基于PLC的磨礦自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

引言工業(yè)控制自動化技術(shù)是一種運用計算機、儀器儀表、控制理論和其它信息技術(shù)，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的控制、檢測、優(yōu)化、管理調(diào)度和決策，最終實現(xiàn)增加產(chǎn)量、降低消耗、提高質(zhì)量、確保安全等實際目的的綜合性技術(shù)。該技術(shù)主要包括了工業(yè)自動化軟件、系統(tǒng)、硬件三個大部分。工業(yè)自動控制技術(shù)是21世紀制造業(yè)的標志技術(shù)，提高了控制系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和一致性的問題。自動控制系統(tǒng)在工業(yè)控制系統(tǒng)中雖不產(chǎn)生直接利益，但對整個工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)過程的優(yōu)化有相當明顯的提升。我國自動控制工業(yè)起步較晚，多數(shù)情況是以國外技術(shù)為核心的成套設(shè)備為基礎(chǔ)，實現(xiàn)的二次開發(fā)，進一步的整合應(yīng)用。在21世紀的今天，我國在自動控制技術(shù)領(lǐng)域有了長足的發(fā)展，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了自我核心技術(shù)與國外核心技術(shù)的結(jié)合，開發(fā)了自己的計算機控制系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于國內(nèi)鋼鐵企業(yè)、制造企業(yè)及民營生產(chǎn)企業(yè)。未來我國自動控制技術(shù)的發(fā)展方向：智能控制、網(wǎng)絡(luò)總線控制及一體化集成控制。經(jīng)過幾年的摸索實踐與潛心研究，我包鋼集團的技術(shù)人員已經(jīng)大量地積累工藝過程參數(shù)和操作參數(shù)，同時建立了選礦過程的數(shù)學(xué)模型，伴隨著計算機開始應(yīng)用于選礦過程控制和生產(chǎn)管理，大大提高了選礦廠的自動化水平。選礦是鋼鐵行業(yè)的首要環(huán)節(jié)，也是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。要出產(chǎn)品就必須有原料，要出好產(chǎn)品、精產(chǎn)品就必須有優(yōu)質(zhì)的原料，因此精礦粉的品位直接關(guān)系到最終型材的品質(zhì)。但是品位的提升直接受生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)設(shè)備的影響。在生產(chǎn)工藝已經(jīng)非常成熟的今天，設(shè)備及操作的環(huán)節(jié)就成了提升產(chǎn)品質(zhì)量的途徑。為了適應(yīng)整個包鋼集團的發(fā)展趨勢，滿足生產(chǎn)新形式的需要，我包鋼選礦廠決定引進自動控制系統(tǒng)到生產(chǎn)中來。根據(jù)我廠的生產(chǎn)重點，為了提高整個磨礦系列作業(yè)的處理能力，穩(wěn)定提高磨礦粒度，降低選礦過程的生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益，我們決定進行磁礦系列磨礦分級自動控制系統(tǒng)的開發(fā)研制。1.1工業(yè)自動化發(fā)展趨勢1.1.1以工業(yè)PC為基礎(chǔ)的低成本工業(yè)控制自動化將成為主流進入21世紀，西方國家加緊核心技術(shù)更新，是傳統(tǒng)制造業(yè)有了飛速的發(fā)展：從工藝到設(shè)備再到計算機智能控制。在全球統(tǒng)一化市場形成的前提下，傳統(tǒng)制造生產(chǎn)業(yè)若不及時技術(shù)更新，便會被激烈的市場競爭下無情的拋棄。所以，企業(yè)要向得到長遠的發(fā)展，就必須從基層到優(yōu)化逐一進行改革：產(chǎn)品投放周期、質(zhì)量提升、縮減成本及改善售后服務(wù)系統(tǒng)。由信息和系統(tǒng)集成的計算機控制系統(tǒng)使之變得更加完善合理，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的采集，信息的發(fā)布，信息的綜合判斷以及信息的最終選擇已達到最優(yōu)的控制目的，但是由于自動化控制設(shè)備極其的昂貴，初期投入資金較大，屬于投資高，風險也高的改造。因此，自動控制技術(shù)在小型企業(yè)、制造業(yè)中的應(yīng)用是非常的少。所以，我國工業(yè)生產(chǎn)制造業(yè)要想和國際工業(yè)制造企業(yè)竟得一席之地，就必須加強自動化技術(shù)的普及與應(yīng)用。工控自動化由基礎(chǔ)自動化、過程自動化與公司管理自動化組成，其重點是基礎(chǔ)自動化與過程自動化。常規(guī)工業(yè)控制系統(tǒng)，一般由可編程控制器和DCS控制系統(tǒng)完成，過程級與管理級的開發(fā)基本都由國外開發(fā)公司開發(fā)，開發(fā)周期長、資金投入大及軟件和硬件價格高，令眾多企業(yè)望而卻步。低成本工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展成為企業(yè)的需要，20世紀以來，由PC計算機、輸入輸出設(shè)備、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)一體化組成的控制系統(tǒng)應(yīng)運而生，受到各大工業(yè)生產(chǎn)廠商的青睞。國內(nèi)以重慶鋼鐵公司為例，解除傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)和可編程控制系統(tǒng)，改用工業(yè)PC系統(tǒng)結(jié)合專家系統(tǒng)與模糊算法，后期生產(chǎn)過程效果良好。實踐證明：PC控制器與可編程控制器具有一樣的控制性能。且操作簡便，易維護。開發(fā)設(shè)計公司基于此發(fā)展了一系列的基于PC控制過程的工業(yè)解決方案。PC控制具有其他控制方案一樣的性能以外，重點在于具有自我診斷功能。后期維護成本低，二次開發(fā)周期短。在這種發(fā)展情形下，國內(nèi)工業(yè)PC發(fā)展非常之快。工業(yè)PC由工控機發(fā)展到他們的變形機。因為現(xiàn)場自動化與過控自動化對其穩(wěn)定性要求極高，因此現(xiàn)有方案無法滿足要求，即將推出工業(yè)控制的舞臺。我國也已意識到這一點，所以，在近幾年中，我國將自動控制技術(shù)發(fā)展的重點放在了以工控PC為基礎(chǔ)的自由控制方案，旨在觸動自由知識產(chǎn)權(quán)的自控系統(tǒng)。就目前而言具備自我知識產(chǎn)權(quán)的工控系統(tǒng)在國內(nèi)占據(jù)2/3的市場。工業(yè)PC控制方案出現(xiàn)時，控制領(lǐng)域?qū)＜艺J為其將會取代工控PLC成為過程控制的主流。但是，發(fā)展至今，工業(yè)控制并沒有出現(xiàn)這樣的一種取代。具體原因分析有以下兩個原因：集成系統(tǒng)與Windows架構(gòu)的原因。因為所有工作都要在一個軟件平臺上完成，還要向客戶提供需要的資料。工業(yè)PC控制技術(shù)與PLC控制技術(shù)各有優(yōu)點，在未來發(fā)展趨勢上看，相互取代的可能性非常的小。尤其是在高端的控制應(yīng)用領(lǐng)域，PLC控制技術(shù)顯示出非常大的優(yōu)點，這也是PLC市場一直以來只增不退的原因。在未來發(fā)展過程中極有可能出現(xiàn)的情況是工業(yè)控制PC與PLC控制技術(shù)取長補短，相互結(jié)合的局面。1.1.2PLC在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性方向發(fā)展長期以來，PLC始終處于工業(yè)控制自動化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，提供控制方案且非常可靠的用于各種自動化控制設(shè)備，形成了與DCS和工業(yè)PC三足鼎立態(tài)勢的情況。同時，PLC還從其他科技產(chǎn)品遭受沖擊，工業(yè)PC機的特別的影響。目前，全世界PLC生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。國內(nèi)PLC市場仍以國外產(chǎn)品為主，如Siemens、Modicon、A-B、Omron、三菱、GE的產(chǎn)品。經(jīng)過多年的發(fā)展，也沒有形成大規(guī)模生產(chǎn)能力和品牌的產(chǎn)品，在我國可以說PLC尚未形成一個制造業(yè)。在PLC應(yīng)用方面，我國是很活躍的，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。盡管全球經(jīng)濟下滑，PLC市場將會復(fù)蘇，估計全球PLC市場在2000年為76億美元，到2005年底將回到76億美元，并繼續(xù)略微增長。小型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC和開放性是PLC未來發(fā)展的主要方向。在基于PLC的自動化，PLC笨重和昂貴的早期階段。但在最近幾年，微型PLC（小于32I/O）已經(jīng)出現(xiàn)，幾百歐元的價格。隨著（軟PLC）進一步改善控制組態(tài)軟件的發(fā)展，提供了一個軟PLC組態(tài)軟件和PC-based控制的市場份額將逐步提高。當前，過程控制領(lǐng)域最大的發(fā)展趨勢之一就是Ethernet技術(shù)的擴展，PLC也不例外?，F(xiàn)在越來越多的PLC供應(yīng)商開始提供Ethernet接口。可以相信，可以相信，PLC將繼續(xù)打開傳輸控制系統(tǒng)，尤其是基于工業(yè)PC的控制系統(tǒng)的方向。測量和控制管（分布式控制系統(tǒng)）的面向DCS系統(tǒng)DCS集散控制系統(tǒng)集成設(shè)計，出版于1975年，生產(chǎn)廠家主要集中在美國，日本，德國等國家。我國從70年代中后期起，首先由大型進口設(shè)備成套中引入國外的DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進口項目。當時，我國主要行業(yè)（如電力、石化、建材和冶金等）的DCS基本全部進口。80年代初期在引進、消化和吸收的同時，開始了研制國產(chǎn)化DCS的技術(shù)攻關(guān)。（1）適應(yīng)市場需要，加強PLC通信聯(lián)網(wǎng)的信息處理能力在信息時代的今天，幾乎所有PLC制造商都注意到了加強PLC通信聯(lián)網(wǎng)的信息處理能力這一點。