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摘 要：本文以云南锡业股份有限公司大屯选矿分公司硫化锡铜矿技改工程为例，描述了选矿厂全流程自动控制系统的概况，综合分析选矿厂自动控制系统应用的技术问题。
关键词：选矿；自动控制系统；通讯；模糊控制
1、工程范围
云锡大屯硫化锡铜矿技改工程项目自动化系统主要包括：粗碎、磨矿、浮选、药剂制备等生产车间自动控制系统以及工业视频监控、大屏幕系统。本系统中包含了主工艺流程各工序的自动化控制，其中包括软件系统开发、网络系统设计、主控单元设计、各种现场仪表设计及相关控制设备电气接口通讯。
2、技术要求
2.1 系统的可靠性原则
自动化系统在满足工艺要求的基础上能长期稳定运行，并具有抗各种干扰的能力，满足电磁兼容性和安全性的要求；系统软件是当今国际计算机控制领域公认的、稳定可靠的、工业标准的实时操作系统和相应的系统软件；系统配置的通信网络、过程控制系统、系统软件和标准的商用软件具有高容错能力；设备符合工业标准。所有部件具有较强的抗电磁及无线电干扰能力；整个综合自动化系统分成三级网络（设备网、控制网、信息网），各层网要求能够独立运行，各层网之间要求隔离，隔离通过网关来实现，保证综合自动化系统的独立性和安全性。
2.2 系统的先进性原则
由于计算机控制技术迅速发展，系统硬件和系统软件必须是先进的、成熟的，当更先进和成熟的产品和软件版本出现时，能与现今的产品和软件保持兼容。
2.3 系统的可扩展性原则
系统具有灵活的扩展能力。以保证在工厂扩建或改造时，满足工厂对控制系统的扩容要求。除了系统的硬件的要求外，系统软件和应用软件具有灵活的扩展能力。
2.4 系統的开放性原则
通常，大型设备如磨机、破碎机等会带有独立的控制系统。所以，控制系统必须采用开放的网络体系结构，符合ISO的有关通信标准，方便与大型设备的通讯，也方便以后的系统扩充。
3、设计方案
为满足云锡大屯硫化锡铜矿技改工程项目对自动控制系统的要求，本方案采用美国先进的Emerson过程控制系统。该系统作为全球过程控制领域的行业领袖，具有技术先进、经济适用、稳定可靠、良好的兼容性和可扩展性、良好的售后服务等特点。
3.1 系统结构
本设计方案中，控制系统采用分散控制和集中管理的分布式控制模式。控制系统采用设备层、控制层、信息层三层控制系统结构，具有数据采集、过程控制、参数指示、越限报警、画面显示、存储、趋势打印等功能。构成一个功能分担合理、层次清晰、及生产管理、过程控制为一体，安全，高效，开放的自动化控制系统。
3.1.1. 现场设备层：主要责任是数据采集和接收控制信号，包括所有生产设备和在线检测仪表、执行机构的信号采集和接收等。通过IO 模块将所有设备状态数据和过程数据都读入到控制系统中同时将控制信号发送给现场设备。IO站均通过光纤实现点对点冗余结构。
3.1.2. 控制层：主要责任是运算和控制，由控制器完成。所有来自 IO 模块的数据送入控制器，实时的运行所有关于生产的逻辑控制和回路控制，质量平衡计算、金属平衡计算、生产产率计算等工作，从而保证操作人员可以及时的调整控制设备启停、生产异常处理、工艺参数目标值设定等工作。控制器通过光纤或以太网直接和中控室的服务器、工程师站进行数据的传递和互通。
3.1.3. 信息管理层：PCS系统应具备OPC接口，将生产数据上传到工厂信息网或ERP统，便于进行数据分析以及安排生产计划。
3.2系统设置
全厂设置一套 PCS 控制系统。根据车间地点分布和控制功能的需要，在磨浮区设置中央集中站，在其他车间设置各个分站，以光纤连接网络，组成冗余系统[1]。
3.2.1中央集中站包括：
1 台工程师站，3 台操作员站（双屏），1 台历史数据服务器，1 台 WEB 服务器（用户客户端不少于10个），2台打印机。 冗余的控制器及其相应的 I/O 卡件，为了分散风险和减少控制器负荷，每对控制器的点数不应超过800点。
