(江西漂塘鎢業(yè)有限公司大江選廠,江西大余 341515)

0 引言

礦井下由于礦井工人的生產(chǎn)活動經(jīng)常會遺留一些工業(yè)垃圾,而其中就包括了一些廢棄金屬,比如廢棄的鋼軌、道釘、釬桿、螺絲、鋼筋等,這些大部分為鋼鐵制品,這些廢棄鐵件會被夾在在礦石中被礦車運送到選廠礦石破碎系統(tǒng),后續(xù)則會進(jìn)入選礦工藝,通常選礦工藝較為復(fù)雜,這些廢棄鐵件會對選礦工藝產(chǎn)生一定的干擾,也會破壞選礦設(shè)備的穩(wěn)定性,影響機(jī)器的日常運行。因此,這些夾雜在礦石中的廢棄鐵件必須進(jìn)行及時清除。本文針對夾在在礦石中的廢棄鐵件遺留問題,設(shè)計了一套基于S7系列PLC的自動除鐵系統(tǒng)裝置,通過控制機(jī)構(gòu)對電磁鐵周期性地自動控制,將夾雜在礦石中的廢棄鐵件及時清除[1-2]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

自動除鐵系統(tǒng)主要由檢測機(jī)構(gòu)(金屬檢測儀)、控制機(jī)構(gòu)(PLC控制器)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(步進(jìn)電機(jī)、可移動電磁鐵)幾個模塊構(gòu)成,其功能是夾雜在礦石中的廢棄鐵件進(jìn)行及時清理,減少后續(xù)礦石處理的干擾,防止選礦設(shè)備損壞,保障日常的生產(chǎn)工作。

該裝置的主要工作原理:井下夾雜著鐵件的礦石從井下運送至選廠,經(jīng)破碎后進(jìn)入輸送帶,輸送帶的上方安裝了一個電磁鐵,電磁鐵下方兩端安裝了一套金屬檢測儀,其目的是為了檢測電磁鐵的吸附是否過度[3]。PLC控制器通過控制電機(jī)來移動電磁鐵,期間給電磁鐵上磁,磁鐵在輸送帶上方將礦石中夾雜的廢棄金屬進(jìn)行吸附,當(dāng)達(dá)到一定時長或者金屬檢測儀檢測到吸附過度后進(jìn)行廢棄鐵件釋放,將廢棄鐵件釋放進(jìn)廢棄金屬倉,實現(xiàn)廢棄鐵件的清理。該裝置為一個閉環(huán)控制,圖1為系統(tǒng)設(shè)計原理圖。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計原理圖Fig.1 Schematic diagram of system design

2 硬件設(shè)計

本文設(shè)計的自動除鐵系統(tǒng)的硬件模塊主要是金屬檢測儀、PLC控制器(PLC、觸摸屏、模擬量輸入輸出)、步進(jìn)電機(jī)、移動式電磁鐵四個模塊硬件裝置構(gòu)成。

金屬檢測儀的主要作用是為了檢測電磁鐵是否吸附過度,若電磁鐵吸附過度,檢測儀會把信號及時傳遞給PLC,觸發(fā)電磁鐵進(jìn)行廢棄金屬釋放工作。其主要原理是通過線圈發(fā)射磁場,當(dāng)有金屬物質(zhì)進(jìn)入磁場后,會對該磁場進(jìn)行干擾,并轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電壓,再通過經(jīng)過通訊模塊傳遞給PLC控制器,作為系統(tǒng)控制的依據(jù)[4]。

PLC控制器主要包括:PLC、觸摸屏、模擬量輸入輸出。由于整體的控制流程都有PLC主導(dǎo),因此PLC的選型比較重要,本文的PLC模塊選用西門子S7(Smart)系列,該款PLC的優(yōu)勢有:

(1)其結(jié)構(gòu)較為緊湊,安裝的時候不會占用太大空間。

(2)其擴(kuò)展性較好,有多個擴(kuò)展模塊,控制規(guī)?？蓮膸c到幾百點。

(3)S7(Smart)的編程軟件是STEP7-Micro/WIN32,該編程軟件可以方便地在Windows環(huán)境下對PLC編程、調(diào)試、監(jiān)控。使得PLC的編程更加方便、快捷,能夠滿足各種小規(guī)模控制系統(tǒng)的要求。