小型PLC具有通信接口，比大型PLC通訊模塊，更特殊。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)的PLC可以與電腦和其他智能控制設(shè)備進行信息交換，實現(xiàn)分散控制和集中管理起來很方便。這就是說，用戶需要更好PLC與PC集成，通過PLC在軟技術(shù)援助的生產(chǎn)性能提高的過程中，PLC可以提高信息處理的能力。（2）PLC向開放性發(fā)展早期的PLC缺點之一是它的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的，如專用總線、通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議、I/O模塊更互不通用，即使是機箱，電源模板也各不相同，梯形圖編程語言的名字是一致的，但組態(tài)、尋址、語言結(jié)構(gòu)均不一致，因此，幾乎各個公司的PLC均互不兼容。目前，目前，PLC一直處于開放取得實質(zhì)性突破期。10年前的PLC被破壞的一個重要方面是它的特殊性，現(xiàn)在情況已經(jīng)大大改善，許多大型PLC廠商采用了多種在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)行業(yè)標準，如IEC61131-3、IEEE802.3以太網(wǎng)、TCP/IP、UDP/IP等。例如，AEGSchneider集團已開發(fā)以PLC機為基礎(chǔ)，在Windows平臺下，符合IEC61131-3國際標準的全新一代開放體系結(jié)構(gòu)的PLC實現(xiàn)高度分散控制，開放度高。高度分散的控制是一個新的工業(yè)控制結(jié)構(gòu)，不僅控制功能的多樣化，網(wǎng)絡(luò)也是分散的，所謂的高度分散控制，控制算法駐留在控制功能的節(jié)點，但不居住在PLC或PC，其中在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，是在相同的位置的“智能”，將延伸至所述控制系統(tǒng)的每一個部分，從傳感器，發(fā)送器向I/O模塊，以及致動器，在不使用微處理芯片，產(chǎn)生了智能分布式系統(tǒng)（SDS）。為了使PLC更具開放性和執(zhí)行多任務(wù)，在一個PLC系統(tǒng)中同時裝幾個CPU模塊，每個CPU模塊都執(zhí)行某一種任務(wù)。例如三菱電機公司的小Q系列PLC可以在一個機架上插4個CPU模塊，富士電機的MICREX-ST系列最多可在一個機架上插6個CPU模塊，這些CPU模塊可以進行專門的邏輯控制、順序控制、運動控制和過程控制。這些都是在Windows環(huán)境下執(zhí)行PC機任務(wù)的模塊，組成混合式的控制系統(tǒng)。近年來，許多PLC制造商已經(jīng)開發(fā)出一種模塊式I/O或終端類型的I/O和通信總線都符合IEC61131-3標準，大大提高了PLC的開放性。創(chuàng)建開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境后，推出了能掛100M的高速以太網(wǎng)的WEB服務(wù)器模塊，三菱電機公司小Q系列的QJ71WS96，橫河電機FA-M3系列的F3WBM1-0T-S0；模塊內(nèi)的軟件捆綁了目前常用的TCP/IP、UDP/IP等傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層規(guī)約，以及HTTP、FTP、SMTP、POP3等應(yīng)用層規(guī)約，使PLC可直接進入因特網(wǎng)，成為不折不扣的WEB的PLC。（3）PLC的體積小型化，運算速度高速化PLC小型化的好處是節(jié)省空間、降低成本、安裝靈活。目前一些大型PLC，其外形尺寸比他們前一代的同類產(chǎn)品的安裝空間要小50%左右。近年來，許多PLC公司推出的超小型PLC，用于單機自動化或分布式控制系統(tǒng)。LOGO通用邏輯模塊，它采用整體結(jié)構(gòu)，集成控制功能，實時時鐘和操作顯示單元，小的液晶屏可在面板和6鍵編程上。超小型PLC使用FBD編程語言的功能模塊圖，在PC上的Windows98/NT的編程軟件運行。運算速度高速化是PLC技術(shù)發(fā)展的重要特點，在硬件上，PLC的CPU模塊采用32位的RISC芯片，使PLC的運算速度大為提高，一條基本指令的運算速度達到數(shù)十個納秒（ns）。（4）軟PLC出現(xiàn)所謂軟PLC，實際就是在PC機的平臺上，在Windows操作環(huán)境下，用軟件來實現(xiàn)PLC的功能，也就是說，軟PLC是一種基于PC機開發(fā)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，它具有硬PLC的功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特點，利用軟件技術(shù)可以將標準的工業(yè)PC轉(zhuǎn)換全功能的PLC過程控制器軟PLC集成控制，模擬量控制，數(shù)學(xué)運算，數(shù)據(jù)處理，網(wǎng)絡(luò)通信和計算機和PLC的開關(guān)量等功能，通過一個多任務(wù)控制內(nèi)核，提供強大的指令集，快速而準確的掃描周期，運行可靠，可與各種I/O系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)開放式結(jié)構(gòu)連接。軟PLC是硬PLC的功能，而且還提供了PC環(huán)境的各種優(yōu)點。（5）PLC編程語言趨于標準化IEC61131是可編程控制器的國際標準，共有8個部分，從1992年開始陸續(xù)頒布實行。IEC61131-3是PLC編程語言的標準，于1993年頒布實施。IEC61131-8于2001年頒布實施，與IEC61131-3被稱為PLC語言的實現(xiàn)導(dǎo)則。1.1.3控制系統(tǒng)正在向現(xiàn)場總線（FCS）方向發(fā)展由于3C（Computer、Control、Communication）技術(shù)的發(fā)展，過程控制系統(tǒng)將由DCS發(fā)展到FCS（FieldBusControlSystem）。FCS可以將PID控制徹底分散到現(xiàn)場設(shè)備（FieldDevice）中?；诂F(xiàn)場總線的FCS是新一代的過程自動化系統(tǒng)，全數(shù)字化，全分布式開放和互操作性，它將取代現(xiàn)場一對一的4-20MA模擬信號線，給傳統(tǒng)的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)帶來革命性的變化。根據(jù)IEC61158的定義，現(xiàn)場總線是一個數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，安裝在制造或自動控制裝置和控制室內(nèi)的雙向傳輸，多分支結(jié)構(gòu)之間的過程區(qū)域的現(xiàn)場?，F(xiàn)場總線使測控設(shè)備具備了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，提高了信號的測量、傳輸和控制精度，提高了系統(tǒng)與設(shè)備的功能、性能。采用現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)造低成本的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，促進現(xiàn)場儀表的智能化、控制功能分散化、控制系統(tǒng)開放化，符合工業(yè)控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢。在“九五”期間國家為了加快現(xiàn)場總線技術(shù)在中國的發(fā)展，專注于智能儀表和現(xiàn)場總線技術(shù)的開發(fā)和工程，補充和完善工藝設(shè)備，開發(fā)設(shè)備和測試設(shè)備，建立一個智能儀表和自動化系統(tǒng)生產(chǎn)基地的發(fā)展，形成適度規(guī)模經(jīng)濟。2000年，“九五”國家科技攻關(guān)計劃“新一代全分布式控制系統(tǒng)研究與開發(fā)”和“現(xiàn)場總線智能儀表研究開發(fā)”兩個項目相繼完成。這兩個項目，是早期的“現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)開發(fā)”項目，適用于多種現(xiàn)場總線協(xié)議以及面對國際形勢，選擇專注于HART協(xié)議和現(xiàn)場總線技術(shù)的FF協(xié)議?？傊?，計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展在經(jīng)歷了基地式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)以及集散控制系統(tǒng)（DCS）后，將朝著現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的方向發(fā)展。雖然基于現(xiàn)場總線的FCS發(fā)展很快，但FCS有很多工作要做，如統(tǒng)一標準、儀表智能化等。另外，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護和改造還需要DCS，此外，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的維護和改造還需要DCS，因此FCS可以取代DCS的傳統(tǒng)工藝也需要更長的時間，但DCS本身也在不斷的發(fā)展和完善?？梢钥隙ǖ氖?，新的技術(shù)結(jié)合DCS，工業(yè)以太網(wǎng)，F(xiàn)CS先進的控制將有強大的生命力。工業(yè)以太網(wǎng)以及現(xiàn)場總線技術(shù)作為一種靈活、方便、可靠的數(shù)據(jù)傳輸方式得到了在工業(yè)領(lǐng)域越來越多的應(yīng)用，并將在控制領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用。1.1.4數(shù)控技術(shù)向智能化、開放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化發(fā)展從1952年美國麻省理工學(xué)院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了51年的歷程。在過去的10年里，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，脫穎而出，成為時代需要不同層次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，發(fā)展非?？