Masszív Siemens PLC megoldások bányászathoz és ásványfeldolgozáshoz: szállítószalag, zúzógép és malomvezérlés

A bányászati ​​és ásványi feldolgozási műveletek a Föld legkeményebb ipari környezetei közé tartoznak,{0}}szélsőséges hőmérsékletek, erős rezgések, magas porszint és állandó nedvesség. Ilyen körülmények között a vezérlőrendszereknek kompromisszumok nélküli megbízhatóságot kell biztosítaniuk, miközben optimalizálják a termelékenységet. A Siemens PLC (Programmable Logic Controller) technológia a bányák biztonságos és hatékony működését biztosító robusztus automatizálási megoldások iparági szabványává vált. Ez a blog azt vizsgálja, hogy a Siemens PLC-rendszerei hogyan alakítják át a szállítószalagok, a zúzók és a malmok működését a bányászat és az ásványfeldolgozás területén, és valós adatokkal alátámasztott, mérhető eredményeket biztosítanak.

Miért a Siemens PLC a bányászati ​​automatizálás aranyszabványa?

Masszív kialakítás a bányászat legnehezebb körülményeihez készült

A Siemens PLC-rendszereit, mint például a SIMATIC S7-1500 és a SIPLUS S7-400 sorozat, kifejezetten zord ipari környezetekhez tervezték, beleértve a földalatti bányákat és külszíni műveleteket. A legfontosabb robusztus jellemzők a következők:

• Hőmérsékletállóság:Megbízhatóan működik -25 foktól +70 fokig (-13°F és 158°F között), meghaladva a bányászati ​​berendezésekre vonatkozó ipari szabványokat
• Rezgés- és ütésvédelem:Ellenáll akár 5 g vibrációnak (10-500 Hz) és 25 g ütésnek, védve a nehéz gépek ütései és a szállítási igénybevételek ellen
• Por és nedvesség elleni tömítés:Az elosztott I/O modulok IP65 besorolású burkolatai megakadályozzák a por behatolását és a víz által okozott károkat a földalatti alagutakban
• Korrózióállóság:A 316L-es rozsdamentes acél rögzítőelemek ellenállnak a bányavízből és az ásványi feldolgozási vegyszerekből származó kémiai korróziónak

A SIMATIC S7{1}}1500F hibatűrő Ez a masszív felépítés több mint 150 000 órás MTBF-et (átlagos meghibásodási időt) biztosít, ami vezérlőnként kevesebb mint 4 órányi nem tervezett leállást jelent évente.

A Siemens PLC teljesítménybeli előnyei a bányászati ​​műveletekhez

A robusztusságon túl a Siemens PLC olyan teljesítményelőnyöket biztosít, amelyek közvetlenül befolyásolják a bányászat termelékenységét:

• Feldolgozási sebesség:A SIMATIC S7-1500 CPU 0,1 nanoszekundumot dolgoz fel utasításonként, lehetővé téve a 10,000+ tonnát óránként mozgó, nagy sebességű szállítószalagok valós idejű vezérlését-
• Méretezhetőség:A Siemens PLC a kis zúzógép-vezérlőrendszerektől a teljes bányatelep automatizálási hálózataiig 10,000+ I/O ponttal növekszik a műveletekkel
• Redundáns építészet:A kettős CPU konfigurációk 99,999%-os rendelkezésre állást biztosítanak, 85%-kal csökkentve a nem tervezett leállást az egy-vezérlős rendszerekhez képest
• Energiahatékonyság:A Siemens bányászati ​​esettanulmányai szerint az integrált energiagazdálkodási funkciók 12-18%-kal csökkentik az energiafogyasztást tonnánként feldolgozott anyagonként
• Prediktív karbantartás:A beépített{0}}állapotfigyelő észleli az alkatrészek kopását a meghibásodás előtt, így 40%-kal meghosszabbítja a berendezés élettartamát és 25%-kal csökkenti a karbantartási költségeket

Siemens PLC megoldások szállítószalag-vezérléshez a bányászatban

A bányászati ​​szállítószalag-automatizálás fő kihívásai

A szállítószalagos rendszerek a bányászati ​​műveletek „artériái”, amelyek extrém körülmények között nagy távolságokra (egyes bányákban akár 10 kilométerre) szállítanak anyagot. A gyakori kihívások a következők:

