目前，在冶金行業選礦工藝中，大量使用礦石破碎機對礦石進行破碎。破碎工藝是選礦工藝中的重要一環，破碎系統的主體設備是破碎機，設備投資大，耗能多，使用和維護成本高，破碎系統的生產效率直接影響著整個選礦廠的生產成本和經濟效益。
近年來，新型破碎設備及其控制系統發展很快。自90年代以來，國內如鞍鋼齊大山選礦廠、武鋼程潮選礦廠、馬鋼南山選礦廠等先后引進了多臺美國METSO公司的Nordberg HP，系列礦石破碎機，該機型破碎處理能力強，大大提高了國內選礦廠破碎流程的生產效率。但與該機型配套的給礦自動控制系統價格昂貴，多數選礦廠由于經濟原因并未與設備一同引進。所以，開發這種新型破碎機的給礦自動控制系統在國內選礦行業具有極其重要的經濟和實用價值。
1、設計方案
HP系列礦石破碎機按處理能力的不同有多種型號，現以國內應用最為普遍的HP500為例，該破碎機在正常生產時要求擠滿給礦，即機腔料位要高出分料頭300 mm左右，此時破碎機處理量最大，處于最佳工作狀態。給礦控制的目標就是要保證擠滿給礦率，即破碎機擠滿給礦運行時間與總運行時間之比應在80%以上。
以前，人工觀察機腔料位，若料位偏低，則人工扳大下礦口閘門，反之則扳小給礦口閘門。但由于操作強度大，且受經驗和責任心影響，很難保證控制目標，未能最大限度地發揮設備效率。
要實現自動控制必須首先解決機腔料位檢測裝置問題。測量料位的方法很多，但能滿足破碎現場灰塵大、振動強這種惡劣環境的不多，且要求體積小、便于安裝。經多次調研，決定在破碎機機腔上方安裝超聲波料位計。該種料位計與物料不直接接觸，實踐證明這種傳感器的選型是非常合理的。
其次是下礦口閘門調節執行機構選型問題。經研究在破碎礦倉下礦口安裝電液推桿，它接收控制器輸出的正反轉的控制信號，推動閘門開大或關小，同時將實際角位移反饋到控制系統。
下礦量的波動（如粒度、黏度發生變化）是系統中的一個主要擾動，若僅以機腔料位作為被控參數構成單回路控制系統，當擾動發生后，由于給礦皮帶的傳輸需要一定的時間，即存在純滯后，在給礦皮帶較短的系統中，該純滯后不大，單回路控制系統還可以基本滿足要求，但對于給礦皮帶較長的系統，將導致調節作用大大滯后，且易發生振蕩，系統動態品質難以保證。
為了克服系統的純滯后，必須采用其他復雜控制方案。決定采用串級控制：在給礦皮帶上安裝皮帶秤，以給礦量為副參數和機腔料位為主參數構成串級控制系統，見圖1。
由圖2可見，由于粒度、黏度發生變化引起下礦量擾動發生時，給礦串級控制系統多了一個副回路，不等它影響到機腔料位，副回路立刻進行調節。這樣，大大減小了該擾動對機腔料位的影響，從而提高了主參數的控制質量和系統的動態特性，系統具有較強的抗擾動能力。
2、系統實現
系統除具有破碎機給礦自動控制功能外，還需要實時監控工藝流程，完成報表、統計、遠程瀏覽等其他功能。根據以上要求，控制系統決定采用基于西門子PLC的SCADA控制方案，網絡結構如圖3。
系統選擇西門子S7 300系列PLC(315 - 2DP)作為主控制器( CPU)，安裝在低壓配電室。根據車間現場的實際布局，選擇3塊ET200M模塊作為遠程I/O，實現給礦和破碎機現場操作和狀態指示等，CPU與遠程I/O之間通過PROFIBUS - DP接口通訊，完成破碎機的給礦自動控制。
在控制室設操作計算機兩臺（OP站1和OP站2)，互為備份。兩臺計算機上安裝CP5611通訊板卡，在PLC上安裝CP342 -5通訊處理模塊，3者之間通過PROFIBUS總線進行信息交互。兩臺操作站主要實現給礦系統工藝流程和工藝數據實時顯示，實時監控破碎機運行情況，如負荷曲線、運行時間、油溫、供油壓力等關鍵參數。另有查詢功能、歷史曲線、報警、參數設置、報表統計等功能。采用美國In -tellution公司的iFIX工控組態軟件iFIX，運行環境為Windows2000。
控制室另設服務器一臺( Server)，通過交換機Switch還可與車間主任、車間調度聯網，從而使管理層及時了解底層的生產和設備運行情況。
采用基于PROFIBUS總線的PLC-SCADA系統，只要一根通信線就可以實現現場I/O信號和CPU之間、CPU與上位機PC之間的連接，大大減少了接線工作量，縮短了施工時間，也使得整個系統更為簡潔可靠，且便于將來擴展。
3、結束語
目前，該系統己在武鋼得到成功應用。采用串級控制極大地提高了系統的動態品質，充分發揮了破碎機的處理能力，與人工相比，擠滿給礦率由以前人工操作時的50%左右提高到目前的85%以上，實現了控制目標。此外，由于穩定了破碎工況，從而最終提高了與之相關的磁選、篩分等相關工藝流程的整體運行效率。