臁Ｄ壳罢鴺藴驶_放體系結(jié)構(gòu)的方向前進。就結(jié)構(gòu)形式而言，當今世界上的數(shù)控系統(tǒng)大致可分為4種類型：1.傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)；2.“PC嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)；3.“NC嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)；4.Soft型開放式數(shù)控系統(tǒng)。我國數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)與生產(chǎn)，通過“七五”引進、消化、吸收，“八五”攻關(guān)和“九五”產(chǎn)業(yè)化，取得了很大的進展，基本掌握了關(guān)鍵技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)，生產(chǎn)基地，培育了一批數(shù)控人才，其自身的數(shù)控產(chǎn)業(yè)初步形成，也帶動了電氣控制和驅(qū)動控制技術(shù)的發(fā)展。同時，具有中國特色的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過這些年來的發(fā)展該產(chǎn)品的性能和可靠性有了很大的提高，逐漸被用戶的認可。國外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的總體發(fā)展趨勢是：新一代數(shù)控系統(tǒng)向PC化和開放式體系結(jié)構(gòu)方向發(fā)展；驅(qū)動裝置通信，數(shù)字化方向發(fā)展；增強通信功能，向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到智能化的控制性能。1.1.5工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將向有線和無線相結(jié)合方向發(fā)展自從1978年第一個民用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)ARCNET投入運用以來，有線局域網(wǎng)以其廣泛的適用特性和技術(shù)價格方面因素的優(yōu)勢，獲得了巨大的成功并得到了迅速發(fā)展。然而，在工業(yè)現(xiàn)場，一些工業(yè)環(huán)境因素禁止、限制使用電纜或很難使用電纜，有線局域網(wǎng)很難發(fā)揮該起的作用，因此無線局域網(wǎng)技術(shù)得到了很大的發(fā)展和有效應(yīng)用。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，無線局域網(wǎng)技術(shù)將在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要的作用。無線局域網(wǎng)（WirelessLAN）技術(shù)可以非常便捷地以無線方式連接網(wǎng)絡(luò)的各種設(shè)備當中，人們可隨時、隨地、隨意地訪問網(wǎng)絡(luò)資源，是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)展的最重要的方向和趨勢。無線局域網(wǎng)可以在不采用電纜線的情況下，便提供以太網(wǎng)互聯(lián)功能。在有效推動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的同時，無線局域網(wǎng)也在很好的改變著人們的生活方式。無線網(wǎng)通信協(xié)議一般采用IEEE802.3和802.11。802.3是用于點對點方式，802.11是用于一點對多點方式。無線局域網(wǎng)可以在普通局域網(wǎng)基礎(chǔ)上通過無線HUB、無線接入站(AP)、無線網(wǎng)橋、無線Modem及無線網(wǎng)卡等設(shè)備來實現(xiàn)，以無線網(wǎng)卡使用最為普遍最為廣泛。無線局域網(wǎng)的未來的研究趨勢主要集中在安全性、移動漫游、網(wǎng)絡(luò)管理以及與3G等其它移動通信系統(tǒng)之間的關(guān)系等問題上。在工業(yè)控制自動化領(lǐng)域內(nèi)，有成千上萬的感應(yīng)器，檢測器，傳感器，計算機，PLC，讀卡器等設(shè)備，需要互相連接形成一個控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通常這些設(shè)備提供的通信接口是RS-232或RS-485來串行通信。無線局域網(wǎng)設(shè)備使用隔離型信號轉(zhuǎn)換器，將工業(yè)設(shè)備的RS-232串口信號與無線局域網(wǎng)及以太網(wǎng)絡(luò)信號之間相互轉(zhuǎn)換或者相互傳輸，符合無線局域網(wǎng)IEEE802.11b和以太網(wǎng)絡(luò)IEEE802.3協(xié)議標準，支持標準的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，有效的擴展了工業(yè)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通信能力。計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了“基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)智能化傳感器”的全新概念。這種基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)智能化傳感器讓工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)能夠通過無線鏈路直接在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上傳輸、發(fā)布和共享。無線局域網(wǎng)技術(shù)能夠在工廠的任何環(huán)境下，為各種智能現(xiàn)場設(shè)備、說話機器人以及各種自動化設(shè)備之間的通信提供高帶寬的無線數(shù)據(jù)鏈路通道和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，在一些特殊環(huán)境下有效地彌補了有線網(wǎng)絡(luò)的很多不足地方，進一步完善了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的通信性能。1.1.6工業(yè)控制軟件正向先進控制方向發(fā)展自20世紀80年代初期誕生至今，工業(yè)控制軟件已有20多年的發(fā)展歷史。工業(yè)控制軟件作為一種應(yīng)用性技術(shù)軟件，是隨著PC機的興起而不斷發(fā)展的。工業(yè)控制軟件主要包括人機交互界面軟件（HMI），基于PC機的工業(yè)控制軟件以及生產(chǎn)智能化管理軟件等。目前，我國已研發(fā)出一些具有自主知識產(chǎn)權(quán)的實時管理監(jiān)控軟件平臺、先進控制技術(shù)軟件、過程控制優(yōu)化軟件等集成應(yīng)用軟件，工程信息化、產(chǎn)品化有了一定程度上的突破，打破了國外同類應(yīng)用軟件的壟斷局面作為工也控制軟件的一個重要組成部分，國內(nèi)人機界交互面組態(tài)軟件研制方面最近幾年獲得了得了較大進展和成果，軟件和硬件相結(jié)合，為企業(yè)測試、控制、管理一體化提供了較完整的解決方案。在此發(fā)展基礎(chǔ)上，工業(yè)控制軟件將從人機交互界面和基本策略組態(tài)向先進控制方向發(fā)展。先進過程控制APC（AdvancedProcessControl）目前還沒有嚴格而統(tǒng)一的固定定義。一般將基于數(shù)學(xué)實施模型而又必須用計算機來實現(xiàn)的控制算法，統(tǒng)稱為先進過程控制策略。如：自適應(yīng)自動控制控制；預(yù)測控制；魯棒控制；棒棒控制；智能控制（專家系統(tǒng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）等。由于先進自動控制和優(yōu)化軟件可以創(chuàng)造相當大的經(jīng)濟效益和成果，因此這些軟件也是自身的價值提高和智能化水平大大提高。國際上已經(jīng)差不多有好幾十家公司，推車了上百種先進自動控制盒優(yōu)化新型軟件產(chǎn)品，在世界范圍內(nèi)形成了一個很強大的主流工業(yè)應(yīng)用軟件產(chǎn)業(yè)。因此，開發(fā)我國具體有自助餐券的的高技術(shù)控制和優(yōu)化新型軟件，打破外國產(chǎn)品的壟斷，替代進口產(chǎn)品，具體十分重要的意義。工業(yè)信息化是指在工業(yè)控制上、管理、經(jīng)營管理過程中，通過信息基礎(chǔ)設(shè)施，在自動化集成平臺上，數(shù)據(jù)信息的實時采集、信息的互相傳輸、信息的處理以及信息化的綜合利用等。在“十五”階段，國家用先進信息化推動工業(yè)化的工作重點有以下三個方面：一是以電子信息工程技術(shù)為重點，提高傳統(tǒng)生產(chǎn)過程控制自動化、控制信息智能化和管理平臺信息化程度；而是以先進性制造技術(shù)為重點，推進制造業(yè)領(lǐng)域的高效生產(chǎn)，繁榮制造業(yè)；三十改革提升重點產(chǎn)業(yè)的主要關(guān)鍵技術(shù)、共性技術(shù)及其相關(guān)水平、工藝和裝備水平。國家實施新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的主要目標有兩個:一是發(fā)展高端技術(shù)，形成新產(chǎn)業(yè)，培育新的增長點；二是利用先進自動化技術(shù)改造和優(yōu)化傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)，提高經(jīng)濟增長的總體質(zhì)量。1.2本文主要工作在選礦廠磨礦自動化的改造過程中涉及到了許多的專業(yè)性知識。本文首先對以下的幾個主要方面進行了闡述。首先是可編程控制器，英文稱ProgrammableLogicController，簡稱PLC。PLC是基于電子計算機且適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實現(xiàn)控制，而主要靠運行存儲于PLC內(nèi)存中的程序，進行入出信息變換實現(xiàn)控制。PLC基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普遍計算機進行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機界面好就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。