摘 要: 选矿行业的设备多、大、重、长、杂，在大型选矿厂中尤是如此，如果坚守传统的人力操作设备方法，会使工作人员超负荷，也不利于选矿厂生产效率的提高。因此，在大型选矿厂中实现电气自动化的应用很有必要。本文首先简要阐述了电气自动化对大型选矿厂的积极意义，紧接着分析了在大型选矿厂中电气自动化应用的基本要求，最后从系统硬件、网络、软件、电气设计四方面分析了应如何在大型选矿厂实现电气自动化。
关键词: 选矿厂；电气自动化；PLC；冗余系统
1.引言
在大型选矿厂中如果能应用电气自动化技术，能够提升选矿厂整体的作业效率。例如，在破碎矿石这一项至关重要的工序环节中，应尽可能地“多破少磨”，以提升选矿厂的生产效率，控制成本，但是传统的继电器产品难以达到令人满意的目标；这时候如果能采用 PLC （可编程控制器件）来控制机械设备的运作，就能使生产过程更高效科学，而且故障发生率也会降低，最重要的是，电气自动化使得选矿厂的生产实现了自动化，而且可视、可靠，节约了人力成本，所以，在大型选矿厂应用电气自动化技术很有必要。
2.大型选矿厂电气自动化应用的基本要求
大型选矿厂综合了多道工序，在大型选矿厂中应用电气自动化技术，应当根据每道工序、每条生产线的实际需要，设计并构建具有针对性的电气自动化系统，以确保电气自动化能实现既定目标。破碎矿石是选矿厂的第一道工序，在选矿厂的整体生产中有着重要意义，因此本文以破碎矿石这道工序为例，分析在这道工序中应如何应用电气自动化技术。
2.1 设备配置
前面也提到过，破碎矿石这道工序的基本原则是“多破少磨”，即要使破碎机产出尽可能多的满足合格标准的矿物，使矿石去磨机的量尽可能少，如此是为了控制成本，增加生产效益。在矿石破碎这条生产线上，主要有破碎机、运输皮运机、收尘风机。为实现矿石破碎工序的电气自动化，首先在设置配备上要安排好数量足够且负荷能力达标的重负荷皮运机、中细碎圆锤破、E+H雷达、3D料位计、小车自动定位及驱动装置。对于圆锤破，要为每一台配备专门的控制系统和圆振筛。
2.2电气控制配置
数量合适的硬件PLC控制柜（大型选矿厂的矿石破碎生产线上一般为4台），并且有配套的冗余电源和网卡；数量合适的工控电脑（同前，一般为4台），设置3个操作员站和1个工作站。
3.如何在大型选矿厂中具体运用电气自动化
这一节在假设的前提背景下分析在大型选矿厂中如何配置电气自动化系统的硬软件和网络，以及如何设计电气系统：假设某大型选矿厂采用的是西门子 414H冗余控制器用以独立控制，设有4个操作员站和1个工作站，另配备有1台打印设备、3个PLC控制柜（可编程控制柜）。在这种设计前提下，对硬件、网络、软件等设计如下：
3.1系统硬件配置
为保障容错率，提升生产效率，系统硬件应采用冗余设计，有冗余设计的系统硬件能够在系统发生错误时快速地自我调整，将备用的控制器调动出来使用，如此使得系统更平稳可靠地运行。由于系统在切换控制器时很可能会导致上位机的数据中断，所以采用CP1613。同时，在生产现场配置21台 E+H 雷达料位计、1台3D 料位计，以实现对仓内料位计的动态监测。采用变频调速控制技术来控制给料皮运机，该技术能保障给料的平稳，而且有良好的可控性。
综上，需要配置的系统硬件包括：有冗余设计的中央处理器西门子414H；配套的冗余电池；配备CP1623冗余网卡的冗余通信模块CP443-1共4 套；5套冗余智能 I/OET200M；从实际出发，设置多个I/O模块（工业级远程采集与控制模块）；配置2台工业交换机。
3.2 网络配置
