1、LOW CARBON WORLD 2022/11DP 总线在铝土矿分选自动化生产中的应用郑华平（中国铝业股份有限公司广西分公司矿业公司，广西 百色 531400）【摘要】为增强矿企铝土矿分选自动化效果，提高自动化分选精度，将以DP总线为基础对分选机的振打箱进行改进设计。试验以“光电智能分选泥团和废石技术研究及应用”项目为例进行研究，利用DP总线对现场控制箱进行优化设计，并进行铝土矿的分选试验。试验结果表明，分选效果实验中所提方法与未使用DP总线式的铝土矿光电分选系统相比，最小废石差总量为0.17 kg，在洁净度实验中误选矿质量越低，矿石的洁净度就越高，同时含泥率也越小。【关键词】DP总线；铝土
2、矿；矿土分离；自动化生产【中图分类号】P27【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2022）11-0112-030引言铝土矿光电分选机是铝矿企业进行铝土矿矿土分离的重要设备，通过 DP 总线能够实现对铝土矿光电分选机的快速通信，进而提高铝土矿光电分选机的控制能力。从 DP 总线视角出发，对铝土矿光电分选机中振打器进行精细化控制，可以在一定程度上控制铝土矿的进料速度，从而提高铝土矿光电分选机的自动化铝土矿矿土的分离能力。因此，为进一步提高铝土矿光电分选机的矿土分离能力，需对铝土矿光电分选机的振打器进行改进。1项目概况为证明所提设计的科学性与数据真实性，设计将以“光电智能分选泥团和废石技
3、术研究及应用”项目为例进行研究。该项目针对 2080 mm 铝土矿开展一次矿石洁净程度的试验活动，重点对废石（石灰石、泥团）分选效果、分选机处理能力等内容进行分析，并且所有试验结果皆达到预定指标要求，但从实验记录数据中可知，此次试验存在矿石冲洗水压低、分选前后矿石成分分析代表性不高和测试连续性差等问题，可通过 DP 总线控制振打箱的方式给予解决。2现场控制箱设计为提高铝土矿光电分选机的使用效率，需要在现场振打器附近加装一个现场控制箱，然后将多个铝土矿光电分选机的振打器集中到一个现场控制箱内进行控制，控制箱与振打器的连接以 DP 总线的方式为主1。在现场控制箱的用户交互面板上，需要为每个振打器配
4、置 1 个就地/集中开关，表现形式为 1个绿色带灯按钮，以此表示振打器处于通电运行状态，同时还需要设置 1 个红色带灯按钮，以此表示振打器处于停止状态。现场箱的主体以 304 不锈钢为主，设置防护等级为 IP65，外门内嵌玻璃视窗，同时配备 IP68 格兰头。以一台控制箱连接 3 台振打器的设计方案为例，控制箱布置如图 1 所示。由图 1 可以看出，因箱体正面内嵌有玻璃观察窗，操作人员能够借助玻璃观察窗观察到内部指示1箱体；2玻璃观察窗；3按钮；4带灯按钮；5转换开关；6马达保护型断路器；7交流接触器；8端子排；9中间继电器；10现场总线模块；11直流电源模块。图1控制箱布置700 cm600
5、 cm700 cm12345a.箱面布置b.箱体测试c.箱内布置350 cm67891011线槽600 cm能源管理112DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.11.003LOW CARBON WORLD 2022/11灯的状态。因 DP 连接的控制箱与振打器信息传输较为迅速，因此通过该方法可实现对设备的快速控制。3基于DP总线的电气控制设计3.1电气控制原理基于 DP 总线的控制箱电气控制系统设计，需要考虑现场所有控制箱的控制传输通路，因此现场每个控制箱皆需要为其提供 1 路 380 V 的三相交流电源，并将其分为 3 个回路，分别与 3 个振打器的电机提供动力，同时还需