入出信息變換、可靠物理實現(xiàn)，可以說是PLC實現(xiàn)控制的兩個基本要點。入出信息變換靠運行存儲于PLC內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。PLC程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序(不可更改)，又有用戶自行開發(fā)的應(yīng)用（用戶）程序。系統(tǒng)程序提供運行平臺，同時，還為PLC程序可靠運行及信號與信息轉(zhuǎn)換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計。什么樣的控制要求，就應(yīng)有什么樣的用戶程序?？煽课锢韺崿F(xiàn)主要靠輸人（INPUT）及輸出（OUTPUT）電路。PLC的I/O電路，都是專門設(shè)計的。輸入電路要對輸入信號進行濾波，以去掉高頻干擾。而且與內(nèi)部計算機電路在電上是隔離的，靠光耦元件建立聯(lián)系。輸出電路內(nèi)外也是電隔離的，靠光耦元件或輸出繼電器建立聯(lián)系。輸出電路還要進行功率放大，以足以帶動一般的工業(yè)控制元器件，如電磁閥、接觸器等等。I/O電路是很多的，每一輸入點或輸出點都要有一個I或O電路。PLC有多I/O用點，一般也就有多少個I/O用電路。但由于它們都是由高度集成化的電路組成的，所以，所占體積并不大。輸入電路時刻監(jiān)視著輸入狀況，并將其暫存于輸入暫存器中。每一輸入點都有一個對應(yīng)的存儲其信息的暫存器。輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點。輸出鎖存器與輸出點也是一一對應(yīng)的，這里的輸入暫存器及輸出鎖存器實際就是PLC處理器I/O口的寄存器。它們與計算機內(nèi)存交換信息通過計算機總線，并主要由運行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。把輸人暫存器的信息讀到PLC的內(nèi)存中，稱輸入刷新。PLC內(nèi)存有專門開辟的存放輸入信息的映射區(qū)。這個區(qū)的每一對應(yīng)位（bit）稱之為輸入繼電器，或稱軟接點。這些位置成1，表示接點通，置成0為接點斷。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的，所以，它反映的就是輸入狀態(tài)。輸出鎖存器與PLC內(nèi)存中的輸出映射區(qū)也是對應(yīng)的。一個輸出鎖存器也有一個內(nèi)存位（bit）與其對應(yīng)，這個位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈?？窟\行系統(tǒng)程序，輸出繼電器的狀態(tài)映射到輸出鎖存器。這個映射也稱輸出刷新。輸出刷新主要也是靠運行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)的。這樣，用戶所要編的程序只是，內(nèi)存中輸入映射區(qū)到輸出映射區(qū)的變換，特別是怎么按輸入的時序變換成輸出的時序。這是一個數(shù)據(jù)及邏輯處理問題。由于PLC有強大的指令系統(tǒng)，編寫出滿足這個要求的程序是完全可能的，而且也是較為容易的。其次是模糊邏輯控制(FuzzyLogicControl)簡稱模糊控制(FuzzyControl)，是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機數(shù)字控制技術(shù)。我國工業(yè)行業(yè)的整體發(fā)展趨勢是由粗放式向集約式的過渡，改變以往的粗、笨、重、以人力消耗、資源消耗為基礎(chǔ)的生產(chǎn)模式，向自動化、精細化、過程化的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變，最大限度的解放勞動力，提高過程的自動化，減少人為的干預(yù)過程，提高生產(chǎn)流程的穩(wěn)定性。磨選過程是選礦工藝中最主要的一個工藝流程，其過程的穩(wěn)定性對最終產(chǎn)品—鐵精礦粉的品位起到?jīng)Q定性的作用。本文對包鋼選礦廠磨礦生產(chǎn)線的自動控制改造做了詳細闡述。首先對國內(nèi)外同行業(yè)的技術(shù)現(xiàn)狀進行了論述，用其技術(shù)特點與包鋼現(xiàn)今采用的技術(shù)進行了對比，找到了自身存在的不足及發(fā)展方向。其次，詳細分析了我廠磨礦流程的技術(shù)特性及生產(chǎn)現(xiàn)狀，分析問題，總結(jié)問題，找到了解決問題的方法。再次對我國過程控制的發(fā)展做了闡述，對技術(shù)現(xiàn)狀做了說明，對我廠磨礦工藝流程采用自動控制的可行性進行了分析論證并得出了肯定的結(jié)論。隨后對技術(shù)改造涉及的原理、技術(shù)進行了說明，對工藝流程進行了詳細的介紹，指出了工藝流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并列舉了相關(guān)的參數(shù)。最后詳細介紹了總體設(shè)計思路及改造方案，對所用到了硬件、軟件進行了說明，對系統(tǒng)運行后的效果進行了對比。2選礦廠磨礦工藝過程分析

及自動控制技術(shù)路線2.1工藝過程分析選礦廠磁礦系列的磨礦分級過程，一段為開路磨礦，二、三段閉路磨礦，原礦經(jīng)電振給料機下料到集礦皮帶，再經(jīng)給礦皮帶（核子稱計量）給入棒磨機，棒磨機的磨礦濃度由給礦量和按比例給水控制，棒磨機排礦進入Ф3m分級機；分級機溢流經(jīng)一段泵給入一段旋流器，一段旋流器溢流進入后續(xù)選別作業(yè)，一段旋流器沉砂進入二次球磨；分級機返砂進入一次球磨，一次球磨機排礦進入Ф3m分級機形成閉路循環(huán)；二次球磨機的排礦經(jīng)二段泵給入二段旋流器，二段旋流器溢流和一段旋流器溢流一起進入后續(xù)選別作業(yè)，二段旋流器沉砂則返回到二次球磨機形成閉路循環(huán)；工藝流程如圖2-1。圖2-1選礦廠磨礦分級工藝流程圖由此可以看出，整個磨礦過程比較復(fù)雜，影響磨礦效率的因素也比較多，但總的看來，該磨礦過程具有以下主要特點：⑴一段磨礦為開路磨礦，因此一段磨礦的處理能力直接影響到整個流程的處理能力，所以一段棒磨機的控制非常重要。⑵分級機溢流進入一段旋流器,一段旋流器合格產(chǎn)品進入后續(xù)選別作業(yè),不合格產(chǎn)品進入二次球磨再研磨,因此對一段旋流器的給礦濃度即分級機溢流濃度的控制非常關(guān)鍵,其分級粒度直接影,響磨選指標。⑶由于磨礦工藝復(fù)雜，作業(yè)指標的好壞由三段磨機共同決定，因此必須對磨礦流程全過程進行有效的負荷分配，才能在保證最終磨礦粒度指標的前提下，適度提高系統(tǒng)的磨礦處理能力。2.2磨礦過程工藝參數(shù)磨礦過程工藝參數(shù)由包鋼選礦廠技術(shù)科對磁鐵礦系列磨礦分級流程考察確定后提供。原礦粒度13～0mm；原礦硬度F=8～12；給料方式電振給礦機；原礦皮帶1.0×26.1m，速度1.33m/s；給礦皮帶0.8×14m，速度1.33m/s；原礦計量核子稱；棒磨機磨礦濃度80～85%；一次磨機磨礦濃度70～75%；二次磨機磨礦濃度65～70%；分級機溢流濃度34±2%，傳動電機45KW；一段旋流器（Ф500mm）給礦濃度34±2%，沉砂濃度≥60%，溢流濃度20±2%，溢流粒度（-200目）≥94%；二段旋流器（Ф350mm）給礦濃度≤40%，沉砂濃度≥65%，溢流濃度22±2%，溢流粒度（-200目）≥88%；工藝用水環(huán)水，水壓≥0.17Mpa。2.3磨礦過程自動控制技術(shù)路線2.3.1控制目的穩(wěn)定磨礦工藝流程，在保證磨礦產(chǎn)品滿足選別指標的基礎(chǔ)上，適度提高系統(tǒng)的磨礦臺時處理能力。2.3.2控制因素通過對包鋼選礦廠的工藝流程進行分析，棒磨機和一次球磨機的磨礦效率對整個磨礦過程的處理能力有直接的作用，保證棒磨機和一次球磨機運行在最佳工作狀態(tài)，是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。在磨礦分級過程中，影響系列處理能力及磨礦產(chǎn)品粒度的因素有：給礦量、礦石粒度及硬度、分級機返砂量、旋流器給礦濃度、磨礦濃度、返砂水量、磨機轉(zhuǎn)速、介質(zhì)充填率、襯板狀況及球荷球比等，以上所介紹的因素具有很強的隨機性和多變性，此外三段磨礦具有的負荷分配特性，都增加了包鋼集團公司選礦廠的磨礦分級過程控制工作的難度。根據(jù)我公司在其它礦山實施磨礦分級自動控制的經(jīng)驗和包鋼選礦廠的實際生產(chǎn)情況，通過檢測和控制一些對磨礦效果影響比較直接的因素，如給礦量、磨礦濃度、給礦水水量、磨機音量、磨機功率、分級機電流、分級機溢流濃度、分級機補加水水量、旋流器給礦濃度作為檢測數(shù)據(jù)；選取控制變量給礦量、棒磨機給礦水水量、分級機補加水水量、一次球磨機返砂水量、二次球磨機排礦補加水水量等，同時選取被控制變量磨機充填率、分級機溢流濃度、磨礦濃度等，將其它的變量作為系統(tǒng)的隨機干擾。2.3.3控制原則為了保證磨礦系統(tǒng)效率最佳，必須控制兩個濃度及進行合理的負荷分配。⑴必須控制磨機磨礦濃度在最佳磨礦濃度范圍內(nèi)棒磨機的磨礦濃度檢測可以通過在棒磨機排礦端安裝濃度計的方法得到，并與控制系統(tǒng)計算得到的磨礦濃度進行比較和驗證，保證棒磨機磨礦效率最高；一次球磨機的磨礦濃度通過安裝在一次球磨機排礦端的濃度計檢測，可調(diào)整分級機返砂水來控制磨礦濃度在最佳范圍；二次球磨機濃度由二段旋流器和一段旋流器沉砂濃度來決定，其濃度控制沒有意義。只需在二段旋流器給礦管道上安裝濃度計來保證旋流器分級效果。⑵必須控制分級機溢流濃度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)由工藝過程分析可知，分級機溢流濃度即一段旋流器給礦濃度會對旋流器的產(chǎn)品質(zhì)量和分級效率產(chǎn)生直接影響，在原礦性質(zhì)、設(shè)備、工藝流程均穩(wěn)定的前提條件下，濃度和粒度會形成濃度小，濃度大，粒度細，粒度粗的線形關(guān)系，將濃度計安裝在分級機溢流端下方，檢測分級機溢流濃度，通過調(diào)整分級機補加水量來保證其穩(wěn)定在一定范圍。⑶必須在分級機溢流濃度穩(wěn)定一定范圍內(nèi)的前提下，使磨礦系統(tǒng)給礦量最大主要是通過在分級機溢流端安裝濃度計檢測溢流濃度，并通過電動調(diào)節(jié)閥調(diào)整分級機補加水量的大小，保證溢流濃度穩(wěn)定在一定范圍；對球磨機功率、電耳、分級機電流信號進行采樣處理，動態(tài)調(diào)整三段磨機的磨礦負荷，確定最佳給礦量，調(diào)整電振電機振動頻率來調(diào)整給礦量的大小。