(4)軟件匹配性較好,可以兼容多種軟件。

數(shù)字量輸入輸出模塊的作用是可將數(shù)字信號輸入給步進(jìn)電機(jī),以此來控制電磁鐵的移動以及通斷電,再與觸摸屏搭配,可實現(xiàn)人機(jī)交互,電機(jī)則采用步進(jìn)電機(jī),因為步進(jìn)電機(jī)適用于閉環(huán)系統(tǒng),且每步的精度在3%到5%,而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運動的重復(fù)性,價格相比伺服電機(jī)更為實惠。配合行程開關(guān)檢測確定電磁鐵運動極限位置。通斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁鐵可采用DX 型流水線除鐵屑吸盤電磁鐵,該電磁鐵可通過調(diào)整功率來調(diào)整電磁鐵的吸附力,并且可快速通電斷電。

移動式電磁鐵的作用是將礦石中夾雜的廢棄金屬進(jìn)行吸附,并將吸附的廢棄金屬運輸至廢棄金屬倉內(nèi),從而達(dá)到一個清理廢棄金屬的作用,其原理是通過給線圈通電產(chǎn)生磁力,將電能轉(zhuǎn)換為磁力,該電磁鐵采用滑軌式移動安裝方式。

3 軟件設(shè)計

本文的軟件設(shè)計是基于STEP7-Micro/WIN32來實現(xiàn)對整個除鐵系統(tǒng)的流程控制,通過Wincc來進(jìn)行人機(jī)交互界面的相關(guān)設(shè)計,圖2是整個軟件的流程設(shè)計圖。

圖2 軟件設(shè)計流程圖Fig.2 Software design flow chart

整個軟件的運行原理:首先需要設(shè)置電磁鐵移動的起始點和終點,起點是輸送帶的開始端,而終點則是廢棄金屬倉的上端,電磁鐵移動每一個來回都需要從起點到終點,這樣使得電磁鐵在清理的過程不會遺漏清理,使得清理效果能夠更完全徹底。軟件的運行需要設(shè)定參數(shù)m(金屬檢測儀信號,當(dāng)電磁鐵吸附過度時(m1=1、m2=1、m3=1)),設(shè)定時間周期(t)達(dá)到30分鐘后釋放廢棄金屬。軟件運行后,系統(tǒng)給電磁鐵上電,裝置處于工作狀態(tài),電磁鐵開始清理作業(yè),首先需要判定電磁鐵是否吸附過度,若電磁鐵吸附過度,需要釋放廢棄金屬,若電鐵未吸附過度,則繼續(xù)吸附,期間需要通過金屬檢測儀的三組信號判斷是否都為1,若三組信號都為1,則認(rèn)為電磁鐵吸附廢棄金屬可能達(dá)到飽和,需要立即釋放廢棄金屬來增加電磁鐵的吸附能力,若三組信號有一個沒有為1,則判定吸附廢棄金屬的仍有作業(yè)余地夠,可停留繼續(xù)吸附廢棄金屬,當(dāng)來達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的固有周期時長后,系統(tǒng)會自動釋放廢棄金屬至廢棄金屬倉,并開始下一個吸附周期[5]。

4 結(jié)論

本文利用電磁鐵能夠吸附廢棄鐵件的原理設(shè)計了一種礦石自動除鐵裝置,該設(shè)計系統(tǒng)是基于西門子S7Smart PLC 的控制來實現(xiàn)的,系統(tǒng)首先設(shè)定清理參數(shù),再由S7SmartPLC控制器通過控制步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)將脈沖信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移,進(jìn)而控制電磁鐵的移動,期間通過金屬檢測儀檢測電磁鐵是否吸附過度,若吸附過度則需要釋放,若未吸附過度則要經(jīng)過一個周期時長再釋放廢棄金屬,最終實現(xiàn)了對井下礦石中夾雜的廢棄鐵件清理。