6、要从每个 380 V 主回路中取一相 220 V 的电源作为控制箱的回路电源2。每个铝土矿光电分选机振打器的主回路上皆安装有交流接触器和马达保护型断路器，同时控制箱内的控制回路上设置有启动按钮、中间继电器、指示灯、转换开关以及停止按钮等装置。当操作人员按下启动按钮后，控制箱下的交流接触器主回路将会闭合，此时控制命令将会由 DP 总线传递至振打器，控制箱运行指示灯亮起，铝土矿光电分选机的振打器启动；若操作人员按下停止按钮，交流接触器的主回路则会断开，此时控制箱将会通过 DP 总线向铝土矿光电分选机下的振打器传输命令，振打器停止运行3。当转换开关调整到集中时，控制箱中远程启动中间继电器 K1 将会
7、处于闭合状态，此时 DP 总线将会把命令传输到控制交流接触器，使主回路闭合，此时多台振打器启动且控制箱的运行指示灯亮起。3.2总线模块信号采集为保障 DP 总线数据传输的完整性，在控制箱内设计有 IP67 防护等级且具有强抗干扰能力的紧凑型现场总线模块，采用环氧树脂对整个电子电路进行灌封，使设计控制箱能够适应各种恶劣生产环境4。除此之外，通信总线模块还使用了 ProfibusDP 通信协议，该协议属于一种开放的总线标准。在设计模块下，每个模块皆具备 16 个能够自由定义的数字量通道，能够满足控制器对铝土矿光电分选机振打器的通信需求。另外，结构还需要结合设计方案对 DI 通道或者 DO 通道进行
8、配置。控制箱内的现场总线模块接线如图 2 所示。由图 2 可知，总线模块中 C1C6 共 12 个通道属于总线模块的数字量输入通道，而 C7C8 共 4 个通道属于总线模块中的数字量输出通道。在接入铝土矿光电分选机振打器设备中后，转换开关的断路器的故障信号、就地/集中信号以及交流接触器运行信号等皆可通过端口接入现场总线模块下的 3 个 DI通道，并且远程启动信号将借助 DO 通道接入铝土矿光电分选机振打器的控制回路中，利用控制箱现场总线模块完成对控制信号的采集。3.3分散控制系统组态及程序开发在铝矿矿土分离加工现场，控制箱的分散控制系统（distributed control system,D
9、CS）DP 通信模块与DP 通信链路完成物理连接之后，需要进行一次采集单元与 DCS 系统的组态，验证各模块之间的通信效果。实现方法具体分为以下 4 个步骤：加载控制箱DP 总线模块的DP 通信文件。对主站通信模块进行设置，以此方式实现对 DCS 与采集单元间的通信5。对组态从站设备进行控制，假设所提设计控制箱的单条 ProfibusDP 通信链路上，总线模块从站设备量为 N，那么从站的DP 地址设计可表述为 2（N+1）。对通信数据进行解包，结合加工现场控制器总线模块所提供的通信地址，实现对控制模块通信数据包的分解，由此得出相应的 DI/DO 信号。4应用实例4.1实验内容原有铝土矿光电分选
10、系统由 3 个部分组成，分别是光电识别系统、动作系统以及控制系统。通过在各系统间分布设置 ProfibusDP 主站以及从站的方式，实时获取准确的电流、频率、运行情况等，利用DP 总线技术的灵活性与稳定性，实时传递信号，调整各系统及模块的运行频率，提高信号传递的实效性，以此实现对铝土矿矿土分离工作自动化的改进质量检测。4.2试验方案对矿场采集的矿石进行筛洗处理，根据粒径的不同，将矿石分为细矿、原始矿石和粗矿 3 种矿体，其中细矿的粒度小于 20 mm，粗矿的粒度大于 80 mm，原始矿石的粒度介于两者之间。为保证试验的准确性，铝土矿选用同一批次的矿石，且在筛分时通过 1 次高压水冲洗。分选效果
11、与洁净度试验主要使用原始矿石进行实验，同时一次性备足 200 t 原始矿石作为现场储备，保证实验的连续性。将原始矿石利用装载机填装在进料斗内，记录给料数据，每次分选实验持续 12 h，将每次分选实验得到的矿石通过过磅的方图2控制箱内的现场总线模块接线能源管理113LOW CARBON WORLD 2022/11式进行质量数据的记录，通法分选前后的矿石量、废石量、泥土量和误选矿石量，计算废石选出率、矿石误选率以及处理能力等数据。粒度影响实验则需要选用 3 种不同粒径的矿石进行对比，其选出废石单位重量的计算方法如式（1）所示。A=b/c。（1）式中：A选出废石单位重量；b选出石灰石（含泥团和其他废