由以上分析可知：自動控制系統(tǒng)為保證磨機磨礦效率穩(wěn)定在最優(yōu)范圍內(nèi)，必須通過調(diào)整給礦量、給礦水量、補加水量、控制磨礦濃度等環(huán)節(jié)來實現(xiàn)，并增加輔助設(shè)施來協(xié)調(diào)工作。2.3.4實現(xiàn)功能控制系統(tǒng)的主要功能有以下幾個方面：⑴在一定范圍內(nèi)，控制系統(tǒng)可以根據(jù)礦石性質(zhì)的變化，自動調(diào)整給礦量的大小。⑵控制系統(tǒng)能保證一、二段旋流器給礦濃度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，從而保證旋流器的溢流濃度，即保證了磨礦系統(tǒng)的磨礦粒度。⑶采用檢測磨機電耳、磨機功率及分級機電流等多因素的控制方案，來保證磨機的充填率在最佳范圍內(nèi)，使磨機的磨礦效率最高。=4\*GB2⑷控制系統(tǒng)不能自動判斷那一個電振給料機的料倉斷料，當現(xiàn)場電振給料機斷料時，可由現(xiàn)場操作工手動停止或通知控制室操作員停止相應(yīng)的給料機；但控制系統(tǒng)能自動調(diào)整其它電振給料機的運轉(zhuǎn)頻率，保證整個控制系統(tǒng)給料平穩(wěn)。3系統(tǒng)控制方案本著控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，操作方便的原則，我們可以對本系統(tǒng)設(shè)計分為以下幾個控制部分。采用最佳值給礦（優(yōu)化給礦）及磨機功率、電耳保護及負荷有效分配相結(jié)合的方案對系統(tǒng)磨礦能力進行檢測，并在一定范圍內(nèi)自動控制給礦量大小。當前磨機的磨礦能力主要是采用模糊控制的原理將磨機電耳、分級機電流、功率等信號等采樣值、趨勢變化率、趨勢值經(jīng)反量化、模糊推理輸出而得到，并根據(jù)磨礦能力確定給礦量的期望值，在控制系統(tǒng)給礦量期望值確定以后，檢測核子皮帶秤的反饋信號，計算流量偏差，通過直接控制變頻器控制振動給礦機的振動頻率，穩(wěn)定控制給礦量。采用濃度計直接檢測分級機溢流濃度和磨機磨礦濃度，更精確的控制分級機溢流濃度和磨機磨礦濃度穩(wěn)定在選礦工藝要求的范圍內(nèi)，保證磨礦效率最高及穩(wěn)定磨礦細度。主控單元的設(shè)計以高可靠性、高速度運算為基礎(chǔ)。普通工控機雖然運算能力突出，但是可靠性比較低；而調(diào)節(jié)器的可靠性得到保證，但是其運算能力是其致命缺點。整個控制系統(tǒng)考慮主要以可編程序控制器為主控制器（PLC）實現(xiàn)控制，同時系統(tǒng)采用先進的集散控制（DCS）設(shè)計思想。3.1控制系統(tǒng)軟件組成3.1.1磨礦過程的測控⑴礦石與球荷的檢測磨機負荷充填率是影響系列臺時處理量的一個主要原因。正常情況下，磨機負荷的檢測包括如軸壓力法、同步機功率、軸震動、超聲、電耳等多種方法，其中同步機功率和電耳法是比較有效的。電耳方法是主要檢測磨機運轉(zhuǎn)時的聲音強弱，它與磨機給礦量、球荷、磨礦濃度、礦石硬度等因素均有關(guān)，但在一些特定的情況下，給礦量的變化仍是起主要作用的。在磨機工作的過程中，其頻率的高低，聲音的強弱，與磨機礦石性質(zhì)和負荷充填率都有著密不可分的關(guān)系。當磨機給礦量少、磨機負荷小時，其聲音強，頻率高，人耳感覺清脆；當給礦量增加、磨機負荷給礦量大時，聲音是微弱的，低頻率，耳朵感到無聊。但人耳能夠分辨磨“空心化”或“脹肚”兩個極端的效果，不能區(qū)分變更的過程中，電耳能準確判斷的變化，強度和頻率，分析形勢，礦石礦物填料廠磨礦程度的變化，從而實現(xiàn)了控制系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)自動增、減礦的控制。通過監(jiān)視磨機工作有功功率變送器，與信號電耳傳感器相比，該系統(tǒng)可以是球負荷進行分析，實現(xiàn)人工不能準確地判斷球軸承的報警狀態(tài)下，也消除了系統(tǒng)球負載變化上電耳累積誤差。采用電耳信號和磨機功率信號對磨機負荷進行檢測對比，可對礦石與球荷等因素的變化進行準確的分析，同時為系統(tǒng)磨礦效率的檢測提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時，電耳和功率兩個檢測因素互相補充，并在其一出現(xiàn)故障時，另一檢測因素能發(fā)揮保護作用，而不至于引起控制系統(tǒng)的崩潰，對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定的保證。⑵磨礦效率檢測這里講的磨礦效率是指：在一定的磨機功率所對應(yīng)的臺時處理量，臺時處理量大，則磨礦效率高，臺時處理量小，則磨礦效率低。磨機功率、音強與負荷變化趨勢圖如圖3-1。圖3-1功率、音強與負荷趨勢圖由負荷關(guān)系趨勢圖可以看出，磨機在運行的過程中，在磨機的給礦量的小、磨機負荷在低的時候，磨機電耳信號高，磨機功率?。浑S著給礦量增加、磨機負荷大時，磨機電耳信號降低同時磨機功率消耗增高；達到一定量時，電耳繼續(xù)降低，但是磨機功率也開始下降。使用磨機負荷功率傳感器來測量磨機的工作過程中，輸入信號的控制，以在磨負荷，主控制單元。高功率發(fā)射機，在磨礦效率磨輸出信號成正比，負載增加，電量變送器信號輸出為高電平，但在“脹肚”的趨勢，電量變送器信號功率，高磨削效率下降，從而保證了軋機工作在功率信號接近最佳值的附近，同時可以通過物理校準將按照原來的控制電源信號磨“脹肚”的趨勢點的“脹肚”的信號值，即臨界點，當電源信號大于臨界點，磨機電源是否正常，工作過程。當信號功率低于臨界點，該軋機具有“脹肚”的趨勢，控制過程進入“脹肚”的保護。信號功率比的臨界點更高，然后下降，這磨機負荷的變化，即磨礦內(nèi)存過多或進料粒度變粗或礦石硬度變大引起磨機排礦變慢，此時可以控制輸出頻率信號，以減少，直至功率信號拾取，礦石原量恢復(fù)后接近一個恒定值，正常情況下，礦石原來的金額，以滿足磨加工能力，事業(yè)磨已經(jīng)“臃腫”的趨勢通常是礦石粒度和造成的硬度變化。在同一時間，電流檢測分類器，即分類器檢測下溢的比率也有利于棒磨機和球磨機的工作狀態(tài)調(diào)整中，當用球磨機是在正常情況下，分類器下溢的比率是相對穩(wěn)定的，當磨“脹肚”的趨勢或礦石性質(zhì)變硬，分類溢量反之，下降?？捎煞旨墮C返砂量的變化適當調(diào)節(jié)棒磨機給礦量及返砂水量的大小，使一次球磨機工作處于相對穩(wěn)定，保證磨礦濃度穩(wěn)定在最佳范圍。改變使用電動耳朵，功率和分級電流判斷軋機工作狀態(tài)，不僅確定趨勢破碎機，破碎機狀態(tài)，也使得自診斷的控制系統(tǒng)，自我修正得到了可靠的保證，為客戶提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢測和磨削效率的控制系統(tǒng);并在其中發(fā)生故障時，系統(tǒng)仍能正常工作，既起到相互保護的作用。這個過程是一種先進的模糊控制理論，控制的基礎(chǔ)和指導(dǎo)思想，檢測模糊控制的多輸入，是磨機電耳，磨功率，電流和延長分級機溢流粒度，工藝參數(shù)的輸入。綜合評價因素使得分析與單磨狀態(tài)檢測更準確，更及時，更可靠。在單一檢測條件下，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，然后運行整個控制系統(tǒng)失控的基礎(chǔ)上的意愿，并導(dǎo)致系統(tǒng)的癱瘓，而多因素的影響，也不會發(fā)生，當一個因素測試設(shè)備或信號檢測故障，其他因素會立即進行補償，以保證控制系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。真正的校準可以磨機“脹肚”的趨勢電信號和功率信號和耳擴展當前的“脹肚”的信號比較值的點-臨界點，當信號低于臨界點越高，磨機工作，工作按照原來的控制過程。當信號接近臨界點時，工廠有“脹肚”的趨勢，控制過程進入了“脹肚”預(yù)處理保護的一部分。保護過程：當控制信號接近臨界點，表明磨機內(nèi)存礦向過多或給礦粒度變粗或礦石硬度升高的趨勢發(fā)展，可控制輸出給礦信號減小持續(xù)一段時間，直到檢測信號恢復(fù)正常，接近某個定值后再恢復(fù)原給礦量。磨機空砸保護的原理與脹肚保護過程類似。為了保證控制效果，必須保證磨機始終運行在磨礦效率較高的狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)通過對功率、電耳的對比分析以及變化趨勢當前的最佳礦量，當?shù)V石粒度均勻、硬度變小、加球適當時，可以自動調(diào)節(jié)臺時處理量高于常規(guī)值，實現(xiàn)自動最優(yōu)給礦。3.1.2磨礦過程工藝參數(shù)測的測控⑴給礦量測控控制系統(tǒng)采用核子稱對原礦量進行檢測，核子稱具有輸出4～20mA標準信號的接口，通過此節(jié)口，控制系統(tǒng)檢測的模擬量信號與實際礦量一一對應(yīng)。自動控制系統(tǒng)通過對磨機功率信號和磨機音強信號進行對比分析，確定系統(tǒng)當前的運轉(zhuǎn)情況。同時根據(jù)檢測信號的歷史記錄以及趨勢分析來確定系統(tǒng)的礦石性質(zhì)，主要是礦石易磨程度的變化情況。并根據(jù)磨礦系統(tǒng)的當前給礦量推算出下一時刻磨礦系統(tǒng)的應(yīng)給礦量，即控制系統(tǒng)給礦量的期望值。通過核子秤主機將給礦量信號轉(zhuǎn)化為標準信號送至PLC，參照控制系統(tǒng)設(shè)定的礦量期望值，自動調(diào)整振動電機的頻率，從而控制給礦量的大小。考慮到包鋼選礦廠的磁礦系列給料方式的特點，給料機相對較少，給料粒度細，給礦皮帶也較短，因礦倉布料的需要，需要同時運行的給礦機多；部分給礦機到核子稱的檢測距離比較長，造成控制系統(tǒng)控制滯后，易引起控制震蕩，影響磨礦過程穩(wěn)定。結(jié)合我廠在其他礦山的應(yīng)用情況作出以下控制方式：每個給料機由一臺變頻器單獨控制，并把全部給礦機根據(jù)其距核子稱的遠近分成四組控制單元，每組控制單元實行不同的控制方式并記錄運行時間，根據(jù)給礦量的變化，調(diào)節(jié)離核子稱最近的給料機的振動頻率，保證系統(tǒng)給礦均勻穩(wěn)定，如變頻器出現(xiàn)故障，將之切換到工頻運行或其他振動給料機即可。通過比較的礦石的預(yù)期值的值與測試值，如偏差超過允許極限，那么PLC是用于調(diào)節(jié)和控制，并且將控制信號輸出到逆變器，振動頻率限制電動機，消除偏置飼料量。該方法的連續(xù)操作，可以保證的礦石量保持在靠近軋機，它始終工作在最佳范圍內(nèi)的最佳點。無靜差，這種控制方法具有較高的穩(wěn)定性可以保持與模糊控制的PID控制，參數(shù)自適應(yīng)和可調(diào)節(jié)速度快的特點，其控制原理如圖3-2所示。圖3-2礦量控制原理圖⑵棒磨機磨礦濃度檢測控制測控開路磨礦的一般條件下，是由給礦水和新給礦量組成磨機濃度的，所以要想實現(xiàn)對磨礦濃度的控制，就要控制給礦水的水量。