3.2.2 各子站设备包括（单个子站）：
1 台操作员站，冗余的控制器及其相应的 I/O 卡件，为了分散风险和减少控制器负荷，每对控制器的点数不应超过800点。
3.2.3. 第三方通讯：
PCS 系统将控制和监视所有的仪器仪表设备，一般来说所有的单体设备的 PLC 系统也需要和选厂的 PCS 系统进行通讯。根据现场设备分布，中央集中站和各个分站都分布数量不等的Profibus-DP通讯卡件、ModbusRTU通讯卡件、Ethernet IP通讯卡件。通过独立的通讯卡件来完成与各个独立设备的通讯，获得的数据更容易参与逻辑运算，从容提高了通讯速率。
3.3控制算法
选矿过程是一个复杂、非线性的，存在众多干扰因素的过程，惯性大、滞后时间长，各变量间耦合严重，有很强的时变性，是难以用精确的数学模型描述的[2]。而PID控制算法控制过于简单，无法满足控制系统要求。因此，我们在实际应用中使用模糊算法与PID调节结合的控制方法。
半自磨控制系统中，半自磨给矿量会影响到半自磨给矿水流量、半自磨排矿水流量、半自磨自动加球机加球量、顽石返回量、下级泵池补加水流量、进而影响旋流器等后续选别设备的运行参数。由此可见，半自磨给矿量、半自磨给水量，半自磨排水量等均为相互耦合因素。考虑到系统很难建立精确模型，故采用模糊控制技术，对各个参数进行解耦，使其成为单独的控制回路，对单个回路进行PID控制，降低系统控制难度，增加系统控制准确性与稳定性。
4、结论
自动控制系统以硬件技术成熟、性价比高、运行稳定可靠、应用简单、维护成本低等优势在工业领域广泛应用[3]。自动控制系统提高了设备运行效率，降低成本节约了能源；提高了原矿处理量，节省人力；提高了资源回收率，节约了资源。
参考文献
[1] 裘坤，李华军，何应坚. 控制系统冗余设计和分析[J]. 自动化仪表，2008，12：52-53.
[2] 张元华. 模糊智能控制在选矿系统中的开发与应用[D].上海交通大学，2012.
[3] 马卫忠. PLC在工业领域的应用[J]. 电子科技， 2012， 25：154-156.
关键词：选矿；自动控制系统；通讯；模糊控制
1、工程范围
云锡大屯硫化锡铜矿技改工程项目自动化系统主要包括：粗碎、磨矿、浮选、药剂制备等生产车间自动控制系统以及工业视频监控、大屏幕系统。本系统中包含了主工艺流程各工序的自动化控制，其中包括软件系统开发、网络系统设计、主控单元设计、各种现场仪表设计及相关控制设备电气接口通讯。
2、技术要求
2.1 系统的可靠性原则
自动化系统在满足工艺要求的基础上能长期稳定运行，并具有抗各种干扰的能力，满足电磁兼容性和安全性的要求；系统软件是当今国际计算机控制领域公认的、稳定可靠的、工业标准的实时操作系统和相应的系统软件；系统配置的通信网络、过程控制系统、系统软件和标准的商用软件具有高容错能力；设备符合工业标准。所有部件具有较强的抗电磁及无线电干扰能力；整个综合自动化系统分成三级网络（设备网、控制网、信息网），各层网要求能够独立运行，各层网之间要求隔离，隔离通过网关来实现，保证综合自动化系统的独立性和安全性。
2.2 系统的先进性原则
由于计算机控制技术迅速发展，系统硬件和系统软件必须是先进的、成熟的，当更先进和成熟的产品和软件版本出现时，能与现今的产品和软件保持兼容。
2.3 系统的可扩展性原则
系统具有灵活的扩展能力。以保证在工厂扩建或改造时，满足工厂对控制系统的扩容要求。除了系统的硬件的要求外，系统软件和应用软件具有灵活的扩展能力。
2.4 系統的开放性原则
通常，大型设备如磨机、破碎机等会带有独立的控制系统。所以，控制系统必须采用开放的网络体系结构，符合ISO的有关通信标准，方便与大型设备的通讯，也方便以后的系统扩充。
3、设计方案
为满足云锡大屯硫化锡铜矿技改工程项目对自动控制系统的要求，本方案采用美国先进的Emerson过程控制系统。该系统作为全球过程控制领域的行业领袖，具有技术先进、经济适用、稳定可靠、良好的兼容性和可扩展性、良好的售后服务等特点。