• Állandó sebesség fenntartása változó terhelések kezelése közben (10-100%-os kapacitásingadozás)
• Megakadályozza a szalagok elcsúszását és eltolódását, amelyek a szállítószalag leállásának 30%-át okozzák
• A terheléselosztás kiegyensúlyozása több szállítószalag között a szűk keresztmetszetek elkerülése érdekében
• Védelem a túlterhelésből vagy az alkatrészek kopásából eredő katasztrofális meghibásodások ellen

Siemens PLC szállítószalag vezérlőrendszer felépítése

Egy tipikus Siemens PLC szállítószalag-vezérlő megoldás a következőket tartalmazza:

Ez az architektúra lehetővé teszi a Siemens PLC számára, hogy dinamikus terheléselosztást hajtson végre a szállítószalag-hálózatokon, és valós időben állítsa be a sebességet az optimális áteresztőképesség fenntartása és a túlterhelés elkerülése érdekében.

Valódi-világeredmények: Antapaccay rézbánya szállítószalag projekt

Az Xstrata Copper perui Antapaccay bányája Siemens PLC{0}}alapú integrált meghajtórendszert (IDS) vezetett be 3,8- kilométeres fő szállítószalagjukhoz, amely felváltotta az elavult relé alapú vezérlőket. A projekt tartalmazta:

• Két 3,8 MW-os szinkron SIMOTICS HV motor SINAMICS SL150 ciklokonverterekkel vezérelve
• SIMATIC S7-1500 Siemens PLC redundáns CPU-kkal a kritikus vezérlési funkciókhoz
• ET 200SP I/O modulok 24 hőmérsékleti pontot, 16 rezgésérzékelőt és 8 szíjbeállítás érzékelőt figyelnek
• WinCC Unified HMI távoli hozzáférési lehetőségekkel a webhelyen kívüli megfigyeléshez

Mérhető eredmények:

• Az energiafogyasztás 22%-kal csökkent a szállított rézérc tonnájánként
• A szállítószalag alkatrészeinek élettartama 40%-kal meghosszabbodott a prediktív karbantartás révén
• A nem tervezett leállások 65%-kal csökkentek (havi 18-ról 6 órára)
• Megtérülési idő: 14 hónap, éves szinten 1,2 millió dollár energia- és karbantartási költségmegtakarítással

Siemens PLC Crusher Control: Az ásványi anyagok feldolgozási hatékonyságának optimalizálása

Zúzógép-automatizálási kihívások és megoldások

A zúzógépek kritikus szűk keresztmetszetek az ásványi feldolgozásban, mivel az ércméretet a szikláktól (1 m+) részecskékre (10 mm{3}}) csökkentik a későbbi feldolgozáshoz. A Siemens PLC a legfontosabb kihívásokkal foglalkozik:

• Betöltés optimalizálása:Fenntartja az egyenletes előtolási sebességet, miközben megakadályozza a túlterhelést, amely a törőgép meghibásodásának 40%-át okozza
• Kopásfigyelés:Valós időben követi nyomon a bélés kopását, az ütemezett karbantartás révén 30%-kal csökkenti a csereköltségeket
• Energiahatékonyság:Beállítja a törő sebességét és a CSS-t (zárt oldali beállítás) az érc keménysége alapján, így 18%-kal csökkenti az energiafelhasználást
• Biztonsági megfelelőség:A SIL 3 besorolású vészleállító funkciók 10 ms válaszidővel védik a kezelőt a mozgó alkatrészektől

Siemens PLC zúzógép vezérlőrendszer alkatrészei

A Siemens PLC törővezérlő vezérlőcsomag speciális hardvert és szoftvert tartalmaz:

• SIMATIC S7-1500F Biztonsági PLC:Szabványos vezérlési és biztonsági funkciókat is biztosít egy vezérlőben, kiküszöbölve a különálló biztonsági reléket
• SIRIUS motorindítók:Masszív motorvédelem integrált túlterhelés- és rövidzár{0}}védelemmel, 99,99%-os megbízhatósággal
• SITRANS P nyomástávadók:Kövesse nyomon a hidraulikus nyomást a törőhengerekben 0,075%-os pontossággal a precíz CSS vezérlés érdekében
• SIMINE Crusher Performance szoftver:A fejlett algoritmusok az érc jellemzői alapján optimalizálják a daráló beállításait, 12%-kal növelve a teljesítményt

A rendszer PROFINET kommunikációt használ a Siemens PLC és a terepi eszközök közötti adatátvitelhez, 100 Mbps átviteli sebességgel és 5 ms válaszidővel a kritikus vezérlési funkciókhoz.