磨礦濃度可以由公式計算出來或在磨機排礦端直接安裝濃度計檢測，根據(jù)包鋼（集團）選礦廠的實際情況，由于直接安裝有一定的困難，可以通過棒磨機排礦端到分級機的溢流槽進行改造，安裝濃度計，從而對棒磨機的磨礦濃度進行直接檢測，通過調(diào)整棒磨機給礦水的大小，保證磨礦濃度在最佳范圍之內(nèi)，同時通過濃度計算公式計算出棒磨磨礦濃度，與檢測到的磨礦濃度進行對比，提高了一段磨礦濃度控制的準確性和穩(wěn)定性。給礦水計算公式如下：Wf=Qg(1/Km-1)其中為所需要的給礦水量為Wf，磨機的磨礦濃度為Km，磨機給礦量為Qg。棒磨機磨礦濃度控制原理圖如圖3-3。圖3-3棒磨機磨礦濃度控制原理圖⑶一次球磨機的磨礦濃度測量控制磨礦濃度的大小對礦粒在鋼球周圍的粘著程度、礦漿的比重和礦漿的流動性有直接影響，也會對磨機磨礦合格粒度的比率有影響，為了避免礦石的過度粉碎，提高磨礦指標就顯得至關(guān)重要。對具體的磨礦分級過程來說，磨礦濃度有一個最佳范圍，磨礦濃度過高或過低都不利于磨礦效果，最佳磨礦濃度可以由磨礦分級生產(chǎn)過程中工藝考察得到。在一次的閉路粉磨條件下，礦石粉碎機是一種新型飼料和返砂組成，控制研磨濃度，一定要控制好返砂水。根據(jù)生產(chǎn)實踐中，進料和分級機溢流密度穩(wěn)定，波動性，它的砂返回量，只要根據(jù)礦石粒度和礦石特征，砂返回校準比正常，礦石供給量和返回砂比，通過研磨的礦石濃度要求所需的砂水回水計算。包鋼選礦廠的磨礦工藝較復(fù)雜，一次球磨機的給礦量影響因素比較多，受棒磨機、一次球磨機排礦的影響比較大，因此，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，對一次球磨機排礦端到分級機的溜槽進行改造，安裝濃度計直接檢測一次球磨機磨礦濃度，并通過控制返砂水量的大小來控制一次磨機磨礦濃度；這樣，才能充分發(fā)揮棒磨機、一次球磨機的作用。采用濃度計直接檢測磨礦濃度，并將其與工藝過程最佳磨礦濃度進行比較，如有偏差，則調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開度，控制返砂水量的大小，直到偏差消除，過程穩(wěn)定為止。其控制原理圖如圖3-4。圖3-4一次球磨磨礦濃度控制原理圖閉路磨礦按磨礦濃度的要求計算出所需的返砂水量，返砂水計算公式如下：其中：Qg-磨機給礦量Qf磨機返砂量Km磨礦濃度Kg給礦濃度Kf返砂濃度C返砂比用濃度計直接檢測磨礦濃度，并用最好的研磨集中的過程進行了比較，如有偏差，調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開度，控制返砂量，直到錯誤被消除，穩(wěn)定的過程。上式中，WF為需要的返砂水量，Km、Kg及KF、Kg均認為是為常數(shù)，計算出的N1、N2也為常數(shù)。因此，一次球磨返砂水的控制，如果返砂比穩(wěn)定，則返砂水量也是穩(wěn)定的。所以，該計算將返回砂水的值與測試系統(tǒng)相比較，然后通過PID調(diào)諧輸出給電動閥自動調(diào)節(jié)水的量，來實現(xiàn)磨削濃度的控制。其控制原理圖如圖3-5。圖3-5返砂水量控制原理圖⑷分級機溢流濃度的測控一次分級溢流粒度是否滿足選別工藝的要求是穩(wěn)定生產(chǎn)指標，達到生產(chǎn)工藝要求的一個具體參數(shù)。在一定條件下，分級溢流粒度與分級溢流濃度在礦石相對穩(wěn)定的狀態(tài)是直接相關(guān)的，可以由控制分級溢流濃度間接控制溢流粒度，這在粒度分級設(shè)備中時普遍使用的，因此，用濃度計檢測分級溢流濃度并通過閉環(huán)控制的方法是行之有效的，也是控制系統(tǒng)保證產(chǎn)品質(zhì)量的主要措施。采用濃度計對分級機溢流濃度（一次旋流器給礦濃度）進行檢測，在分級機工作參數(shù)確定的條件下，分級機溢流濃度主要受分級機補加水量及磨機排礦濃度的影響。由于加水直接影響返砂分級量，使補水量調(diào)控應(yīng)考慮的各項參數(shù)要求的協(xié)調(diào)和負荷分配。根據(jù)配水檢測分級機溢流密度測定，并根據(jù)不同的礦石，以控制系統(tǒng)的輸入值溢出濃度滿足工藝要求，并且其值與溢流濃度檢測進行比較，如果任何偏差，調(diào)整填充水的電控閥的開度，控制水，檢測和總是溢出濃度計值維持在濃度設(shè)定值的偏差的添加量，從而達到控制溢流濃度的目的。其控制原理圖如圖3-6。圖3-6分級機溢流濃度控制原理圖⑸旋流器給礦濃度及給礦泵池液位的測控旋流器溢流粒度合格率作為達到生產(chǎn)工藝實際要求、穩(wěn)定生產(chǎn)指標的另一個具體參數(shù)也很重要。只要旋流器給礦濃度和給礦泵池液面穩(wěn)定了，也就保證旋流器溢流粒度與后續(xù)流程的穩(wěn)定。一段旋流器給礦濃度控制由控制分級機溢流濃度實現(xiàn)；二段旋流器給礦濃度控制原理如圖3-7。圖3-7旋流器給礦濃度控制原理圖在保證旋流器給礦濃度的基礎(chǔ)上，還必須對旋流器給礦泵池液位進行控制，只有這樣，才能保證旋流器給礦壓力的穩(wěn)定。其控制原理圖如圖3-8。圖3-8旋流器給礦泵池液位控制原理圖圖3-9電動閥控制組態(tài)結(jié)構(gòu)圖3.2控制系統(tǒng)主控單元3.2.1基本設(shè)計思想為了適應(yīng)冶金行業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜性、惡劣性，我公司在系統(tǒng)可靠性設(shè)計方面做到了可以適應(yīng)濕度、溫度、電網(wǎng)、噪聲、震動等因素變化較大的工業(yè)場合。設(shè)計的系統(tǒng)顯示直觀，操作方便，運行可靠。測控系統(tǒng)的核心單元采用了抗工業(yè)惡劣環(huán)境能力強，長期運行可靠的PLC來完成原礦量、棒磨機功率、棒磨機電耳、棒磨機給礦水量、棒磨機磨礦濃度、分級機電流、一次磨機返砂水量、分級機補加水量、一次磨機功率、一次磨機電耳、一段旋流器給礦濃度、一段旋流器給礦泵池液位、二次磨機功率、二次磨機電耳、二次磨機排礦補加水量、二段旋流器給礦濃度、二段旋流器給礦泵池液位計等21個模擬量的檢測，并對全部給料機及六個電動調(diào)節(jié)閥進行輸出控制。完成給礦皮帶，集礦皮帶，皮帶給料機馬達，逆變器故障，電機故障，給礦異常，水故障，球荷球比異常輸入和輸出不正常的開關(guān)信號的球比;根據(jù)實際生產(chǎn)情況，采用國際先進的分布式控制方式：PC機采用工業(yè)控制計算機，完成數(shù)據(jù)集的管理工作;PLC作為下位機完成獨立系統(tǒng)的分散控制功能，數(shù)據(jù)傳輸通過高可靠的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。該控制系統(tǒng)還具有以下功能特點：“等電位設(shè)計”具有良好的接地系統(tǒng)避免設(shè)備過壓而遭損壞，“抗干擾設(shè)計”具有避免信號干擾而影響控制效果的功能。其主要措施為：所有的控制電纜屏蔽電纜的選擇，將動力電纜和控制電纜分開;采取必要的措施來抑制變頻器諧波的影響；每個I/O板有備用點，每種類型備有I/O模塊，來保證控制系統(tǒng)正常運行?？刂茊卧葾B公司SLC500系列可編程序控制器組成。其中CPUD單元選擇504模塊，具有數(shù)十K程序內(nèi)存、4K數(shù)據(jù)空間、本地尋址960點、遠程I/O等特點。模擬量輸入輸出均有隔離保護，開關(guān)量每個點之間均有光電隔離，模擬量模塊相互之間及背板之間都是隔離的。上位機支持工作站、工控機、操作站等設(shè)備，考慮系統(tǒng)的總成本情況，我廠采用IPC610工業(yè)控制機，其可靠性等各項技術(shù)指標均優(yōu)于工作站，但其成本卻不到工作站的一半。網(wǎng)絡(luò)采用DH+工業(yè)控制網(wǎng)，該網(wǎng)路的設(shè)備之間均實現(xiàn)了電氣隔離，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?。網(wǎng)路支持掛靠站點32個，保證了系統(tǒng)的可擴充性。為了確保系統(tǒng)運行可靠，故障少，操作維護方便，在設(shè)備選擇時，必須選擇經(jīng)過長期檢驗證明性能穩(wěn)定可靠的來適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境。因此，主控機采用美國AB公司的logix5000系列PLC（可遍程序控制器），實現(xiàn)開關(guān)量、模擬量的輸入與輸出及相應(yīng)的控制過程。變頻器選擇具有遠程控制功能，有4~20mA輸入接口。工控機采用研華ADAM系列模塊。研華ADAM系列模塊是一種內(nèi)置微處理器、傳感器的智能化設(shè)備。它通過RS-485通訊協(xié)議發(fā)送或接收ASCII碼格式的命令，因此可實現(xiàn)復(fù)雜算法編程。ADAM模塊主要采用ADAM-4000系列和ADAM-5000系列兩種。ADAM-4000該系列產(chǎn)品是一個小型的家庭數(shù)據(jù)采集和控制，適用于數(shù)據(jù)采集點分布較少集中的場合。ADAM-5511系列通過多通道I/O模塊來數(shù)據(jù)采集和控制的實現(xiàn)，實際上是PC機與可編程控制器來完成的基礎(chǔ)上，獨立，適用于數(shù)據(jù)點集中的地方的數(shù)據(jù)采集和控制。研華ADAM系列模塊具有以下特點：（1）安裝極為方便由于采用了RS-485協(xié)議和使用了ADAM-4000系列的遠程I/O模塊，只要一根雙絞線就可以實現(xiàn)現(xiàn)場I/O信號和ADAM-5511之間的連接，這不僅大大減小了接線工作量，也使整個系統(tǒng)更為簡捷可靠。（2）適用于復(fù)雜的過程控制ADAM-5511內(nèi)置80188CPU和ROMDOS，因此可運行C和C++等高級語言編譯的應(yīng)用程序，從而可以實現(xiàn)復(fù)雜算法的編程，并通過ADAM-5511實現(xiàn)復(fù)雜的過程控制算法。ADAM-5511還為算法的調(diào)試提供了手段。（3）配置靈活有模擬量輸入輸出、數(shù)字量輸入輸出、不同的功能模塊的計數(shù)器的情況下，該傳感器可以直接連接到多種類型的，適合的溫度，壓力測量，流量，電壓，電流和各種類型的數(shù)字信號;信號類型（電流，電壓）和輸入，輸出范圍有多種選擇的參數(shù);可編程;通過一系列的ADAM網(wǎng)絡(luò)中繼器，不僅可以用信號測量較長的距離，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)量可以擴展;ADAM-4000和5000系列還為用戶提供軟件包，從而支持了ADAM模塊與FIX、INTOUCH、GENIE等組態(tài)軟件的通訊。