3.1 系统结构
本设计方案中，控制系统采用分散控制和集中管理的分布式控制模式。控制系统采用设备层、控制层、信息层三层控制系统结构，具有数据采集、过程控制、参数指示、越限报警、画面显示、存储、趋势打印等功能。构成一个功能分担合理、层次清晰、及生产管理、过程控制为一体，安全，高效，开放的自动化控制系统。
3.1.1. 现场设备层：主要责任是数据采集和接收控制信号，包括所有生产设备和在线检测仪表、执行机构的信号采集和接收等。通过IO 模块将所有设备状态数据和过程数据都读入到控制系统中同时将控制信号发送给现场设备。IO站均通过光纤实现点对点冗余结构。
3.1.2. 控制层：主要责任是运算和控制，由控制器完成。所有来自 IO 模块的数据送入控制器，实时的运行所有关于生产的逻辑控制和回路控制，质量平衡计算、金属平衡计算、生产产率计算等工作，从而保证操作人员可以及时的调整控制设备启停、生产异常处理、工艺参数目标值设定等工作。控制器通过光纤或以太网直接和中控室的服务器、工程师站进行数据的传递和互通。
3.1.3. 信息管理层：PCS系统应具备OPC接口，将生产数据上传到工厂信息网或ERP统，便于进行数据分析以及安排生产计划。
3.2系统设置
全厂设置一套 PCS 控制系统。根据车间地点分布和控制功能的需要，在磨浮区设置中央集中站，在其他车间设置各个分站，以光纤连接网络，组成冗余系统[1]。
3.2.1中央集中站包括：
1 台工程师站，3 台操作员站（双屏），1 台历史数据服务器，1 台 WEB 服务器（用户客户端不少于10个），2台打印机。 冗余的控制器及其相应的 I/O 卡件，为了分散风险和减少控制器负荷，每对控制器的点数不应超过800点。
3.2.2 各子站设备包括（单个子站）：
1 台操作员站，冗余的控制器及其相应的 I/O 卡件，为了分散风险和减少控制器负荷，每对控制器的点数不应超过800点。
3.2.3. 第三方通讯：
PCS 系统将控制和监视所有的仪器仪表设备，一般来说所有的单体设备的 PLC 系统也需要和选厂的 PCS 系统进行通讯。根据现场设备分布，中央集中站和各个分站都分布数量不等的Profibus-DP通讯卡件、ModbusRTU通讯卡件、Ethernet IP通讯卡件。通过独立的通讯卡件来完成与各个独立设备的通讯，获得的数据更容易参与逻辑运算，从容提高了通讯速率。
3.3控制算法
选矿过程是一个复杂、非线性的，存在众多干扰因素的过程，惯性大、滞后时间长，各变量间耦合严重，有很强的时变性，是难以用精确的数学模型描述的[2]。而PID控制算法控制过于简单，无法满足控制系统要求。因此，我们在实际应用中使用模糊算法与PID调节结合的控制方法。
半自磨控制系统中，半自磨给矿量会影响到半自磨给矿水流量、半自磨排矿水流量、半自磨自动加球机加球量、顽石返回量、下级泵池补加水流量、进而影响旋流器等后续选别设备的运行参数。由此可见，半自磨给矿量、半自磨给水量，半自磨排水量等均为相互耦合因素。考虑到系统很难建立精确模型，故采用模糊控制技术，对各个参数进行解耦，使其成为单独的控制回路，对单个回路进行PID控制，降低系统控制难度，增加系统控制准确性与稳定性。
4、结论
自动控制系统以硬件技术成熟、性价比高、运行稳定可靠、应用简单、维护成本低等优势在工业领域广泛应用[3]。自动控制系统提高了设备运行效率，降低成本节约了能源；提高了原矿处理量，节省人力；提高了资源回收率，节约了资源。
参考文献
[1] 裘坤，李华军，何应坚. 控制系统冗余设计和分析[J]. 自动化仪表，2008，12：52-53.
[2] 张元华. 模糊智能控制在选矿系统中的开发与应用[D].上海交通大学，2012.
[3] 马卫忠. PLC在工业领域的应用[J]. 电子科技， 2012， 25：154-156.