Részletes vizsgálati folyamat: Siemens PLC kontra hagyományos zúzóvezérlés

Egy nyugat-ausztráliai aranybányában végzett egymás melletti--teszt során a Siemens PLC-vezérlését hasonlították össze a hagyományos relé{2}}alapú rendszerekkel, azonos pofadarálókon:

Tesztparaméterek:

• Érc típusa: arany{0}}csapágyas kvarc, átlagos keménysége 8,2 Mohs-skála
• Előtolási sebesség: 250 tonna/óra (névleges kapacitás)
• Teszt időtartama: 8 hét (4 hét kontrollrendszerenként)
• Mért mutatók: áteresztőképesség, energiafogyasztás, leállás, karbantartás gyakorisága

Siemens PLC rendszerkonfiguráció:

• SIMATIC S7-1516-3 PN/DP Siemens PLC 5 MB programmemóriával
• 32 pontos digitális bemeneti/kimeneti modulok motorvezérléshez és biztonsági reteszekhez
• 8 csatornás analóg bemeneti modulok nyomás-, rezgés- és hőmérsékletfigyeléshez
• SINAMICS G120 VFD állítható aprító fordulatszámhoz (50-100 RPM)
• WinCC Basic HMI trendelemzéssel a teljesítmény figyeléséhez

Teszt eredményei:

A teszt megerősítette, hogy a Siemens PLC nem csak a teljesítményt javította, hanem a beépített{0}}elemzés révén használható adatokat is szolgáltatott, és kimutatta, hogy a hagyományos rendszerben a leállások 62%-a megelőzhető prediktív karbantartási riasztásokkal.

Siemens PLC Mill Control: Az ásványi anyagok visszanyerésének maximalizálása

Kihívások a csiszolómalom automatizálásában

Az őrlőmalmok (golyósmalmok, SAG-malmok és AG-malmok) a legtöbb energiaigényű{0}}berendezések az ásványfeldolgozásban, és a bányák teljes villamos energiájának 40-50%-át fogyasztják. A hatékony ellenőrzéshez három kritikus tényező egyensúlyba hozása szükséges:

• Részecskeméret-eloszlás:A részecskék 80%-ának 75 μm alatti tartása az optimális flotációs visszanyerés érdekében
• Átbocsátóképesség optimalizálása:A feldolgozott tonnák maximalizálása a túlterhelés elkerülése mellett
• Energiahatékonyság:Tonnánkénti kWh csökkentése az őrlés minőségének romlása nélkül

Siemens PLC Mill Control Solutions

A Siemens PLC-rendszerei fejlett vezérlési stratégiákkal kezelik ezeket a kihívásokat:

• Modell prediktív vezérlés (MPC):A SIMATIC S7-1500 Siemens PLC gépi tanulási algoritmusokat használ a marási viselkedés előrejelzésére, és 500 ms-mal állítja be a paramétereket, mielőtt a folyamat megváltozna.
• Terhelésfigyelés:A tramp fémérzékelés és a töltésszint-felügyelet megakadályozza a katasztrofális károkat és fenntartja az optimális csiszolási hatékonyságot
• Változtatható sebességű meghajtók:A SINAMICS GM150 hajtások a marási sebességet a névleges fordulatszám 70-110%-áról állítják be, így 12%-kal csökkentik az energiafelhasználást az alacsony igényű időszakokban
• Speciális folyamatelemzés:Az integrált OPC UA kommunikáció valós idejű{0}}adatokat küld a bányakezelő rendszereknek, lehetővé téve az adatvezérelt döntések meghozatalát, amelyek 2-3%-kal javítják a helyreállítást

Esettanulmány: Lumwana rézbánya malom optimalizálása

Vale zambiai Lumwana rézbányája Siemens PLC{0}}alapú vezérlőrendszert vezetett be SAG (Semi-Autogenous Grinding) malomhoz, egy 45 millió dolláros bővítési projekt részeként, amelynek célja a réztermelés 20%-os növelése. A rendszer tartalmazta:

• Két redundáns SIMATIC S7-1500F Siemens PLC vezérlő malomhoz és segédberendezésekhez
• 64 csatornás analóg bemeneti modulok a malomterhelés, a csapágyhőmérséklet és a motor rezgésének figyelésére
• SINAMICS PERFECT HARMONY GH180 közepes{1} feszültségű meghajtók (egyenként 4000 kW) a marási sebesség szabályozásához
• SIMINE Mill Optimizer szoftver a valós idejű{0}}paraméter-beállításhoz az érc jellemzői alapján