（4）較高的可靠性和通信能力有較寬的供電電源范圍（10-30VDC）；輸入和輸出模塊，隔離保護的方法，它具有很高的抗干擾能力;內(nèi)置看門狗定時恢復(fù)電路，處理器在系統(tǒng)崩潰，電腦離線或關(guān)機，都不會影響ADAM-5511的正常數(shù)據(jù)采集和控制；采用RS-485串行通信協(xié)議，具有較高的傳輸速率（1200BPS-38.4KBPS），傳輸距離可達1200米；一根雙絞線即可實現(xiàn)多點通信，可實現(xiàn)控制程序的在線下載，在使用多個ADAM-5511時，下載程序不會影響其余ADAM表3-1系統(tǒng)硬件配置圖槽號主控制模塊擴展控制模塊1擴展控制模塊2一槽電源模塊電源模塊電源模塊二槽CPU擴展單元通訊模塊擴展單元通訊模塊三槽擴展單元通訊模塊8路模擬量輸入模塊8路模擬量輸入模塊四槽8路模擬量輸入模塊8路模擬量輸入模塊8路模擬量輸入模塊五槽4路模擬量輸入模塊4路開關(guān)量輸出模塊4路開關(guān)量輸出模塊六槽16路開關(guān)量輸入模塊4路開關(guān)量輸出模塊4路開關(guān)量輸出模塊七槽16路開關(guān)量輸入模塊16路開關(guān)量輸入模塊16路開關(guān)量輸入模塊八槽16路開關(guān)量輸出模塊16路開關(guān)量輸入模塊16路開關(guān)量輸入模塊九槽16路開關(guān)量輸出模塊16路開關(guān)量輸出模塊16路開關(guān)量輸出模塊3.2.3模糊控制我們在主控單元上融入了模糊控制理論。結(jié)合生產(chǎn)過程中各工藝參數(shù)，建立模糊控制規(guī)則。通過模糊推理，算出模糊控制輸出，反模糊化，實現(xiàn)最優(yōu)化控制。由于時變和大時滯磨削過程的復(fù)雜性和，無法定量確定磨機的工作狀態(tài)和變化的礦石粉碎度，只有定性的或極端的判決，該判決是無法實現(xiàn)工廠的精確控制。為了實現(xiàn)工廠的精確控制，磨，必須是粉磨系統(tǒng)的過程中，礦石粉碎度的變化等諸多因素與生產(chǎn)實踐的績效，建立模糊控制規(guī)則，模糊推理，推理結(jié)果，去模糊和PID控制相結(jié)合的控制對象，組成Fuzzy+PID的控制閉環(huán)，從而實現(xiàn)磨機的精確控制。在實際生產(chǎn)過程中，影響球磨機工作的因素很多。我們選擇了對生產(chǎn)影響比較大的因素進行檢測：如磨機噪音、磨機功率、分級機電流、分級機溢流濃度作為模糊控制器的輸入，模糊控制器的最后輸出是磨機給礦量、給礦水量、補加水量、返砂水量。這些輸出值經(jīng)限幅處理后作為PID控制器的輸入，PID控制器的輸出指導(dǎo)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機構(gòu)進行生產(chǎn)。其模糊控制原理圖如圖3-9。圖3-9模糊控制原理框圖由上圖可知，模糊控制和常規(guī)控制之間的主要區(qū)別在于，采用模糊控制器。模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，一個模糊控制系統(tǒng)的好壞，取決于模糊控制器的結(jié)構(gòu)，模糊規(guī)則，合成推理算法，以及模糊決策的方法等因素。模糊控制器（FuzzyControllerFC）也稱為模糊邏輯控制器(FuzzyLogicControllerFLC)，由于其所采用的模糊控制器是一種語言型控制器，故也稱為模糊語言控制器（FuzzyLanguageControllerFLC）。其原理組成如圖3-10。圖3-10模糊控制器的組成框圖模糊化接口(Fuzzyinterface)模糊控制器(Fuzzyinterface)的輸入實際就是其模糊控制器的接口，所以其控制輸出的求解必須通過模糊化才能實現(xiàn)。該設(shè)備主要用于一個模糊矢量與真實的確定量輸入之間的轉(zhuǎn)化。例如一個模糊輸入變量e，通?？梢詫ζ淠：蛹魅缦路绞絼澐郑孩賓=負大，負小，零，正小，正大=NB，NS，ZO，PS，PB②e=負大，負中，負小，零，正小，正中，正大=NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB③e=負大，負中，負小，零負，零正，正小，正中，正大=NB，NM，NS，NZ，PZ，PS，PM，PBNBNMNSNZPZPSPMPBNBNMNSNZPZPSPMPB-12-10-8-6-4-2024681012U(e)圖3-11三角形隸屬度函數(shù)知識庫(KnowledgeBaseKB)包括了規(guī)則庫和數(shù)據(jù)庫兩個組成部分①規(guī)則庫（RuleBaseRB）模糊控制器的規(guī)則是按人的直覺推理，基于松動操作人員所長期積累的經(jīng)驗和知識形成的一種語言表示形式。模糊規(guī)則往往由如if~then、else、also、end、or等一系列關(guān)系詞組合連接而成，這些關(guān)系連接詞要想實現(xiàn)模糊規(guī)則數(shù)值化必須經(jīng)過“翻譯”才能實現(xiàn)。例如：控制系統(tǒng)功率輸入變量為e(誤差)和ec(誤差變化)，它們對應(yīng)的語言變量為E和EC，可給出一組模糊規(guī)則：R1：ifEisNBandECisNBthenuisPBR2：ifEisNBandECisNSthenuisPM通常把if…部分稱為“前提部”，而then…部分稱為“結(jié)論部”，其基本結(jié)構(gòu)可歸納為ifAandBthenC，其中A為論域U上的一個模糊子集，B是論域V上的一個模糊子集。根據(jù)人工控制經(jīng)驗，可離散組織其控制決策R，R是笛卡兒乘積U×V上的一個模糊子集，則某一時刻其控制量由下式給出：C=（A×B）·R式中：×模糊直積運算；·模糊合成運算。規(guī)則庫是用來存放所有的模糊規(guī)則，“推理”提供了推理的控制規(guī)則。我們可以從上面看到的，模糊子集的分區(qū)規(guī)則數(shù)和模糊變量的更詳細的，規(guī)則的次數(shù)越多，但并不代表規(guī)則庫，更高的準確性，規(guī)則庫的“準確性“還與專家知識的準確度有關(guān)。②數(shù)據(jù)庫（DataBaseDB）數(shù)據(jù)庫所存放的是所有輸入、輸出變量的全部模糊子集的隸屬度矢量值（即經(jīng)過論域等級離散化以后對應(yīng)值的集合），若論域為連續(xù)域。則為隸屬度函數(shù)。在規(guī)則推理的模糊關(guān)系方程求解過程中，向推理機提供數(shù)據(jù)。⑶推理與解模糊接口（InterfaceandDefuzzy-interface）推理是模糊控制器中，根據(jù)輸入模糊量，模糊控制規(guī)則來完成模糊推理來解決模糊關(guān)系方程，獲得了模糊控制功能。在模糊控制，考慮到推理，推理方法，通常采用的操作簡單的優(yōu)點。即Zadeh的正向推理。推理結(jié)果獲得，只表示模糊控制的規(guī)則推理功能已完成。但是，至此只獲得了一個模糊適量，不能直接用來作為控制量，還必須經(jīng)過一次轉(zhuǎn)化即解模糊化，才能求得清晰的控制量輸出。通常把具有轉(zhuǎn)化功能作用的部分成為解模糊接口?？v上所述，模糊控制器實際上就是依靠主控單元來完成的，它的絕大部分是由根據(jù)功能都是有計算機程序來完成的。3.2.4滯后函數(shù)響應(yīng)及參數(shù)調(diào)節(jié)⑴原礦量控制→原礦量檢測；⑵給礦量→一段棒磨機排礦量；⑶棒磨機排礦量→分級機返砂量；⑷一次磨機排礦量→分級機返砂量；⑸棒磨機給礦水→棒磨機磨礦濃度；⑹棒磨機磨礦濃度→一次磨機返砂水；⑺一次磨機返砂水→一次球磨機磨礦濃度；⑻分級機補加水→分級機溢流濃度；參數(shù)調(diào)節(jié)順序為：給礦量、棒磨機給礦水、分級機返砂水、分級機補加水、二次球磨排礦補加水，在保證給礦量穩(wěn)定的前提下，實現(xiàn)給礦量控制，磨礦濃度控制及溢流濃度控制。系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程分一次儀表考察，單回路整定，高級回路整定三個階段。一次儀表考察包括變頻器輸出與原礦流量的對應(yīng)關(guān)系，水管路上電動調(diào)節(jié)閥開度與流量的對應(yīng)關(guān)系。功率與磨機負荷的對應(yīng)關(guān)系，功率和電耳與球荷的對應(yīng)關(guān)系等。分級電流與分級返砂量的對應(yīng)關(guān)系。單回路整定包括棒磨給礦控制回路，棒磨給礦水控制回路、一次磨礦返砂水控制回路，分級機補加水控制回路、二次磨礦排礦補加水水控制回路、一段泵泵池補加水控制六部分。單回路整定的目的是消除隨機干擾及根據(jù)上一級回路的要求調(diào)節(jié)其控制對象。采用軟件模擬與試錯法，計算滯后時間及PID參數(shù)。高級回路整定采用軟件模擬估計，然后用試錯法確定PID參數(shù)，最終考核系統(tǒng)的運行過程，完成最終參數(shù)的設(shè)定。3.3現(xiàn)場結(jié)構(gòu)組成控制系統(tǒng)儀器包括以下各個部分：磨礦自動控制儀表柜、磨礦自動控制變頻控制柜，現(xiàn)場儀表柜。3.3.1穩(wěn)壓器、隔離變壓器濾波器儀表柜內(nèi)的穩(wěn)壓器、隔離變壓器濾波器為儀表柜提供穩(wěn)定的電源，并可消除電源串入的干擾信號，為儀器、儀表的正常運行提供可靠的條件。3.3.2智能顯示儀表智能顯示儀表共14個，分別顯示現(xiàn)場檢測信號，如給礦量顯示表，給礦水量顯示表，電耳、功率顯示表等。能接收和輸出4-20mA標準模擬信號，并能起到信號隔離作用。3.3.3操作器操作器共16個，分別為給礦控制器（10塊），補加水水量控制操作器（4塊），給礦水量控制操作器（1塊）、分級機返沙水控制操作器（2塊）。操作器表面有手控和自動控制轉(zhuǎn)換開關(guān)。通過可編程序控制器自動調(diào)節(jié)，不需要認為干預(yù)。3.3.4電耳（JJDR-Ⅱ）電耳能夠接收磨機運轉(zhuǎn)時的聲音信號，來判斷磨機運行狀況，從而調(diào)節(jié)磨機的給礦量、補加水量和給礦水量。JJDR-Ⅱ型電耳控制器是將現(xiàn)場聲音信號轉(zhuǎn)換為4~20mA電流的聲電交變儀表，整個儀表由兩部分組成：電耳傳感器和電耳送變器。電耳變送器電源采用220V交流電壓，經(jīng)變換產(chǎn)生正負15V電壓，15V電壓分為兩路，一路給電耳變送器自身供電，另一路給電耳傳感器供電。電耳傳感器電源采用正負15V電壓，有電耳變送器提供，電耳傳感器將現(xiàn)場的噪音信號轉(zhuǎn)化為1~3V的交流信號送到電耳變送器，經(jīng)電耳變送器進行濾波、放大處理后轉(zhuǎn)換為4~20mA電流信號輸出。磨機狀態(tài)停機漲肚空腹正常運轉(zhuǎn)電耳指示3-5mA6-8mA15-18mA8-16mA間3.4分級機溢流濃度檢測控制系統(tǒng)3.4.采用濃度計對分級機溢流濃度（一次旋流器給礦濃度）進行檢測，在分級機工作參數(shù)確定的條件下，分級機溢流濃度主要受分級機補加水量及磨機排礦濃度的影響。由于加水直接影響返砂分級量，使補水量調(diào)控應(yīng)考慮的各項參數(shù)要求的協(xié)調(diào)和負荷分配。根據(jù)配水檢測分級機溢流密度測定，并根據(jù)不同的礦石，以控制系統(tǒng)的輸入值溢出濃度滿足工藝要求，并且其值與溢流濃度檢測進行比較，如果任何偏差，調(diào)整填充水的電控閥的開度，控制水，檢測和總是溢出濃度計值維持在濃度設(shè)定值的偏差的添加量，從而達到控制溢流濃度的目的。