12、石）重量；c入选原矿总量。铝土矿误选率计算方法如式（2）所示。Q=i/j。（2）式中：Q铝土矿误选率；i误选出的铝土矿重量；j入选原矿总量。4.3试验步骤4.3.1分选效果试验利用汽车运输原料，并记录运输吨数。通过分选系统控制分选量，每次试验矿石重量控制在 3040 t，共计进行 5 次分选实验，收集并记录分选后废石的重量以及误选铝土矿的重量。计算选出废石重量与分选前矿石重量的比值，并明确选出废石和泥团的单位质量，计算误选铝土矿重量与分选前矿石重量的比值，确定铝土矿误选率。4.3.2洁净度影响试验铝土矿洁净度指的是铝土矿的含泥率，利用系统中的喷淋系统对铝土矿进行处理，通过改变喷淋系统的频率调整
13、铝土矿的洁净度，矿石入料步骤同分选效果试验。每次分选改变喷淋系统的喷淋水量以及喷淋压力，当分选系统稳定运行时，收集喷淋后的矿石，试验参照相关标准进行取样、检测，计算其含泥量，并记录、计算分选后废石、泥团的单位质量以及铝土矿误选率，对比不同含泥量的分选效果。4.4结果与对比分析4.4.1分选效果实验通过与未采用 DP 总线式铝土矿光电分选系统的分选效果进行对比，原有分选效果废石的单位质量约为 0.18 kg，分选出的泥团单位质量约为 0.02 kg，5 次分选实验的原始矿石总量为 160 t，共分选出31.2 t 废石，分选出泥团 4.8 t，废石的单位质量平均值为 0.195 kg，泥团的单位
14、质量均值为 0.03 kg，其中废石的单位质量最小值为 0.17 kg，出现在第 3 次实验中，原有废石中矿石误选率为 15%，现有系统矿石误选率平均值为 12%，且最大误选率为 14.2%，小于15%。由此可知 DP 总线式铝土矿光电分选系统的分选效果高于原有分选效果，仅出现一次废石的单位质量最小值小于原有分选效果的情况，5 次分选实验的矿土误选率均值、最大值均小于原有分选矿土误选率。因此采用 DP 总线式铝土矿光电分选系统，可以提升废石的单位质量，增强废石的分选效果，进而增强铝土矿的分选效果，且系统具有一定的稳定性。4.4.2洁净度影响实验通过实验计算，5 次分选实验每次分选矿石重量为 3
15、5 t，矿石的含泥率均小于 3%，分别为 2.7%、2.5%、2.3%、2.0%以及 1.8%。其中，在含泥率为 2.7%的原始矿石分选时，其废石的单位质量为 0.18 kg，泥团的单位质量为 0.02 kg，废石的重量为 6.3 t，误选矿的重量为 0.88 t，误选矿占比为 14%。含泥率最低的原始矿石分选时，其废石的单位质量为 0.19 kg，其泥团的单位质量为 0.01 kg，误选矿占比位于 12.1%。经对比可知，当矿石的含泥率减少，泥团的重量减少，分选出的单位质量减少。随着含泥率减小，矿石分选时废石的单位质量提升，且单位质量的废石中，误选矿的质量和误选率也减小，因此当矿石的洁净度越
16、高、含泥率越小，矿石分选的效果会相对提升。5结语综上所述，为进一步了解铝土矿光电分选机的具体选别参数，增强铝土矿光电分选机改造后的选矿效果，本文针对铝土矿光电分选机铝土矿矿土分离自动化生产过程中的振打器控制方法进行改进，提出基于 DP 总线控制的现场控制箱，通过控制箱的方式对振打器进行控制，以此约束铝土矿矿土分离自动化生产中振打器过度振打或轻微振打导致过量铝土矿进入选矿设备的情况，增强铝土矿光电分选机铝土矿矿土分离自动化生产能力，提高精细化铝土矿矿土分离的质量。参考文献1 马云飞，栗占伟，孙彬，等.ProfibusDP 总线通信可靠性试验研究与典型图形分析J.电气应用，2021，40（8）：8-15.2 余玉广.基于 PROFIBUSDP 总线技术的提升机通讯系统的组网和调试J.数字通信世界，2019（5）：48.3 戴畅，李凌.基于 ProfibusDP 现场总线的多功能色谱分离装置控制系统设计J.计算机测量与控制，2021，29（6）：103-108.4 王贵丽，麻丽明，刘伟民.基于 PLC 的煤矿提升机电控系统设计J.煤矿机械，2019，40（7）：189-191.5 曾蓉，王小