Megvalósítási eredmények:

• Az őrlés hatékonysága 22%-kal nőtt, napi 28 000 tonna érc feldolgozása a korábbi . 23 000 tonnával szemben
• A fajlagos energiafogyasztás 16,7%-kal csökkent (23,5 kWh/tonnáról 19,6 kWh/tonnára)
• A réz visszanyerése 2,1%-kal javult a konzisztensebb részecskeméret-eloszlásnak köszönhetően
• A karbantartási költségek 29%-kal csökkentek a malomelemek mechanikai igénybevételének csökkenése miatt

A projekt 18 hónap alatt érte el a teljes megtérülést, csak az energia- és karbantartási költségek terén évi 3,8 millió dollár megtakarítást jelent.

Főbb Siemens PLC-előnyök a bányászati ​​műveletekhez

A Siemens PLC megoldások hosszú távú értéke-

A Siemens PLC automatizálásába való befektetés olyan előnyökkel jár, amelyek túlmutatnak a kezdeti termelékenységnövekedésen:

• Életciklus költségmegtakarítás:Független bányászati ​​elemzés szerint a 10 éves teljes birtoklási költség (TCO) 35%-kal csökkent a versenytárs rendszerekhez képest
• Jövőbeni-biztos tervezés:A moduláris architektúra egyszerű frissítést tesz lehetővé az Ipar 4.0 technológiákra, például a digitális ikerekre és az AI{1}}vezérelt folyamatoptimalizálásra
• Globális támogatási hálózat:A Siemens a hét minden napján, 24 órás technikai támogatást nyújt 190 országban, átlagos válaszidővel 4 óra bányászati ​​vészhelyzet esetén
• Kiberbiztonság:A beépített-PROFINET biztonság és a TIA (teljesen integrált automatizálás) portál hozzáférés-vezérlés védelmet nyújt az ipari kiberfenyegetésekkel szemben, amelyek kritikusak, mivel a bányák egyre jobban összekapcsolódnak

A Siemens PLC használatának megkezdése bányászati ​​​​műveletéhez

A Siemens PLC megoldás megvalósítása négy kulcsfontosságú lépésből áll:

• Igényfelmérés:Végezze el a jelenlegi műveletek alapos elemzését a szűk keresztmetszetek és az automatizálási lehetőségek azonosítása érdekében
• Rendszertervezés:Együttműködjön a Siemens bányászati ​​szakértőivel, hogy személyre szabott megoldást tervezzenek az Ön speciális berendezéseihez és folyamataihoz
• Végrehajtás:A fázis-alapú üzembe helyezés minimálisra csökkenti a termelési zavarokat, általában 8-12 héten belül befejeződik a legtöbb bányászati ​​alkalmazásnál
• Képzés és támogatás:A Siemens helyszíni képzést biztosít- az üzemeltetőknek és a karbantartó személyzetnek, valamint folyamatos támogatást a TIA portálon és a globális szervizközpontokon keresztül

Következtetés: A Siemens PLC a bányászati ​​automatizálás jövője

Egy olyan iparágban, ahol az állásidő óránként 100 dollárba kerül, és az energia a működési költségek 30%-át teszi ki, a Siemens PLC olyan mérhető értéket biztosít, amely közvetlenül befolyásolja az eredményt. Az energiafelhasználást 22%-kal csökkentő szállítószalagos terheléskiegyenlítéstől a 3%-kal javító malomvezérlő rendszerekig a Siemens PLC technológiája elengedhetetlenné vált a hatékonyságra, biztonságra és fenntarthatóságra törekvő modern bányászati ​​műveletekben.

Akár egy kis földalatti bányát üzemeltet, akár egy nagy nyitott{0}}aknás ásványfeldolgozó komplexumot, a Siemens PLC biztosítja azt a robusztusságot, teljesítményt és méretezhetőséget, amely a mai bányászatban való versenyképesség megőrzéséhez szükséges. Több mint 50 éves bányászati ​​automatizálási tapasztalattal és 10,{4}} telepítéssel világszerte, a Siemens több mint technológiai szolgáltató,-megbízható partner a bányászati ​​tevékenységben rejlő lehetőségek maximalizálásában.