其控制原理圖如圖3-12。圖3-12分級機溢流濃度控制原理圖3.4.2分級機溢流濃度控制系統(tǒng)硬件、軟件選擇分級機溢流濃度控制系統(tǒng)的硬件選擇了美國AB公司的ControlLogix系列產(chǎn)品，CPU型號為1756-L73ControlLogix5573Controller。模擬量輸入模塊1756-IF1616ChannelNon-IsolatedVoltage/CurrentAnalogInput圖3-13分級機溢流濃度控制系統(tǒng)CUP型號模擬量輸入模塊1756-IF1616ChannelNon-IsolatedVoltage/CurrentAnalogInput圖3-14分級機溢流濃度控制系統(tǒng)模擬量輸入模塊型號模擬量輸出模塊1756-OF88ChannelNon-IsolatedVoltage/CurrentAnalogInput圖3-15分級機溢流濃度控制系統(tǒng)模擬量輸出模塊型號以太網(wǎng)模塊1756-EN2T175610/100Mbps圖3-16分級機溢流濃度控制系統(tǒng)以太網(wǎng)模塊型號硬件組態(tài)圖3-17分級機溢流濃度控制系統(tǒng)組態(tài)圖分級機溢流濃度檢測控制系統(tǒng)的編程軟件采用的是RSlogix5000軟件編程平臺圖3-18分級機溢流濃度控制系統(tǒng)軟件平臺3.4.3分級機溢流濃度控制系統(tǒng)程序分級機溢流濃度程序設(shè)計變量點表圖3-19分級機溢流濃度控制點表分級機溢流濃度控制系統(tǒng)程序框圖圖3-20分級機溢流濃度控制系統(tǒng)程序框圖4磨礦自動控制系統(tǒng)的工業(yè)試驗4.1自動控制系統(tǒng)的調(diào)試在控制系統(tǒng)工業(yè)試驗之前對整個控制系統(tǒng)進行了硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和現(xiàn)場不同磨機狀態(tài)對控制系統(tǒng)的影響等方面進行了數(shù)據(jù)采集。4.1.1控制系統(tǒng)硬件調(diào)試在硬件調(diào)試包括控制系統(tǒng)用工控機極限測試、PLC測試和外圍設(shè)備測試。工控機極限測試主要包括在高溫、低溫、振動等條件下工控機運行的穩(wěn)定性和可靠性方面的測試。PLC測試主要包括通過測試程序?qū)LC電源模塊、CPU模塊、開關(guān)量模塊、模擬量摸礦、通訊模塊、遠程I/O進行輸入輸出測試，保證PLC各種模塊的穩(wěn)定性和可靠性。以上測試在控制系統(tǒng)設(shè)備出廠之前和運到現(xiàn)場后分別進行了測試。外圍設(shè)備測試主要是現(xiàn)場的各種設(shè)備在硬件安裝完成后，進行通電測試，主要檢測設(shè)備在運輸中是否出現(xiàn)異常，控制信號的輸入輸出是否正常。主要包括現(xiàn)場對現(xiàn)場控制水路流量計傳感器、流量計變送器之間的信號測試、流量計變送器與控制室數(shù)顯表之間的信號測試；現(xiàn)場電動調(diào)節(jié)閥與控制室手操器之間的信號測試。整個硬件測試在2004年11月上旬完成。4.1.2控制系統(tǒng)軟件調(diào)試編程與測試控制軟件、實驗?zāi)M、手動調(diào)節(jié)控制面板和上位機、設(shè)計與測試組態(tài)軟件、對PLC系統(tǒng)的自動控制試驗等過程組成控制系統(tǒng)軟件調(diào)試的主要步驟。編程與測試控制軟件：主要包括了對控制系統(tǒng)的核心軟件的調(diào)試編程，以此來實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與處理。實驗?zāi)M：通過實驗儀表的動態(tài)模擬，對現(xiàn)場輸入的信號給控制程序帶來的影響進行邏輯輸出校驗和檢測。上位機及控制面板手動調(diào)節(jié)：主要完成通過在上位機組態(tài)中和儀表柜控制面板上手動控制現(xiàn)場電動調(diào)節(jié)閥和電振給料機變頻器的輸出。設(shè)計與測試組態(tài)軟件：指的就是在上位機通過WINCC組態(tài)軟件對現(xiàn)場的工藝流程進行模擬顯示，并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)先用PLC采集再通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)傳輸給上位機上，最后進行實時顯示，同時實現(xiàn)工藝過程中一些參數(shù)下載到PLC程序中的目的，完成人機對話。PLC自動控制試驗：在以上工作完成后，將現(xiàn)場自動控制水路打開，原手動水路關(guān)閉，現(xiàn)場電振操作箱控制方式選擇開關(guān)達在自動位置，上位機監(jiān)控畫面中控制狀態(tài)打到“自動”狀態(tài)，使控制程序根據(jù)對現(xiàn)場信號的采集和邏輯處理來完成對磨礦分級流程的自動控制。4.1.3溢流濃度的調(diào)試為了保證一段旋流器的分級效果及對一、二次球磨進行有效負荷分配，在穩(wěn)定給礦量在210噸/小時，棒磨磨礦濃度穩(wěn)定在84.6%,給礦水穩(wěn)定在38.2噸/小時，調(diào)試數(shù)據(jù)見表4-1：表4-1溢流濃度調(diào)試結(jié)果3米溢流濃度二段旋流器給礦濃度一段旋流器溢流-200目粒度二段旋流器溢流-200目粒度最終產(chǎn)品-200目粒度28.2524.5994899234.4625.1392808629.2734.995859029.5933.3968490從上表中可以看出，當溢流濃度在28%～32%之間，二段旋流器給礦濃度在32%～36%之間時磨礦最終產(chǎn)品粒度保持在90%以上。因此確定分級機溢流濃度設(shè)定值為31%，二段旋流器給礦濃度設(shè)定為35%。4.1.4現(xiàn)場電振給料機給礦能力調(diào)試通過對現(xiàn)場電振給料機的實際給礦能力進行調(diào)試驗得出以下數(shù)據(jù)，見表4-2。

表4-2電振輸出頻率對應(yīng)礦量表輸出頻率HZ礦量t/h電振電量10152025303540東排1號5101520253043東排2號5101520253040東排3號5101520253745東排4號5101520303850東排5號西排1號13304353637390西排2號1030456080100120西排3號15305080110140160西排4號8162641516176西排5號4.1.5控制系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試磨礦分級自動控制系統(tǒng)參數(shù)是設(shè)計控制程序的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是自動控制系統(tǒng)在主控機進行調(diào)整的主要參數(shù)，選礦廠選礦車間技術(shù)科配合我公司試驗人員認真、細致地完成了以下試驗。磨機“脹肚”參數(shù)條件試驗：自控系統(tǒng)控制磨機裝載量多少采用“雙因素控制”，即“電耳和功率”。當磨機充填率一定時，裝載量多少對應(yīng)著電耳電流和磨機功率的大小。為尋找磨音電耳電流與磨機功率的參數(shù)，使磨機處于最佳工作狀態(tài)，2004年12月對三段磨機做了“脹肚”參數(shù)試驗。當磨機“脹肚”時出現(xiàn)電流降低，磨機聲音悶沉（或很?。?，磨機排礦困難的現(xiàn)象，在這時我們記錄上位機采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后作為磨機“脹肚”點的參考數(shù)據(jù)。分級機電流與分級返砂量（返砂比）對應(yīng)關(guān)系的試驗：從工控機監(jiān)控畫面上，我們可直觀地看到分級機電流的大?。〝?shù)值和圖形），但分級機電流大小對應(yīng)的返砂量是多少？我們無法知道，只知道分級電流大，返砂量大，反之亦然。為此，2005年1月份對分級機返砂量與分級機電流關(guān)系進行調(diào)試，調(diào)試時根據(jù)經(jīng)驗觀察，確定返砂量的大小，試驗結(jié)果見表4-3。表4-3分級機電流與返砂量大小調(diào)試結(jié)果表試驗條件測定系數(shù)8系列返砂至小葉片一半分級電流(mA)7.8返砂比i（倍）2.4返砂至小葉片滿分級電流(mA)8.5返砂比i（倍）3.0返砂至大葉片一半分級電流(mA)8.7返砂比i（倍）3.7根據(jù)表4-3結(jié)果，我們就可以從上位機的監(jiān)控畫面上顯示的分級機電流大小，來判斷系統(tǒng)分級機返砂量的大小。當分級機電流較大時，返砂量過大，易造成返砂槽堵，循環(huán)負荷大，影響正常生產(chǎn)操作和降低一次球磨的磨礦效率，據(jù)現(xiàn)場考察，返砂比為3.0左右返砂量最適宜。一段泵補加水控制試驗：在保證分級機返砂量穩(wěn)定的情況下，可以根據(jù)一段泵泵池的液面情況來控制一段泵池補加水，穩(wěn)定一段旋流器給礦濃度，保證一段旋流器分級效果。4.1.6優(yōu)化參數(shù)的確定通過對磨礦系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的“脹肚”及“空腹”試驗，我們得到控制系統(tǒng)的優(yōu)化參數(shù)。棒磨機控制參數(shù)：棒磨機電耳上限10、棒磨機電耳下限8.5、棒磨機功率下限5.8、棒磨機功率上限7.0、分級機電流控制參數(shù)：分級機電流上限8.8、分級機電流下限7.2、分級機保護電流9.2、分級機溢流濃度范圍34±2%。一次球磨控制參數(shù)：一次球磨電耳上限13.0、一次球磨電耳下限11.0、一次球磨功率上限10.0、一次球磨功率下限9.14、一次球磨磨礦濃度范圍74±2%。二次球磨控制參數(shù)：二次球磨電耳上限15.0、二次球磨電耳下限12.0、二次球磨功率上限10.8、二次球磨功率下限10.2、二段旋流器給礦濃度范圍36±2%。通過在調(diào)試期間的數(shù)據(jù)采集，當原礦給礦量達到210t/h，溢流濃度在33%，二段旋流器給礦濃度在36%，各部分的自動控制水量范圍：棒磨給礦水量33-38噸/小時；棒磨排礦水量45-60噸/小時；分級機返砂水80-120噸/小時；一次球磨排礦水量80-140噸/小時；二次球磨排礦水量120-180噸/小時；一段泵補加水量0-20噸/小時。4.1.7“磨礦分級自動控制系統(tǒng)”試運行“磨礦分級自動控制”系統(tǒng)在現(xiàn)場經(jīng)過各種參數(shù)調(diào)試，各項準備工作已基本完成。根據(jù)試驗計劃安排，為了考查“自控”設(shè)備運轉(zhuǎn)情況和“自控”效果，保證今后試驗順利進行，與選礦廠技術(shù)科討論后決定先試運行“磨礦分級自動控制”系統(tǒng)，試運行時間安排為3月14日～3月31日，在3月14號～3月25號試運行期間，發(fā)現(xiàn)處理量和