圆 锥破碎机，细碎采用 1 台 PYHD－5C 圆锥破碎机， 筛分采用 1 台 KR3060 振动筛，处理量为 162 t/h，设 万方数据 第 48 卷 2020 年第 2 期 编辑 翟晓华 破磨 36 共采用 5 个西门子 S7-1200 系列 PLC 作为主站，其 中粗破碎车间、中细碎车间、筛分车间分别设置 1 个 S7-1200 主站，用于控制本车间的设备，新增的控制 柜与原有启动控制柜并排放置，以减少电缆敷设工作 量[2]。 中碎液压润滑站及细碎液压润滑站原本自带就地 控制箱，控制回路为传统继电器系统，操作和指示采 用就地按钮和指示灯，不具备通信能力和改造潜力。 因此决定采用整体替换的改造方式，替换后的液压润 滑站就地操作箱采用 PLC 触摸屏的控制方式。PLC 完成原有继电器系统的液压泵、润滑泵、加热器启停 控制功能，触摸屏作为就地操作的人机界面替代原有 的按钮和指示灯。 3.1 控制系统网络 如图 2 所示，控制系统采用星形网络架构，中控 室工控机与分布在现场车间内的 5 个 S7-1200 PLC 控 制站接在同一台交换机上，中碎液压润滑站触摸屏、 细碎液压润滑站触摸屏通过交换机分别与对应的 PLC 连接。为了兼容未来智能化控制系统和物联网系统， 还预留了第三方系统的网络通信接口，通信协议为 OPC 协议。 西门子 PLC CPU1214C 本体集成了 1 个 PRO- FINET 通信口，支持以太网和基于 TCP/IP 的通信协 议，使用这个通信口可以实现 S7-1200 CPU 之间的通 信，以及与编程设备、触摸屏、PC 端 WinCC 人机界 面之间的通信。这个 PROFINET 物理接口采用 RJ45 口，支持 10/100 Mb/s 网线直连和交叉连接。 3.2 硬件设计 控制系统在硬件架构上分为上位监控部分和下位 控制部分，其中上位监控部分采用单站结构，即采用 备作业率为 61.7。该系统包含 5 条带式输送机 其 中 3 条为大倾角带式输送机，运行维护成本较高。 现岗位配置操作人员 18 人，由于大倾角带式输送机 在运行中易产生粉尘，岗位危害也较大。 2 存在的问题及改造目标 二选厂现有破碎、筛分工段的设备操作全部为 就地、人工操控，给料量全凭操作人员经验，易造成 设备过负荷跳闸或给料量过小，生产效率低下。同时 需要对设备运行情况进行全程跟踪，人员配置多、劳 动强度大，而且现场噪声、粉尘较大，不利于职业病 防护。 改造目标是通过对选厂破碎筛分系统现有设备 进行自动化、集中控制改造，实现设备运行参数实时 监控，输送设备和给料设备联锁，并保证细碎圆锥破 碎机满腔给料等，以降低设备故障率及工人的劳动强 度和接尘概率，提高设备运转率和碎矿台效，达到降 低能耗，最终实现“机械化换人、自动化减人、智能 化无人”的智慧矿山建设目标。 3 改造措施 采用中控室增加工控机 工业级电脑，通过博 图 WINCC 软件组态操作画面，以西门子 S7-1200 系 列 PLC 为核心的就地控制柜并进行编程的技术方案。 PLC 控制方式采用多站式分布式控制，在粗破碎、中 细碎、筛分工段分别加装就地 PLC 站，通过 TCP/IP 以太网通信方式连接各个子站，实现在中控室全流程 控制、设备分别单独启停、全系列设备一键启停等功 能。 根据现场工艺和设备实际布置情况，控制系统 1. 振动给料机 2. 颚式破碎机 3, 10, 12. 除铁器 4. 1 号带式输送机 5. 3CC 圆锥破碎机 6. 缓冲料仓 7. 振动给料机 8. 5C 圆锥破碎机 9. 3 号带式输送机 11. 2 号带式输送机 13. 振动筛 14. 4 号带式输送机 图 1 破碎筛分系统工艺流程 Fig. 1 Process flow of crushing and screening system 万方数据 第 48 卷 2020 年第 2 期 破 磨 编辑 翟晓华 37 1 台工控机，同时承担服务器、工程师站、操作员站 的角色，在满足功能需要的前提下，最大程度地降低 成本[3]。 工控机首先需要满足人机界面和 PLC 编程工 作，实现操作员监视和操作功能；同时还可作为服务 器存储控制系统的实时数据和历史数据，包括报警、 日志、事故记录追忆等。工控机的配置要求如表 1 所 列。 现场控制核心设备为西门子 S7-1200 系列 PLC， CPU 型号为 1214C，该 CPU 是西门子主推的 1200 系 列紧凑的高性能 CPU，自带有 24 点集成输入/输出、 可扩展 1 个信号板、8 个信号模板、3 个通信模块。 中碎和细碎润滑液压站现场操作箱人机界面选用 5.7 英寸 KTP600 TFT 触摸屏，320240 的像素分辨率足 以显示所需要的参数，面板支持触摸操作的同时还配 有 6 个可自由组态的功能键，是用于 S7-1200 控制器 系统的理想 HMI 组件。 3.3 软件设计 控制系统软件 PLC 及工控机人机界面编程均 采用 TIA Portal V15 完成，TIA Portal V15 又称博途 V15，是一款由西门子打造的全集成自动化编程软 件，整合了 STEP7、WINCC、STARTDRIVE 等编 程软件，因此只需用博途一个软件就能对触摸屏、 PLC、驱动装置进行编程调试和仿真操作。 