大型选矿厂应用电气自动化的系统网络一般采取典型的网络架构，从下至上共3层：最下面一层是通信层，负责自动地采集生产相关数据并保障I/O系统数据采集和传送的通信功能；再上面一层是中间层，负责中央处理器和I/O通信，在某些情况下或许又是负责其它独立配置的控制系统的通信，具体而言是西门子中碎机300；最上面一层是人及数据交换层，在这一层，上位机与中央处理器间互相通信，通信协议类型包括以太网以及 MODBBUS 等。
3.3软件设计
设计好软件能够保障电气自动化应用在大型选矿厂有效发挥作用。可编程逻辑控制器PLC编程软件采用的是WINCC7.0SP2 、西门子step75.4sp5 、Automasion License Manager5.0 授权管理的软件，采取的是梯形图、语句表形式的编程语言，而且以树状图模式嵌套。要提出的是，应该用尽可能精简的语言进行编程，保证程序的科学严谨性，避免死循环出现的可能性，并尽最大努力降低循环扫描所耗费的时间。为实现主线、冗余PLC与单击系统间的数据交流，可通过以太网进行通信连接，并采集输出接口的实时信号。运用西门子上位机编程软件对上位机进行编程，注意程序应保证动静态，并且操作程序易理解和执行，完成人机界面的科学设计。
3.4 电气设计
电机选择：设计电气控制系统的时候，软启动器是用来控制电机的，它处在电源和电动机定子之间，配置了三项反并联晶闸管调压器，能实现电机的软启动和软停车。它启动电机的工作原理如下：在软启动器上选择启动电机后，三项反并联晶闸管不断输出越来越大的电压值，带动电动机旋转加速；当所有晶闸管都导通后，额定电压达到一个稳定值，电动机进而在稳定的电压下实现平稳启动并运行，相比传统的启动方法，电气自动化的启动法减少了对电流量的需求，也不易出现过流跳闸的情况；当电机的运转转数达到一定数值时，电机正式完成了启动，这个时候，晶闸管的作用退位，软启动器自动借助旁路接触器来给电机提供额定电压，由此能保障电动机在一个平稳的状态下运行，并对晶闸管起到保护作用。采用电气自动化方法启动电机，能使启动机实际运行的时间增加，有利于生产效率的提高。
基础设计：对电气自动化控制系统的电气部分做设计时，要从选矿厂的实际情况出发，同时要明确电气设计的目标，即要能够实现对整个生产系统设备参数和运行工艺参数的实时采集、归档和呈现，并且能自动地启动和停止电机设备，存储和归档每条控制回路的调节和警报信息。需要强调的是，电气自动化控制系统的电气设计时整个电气自动化系统设计中的基础，很大程度上影响着电气控制系统的运行性能，所以在设计电气部分时要遵循严格的要求，并且反复改进，确保电气部分的质量。
回路设计：电气自动化系统的回路设计也是整个电气化系统设计中的重要部分，科学合理的回路能够使生产设备发挥出最佳性能，提升选矿厂的生产效率，所以回路设计也至关重要。电气自动化系统的回路设计需要专业技术人员的精心设计和严格把控，在设计回路时，必须要有系统观，将回路设计安放在整个系统中进行考虑和设计，对于回路也需要时刻保持优化，以保证其适应整个电气系统。
4.结语
在大型选矿厂推行电气自动化是生产的需要，也顺应科学技术发展趋势。电气自动化能够提升大型选矿厂的工作效率，增加其生产效益，所以要做好设计和把控。在设计时要从全盘进行考虑和分析，在需求导向下做出科学合理的设计方案并不断优化，实现软硬件的合理配置，使电气自动化的性能得到最好的发挥。上文关于电气自动化应用的探讨是在一个给定的生产线和前提背景下展开的，希望本文能对选矿厂的电气自动化应用实践起到一些指导，实际上，电气自动化也确实应当在更多的相关行业领域得以应用，不管是对于生产效益还是人力解放乃至人身权益保护都有积极意义。
参考文献：
[1]高凌云.基于PLC的气动自动生产线的研究[D].西南石油大学，2011.
[2] 陶权，谢彤.基于 PLC 的过程控制实验装置温度模糊 PID 控制[J]. 自动化技术与应用，2010（010）：22-26.