SIMATIC TIA 博途 STEP 7 V15 专业版用于编程 组态 S7-1200、S7-1500、S7-300/400 和 WinAC。 S7-1200 PLC 是针对中小型项目开发的产品，在 DCS 项目上应用不多，故其编程库中自带的标准功能块很 少。为了克服这个缺点，本设计针对电动机控制、 模拟量信号转换等通用功能均编写了相应的 FB 功能 块。如图 3 所示，在编写 2 号带式输送机控制程序 时，只需直接调用电机块“MOTOR_S_dd”并且将其 背景数据块命名为“2 皮带机 DB”就可以了。2 号 输送机人机界面操作面板上的按钮、指示灯只需要直 接访问对应的 DB 块“2 皮带机 DB”，大大简化了 编程和通信组态工作[4]。 该控制系统人机界面编程采用 SIMATIC TIA 博 途 WinCC V15 专业版完成，博途 WinCC 用于组态 SCADA 系统，配套 WinCC Runtime 专业版使用。根 据二选厂破碎筛分系统改造项目特点，系统操作画面 分为工艺主流程、中碎油站、细碎油站、报警画面、 趋势画面共 5 个画面[5]。 如图 4 所示，工艺主流程画面集中显示了生产线 主要设备的运行状态，操作人员平时通过此画面即可 监控整个系统的实际运行状态。当需要查看具体细节 时再通过切换画面或者画面弹出框来实现；当单独对 具体设备进行操作时，只需用鼠标点击相应设备的图 标即可弹出对应的弹出框。 名称 处理器 硬盘 RAM 网卡 COM口 DVD -R/W 电源 操作系统 参数 Intel ≥3.00 Ghz 4 核 CPU ≥ 1 T ≥ 8 G 双网卡 标配 标配 220 VAC, 50 Hz Microsoft Windows 7 Professional SP1 表 1 工控机配置要求 Tab. 1 Configuration requirements of industrial personal computer 图 2 控制系统网络简图 Fig. 2 Sketch of control system network 万方数据 第 48 卷 2020 年第 2 期 编辑 翟晓华 破磨 38 图 4 工艺主流程画面 Fig. 4 Interface of overall process flow 图 3 PLC 编程界面 Fig. 3 Programming interface of PLC 万方数据 第 48 卷 2020 年第 2 期 破 磨 编辑 翟晓华 39 4 结语 该控制系统根据发恩德二选厂破碎筛分自动化改 造项目的实际特点和技术要求，经过现场调研、方案 制定、工厂设计、安装调试及现场整改等，目前已投 入实际运行。现系统运行稳定可靠，达到了减员增效 的预期目标，为中小型矿山自动化改造提供了一种有 效解决方案，值得推广。 参 考 文 献 [1] 张发军，李世纯，贺三章，等．锡铁山铅锌矿选矿生产调试 问题及整改措施 [J]．矿山机械，2019，47873-76. [2] 向晓汉．西门子 WinCC7.3 组态软件完全精通教程 [M]．北 京化学工业出版社，2018194-198. [3] 杜自彬．ROFINET 在千万吨级砂石骨料生产线的应用 [J]．矿 山机械，2019，47866-69. [4] 高 源，杜自彬，姬建钢，等．CC1000 型圆锥破碎机控制系 统设计 [J]．矿山机械，2017，45633-37. [5] 杜自彬，刘 俊．千万吨级骨料生产线控制系统设计 [J]. 矿山 机械，2019，47332-38. □ 收稿日期2019-11-18  大型半自磨机筒体衬板 结构优化及应用 刁晓刚1,2，李 卫2，王春民1，程艳艳1，张志勇1，姬建钢1 1中信重工机械股份有限公司 河南洛阳 471039 2暨南大学先进耐磨蚀及功能材料研究院 广东广州 510632 摘要根据国内某铜矿大型半自磨机实际运行状况，针对磨机运行期间筒体衬板开裂、磨矿效率低及 运营成本较高等问题，基于 Milltraj 半自磨机介质抛落轨迹计算技术，结合实际设计经验，对半自磨 机筒体衬板结构进行了改进和优化。生产应用结果表明，磨矿处理量大幅提升，综合运营成本显著降 低，取得了较好的应用效果。 关键词半自磨机；筒体衬板；结构优化；应用 中图分类号TD453 文献标志码B 文章编号1001-3954202002-0039-06 Optimization and application of shell liner of large SAG mill DIAO Xiaogang1,2, LI Wei2, WANG Chunmin1, CHENG Yanyan1, ZHANG Zhiyong1, JI Jiangang1 1 CITIC Heavy Industries Co., Ltd, Luoyang 471039, Henan, China 2Institute of Advanced Wear shell liner; structural optimization; application 作者简介刁晓刚，男，1982 年生，博士，高级工程师，主要从事耐磨材料研究及技术管理工作。 万方数据