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洗煤厂集中控制系统设计方案
一、总结
选煤厂自动控制系统的任务是完成所有生产设备的控制和锁定、洗选工艺自动调节以及信息上传和共享，是生产自动化和信息化的重要部分。洗煤厂自动化控制系统按照安全、实用、可靠、先进、开放指导思想进行设计，吸收以往洗煤厂成功的经验，选用先进的技术和设备来保证整个系统安全可靠正常地运行。
传统的洗煤厂集中控制系统一般采用逻辑元件实现集中控制，通过硬接线实现联锁。由于元件的特性不一，在生产过程中经常会出现烧毁元件的现象，对生产影响很大。若需要修改联锁关系时，必须改变柜内的接线方式，灵活性不高。
由计算机实现的集中控制系统能对全厂设备实现自动化管理，由操作员在集控室内直接控制设备的起停及过程参数的调节。上位机界面可以直观地显示各种设备的启停状态和故障状态，便于操作员及时的掌握现场情况。
通过以太网，生产过程中的各种产品指标和工艺参数可传输至控制室，从而使全矿能够统一地安排人力资源及物力资源，实现安全、高效的生产。
选煤厂由于环境恶劣，对设备和设备控制水平要求高。一般情况下系统采PLC+计算机+总线模块等组成工业控制网络，提高系统的管理水平。
二、设计原则和依据
“先进、实用、经济”为系统总体原则。选煤厂工艺为原煤重介一煤泥重介一浮选一浓缩压滤一洗水闭路。建设项目所需的集中控制系统技术先进、自动化程度高、设备运行可靠，最终实现技术先进、设备性能安全可靠、配置合理、经济，并确保设备和人身安全、满足
系统实时性、开放性、互换性、可用性、易操作性、易维护性的要求，达到自动化程度高的现代化生产管理模式。
1、设计原则
1）可靠的系统性能、技术成熟、能长期、稳定、连续的运行。
2）技术先进。
3）设计、模型选择兼容性和可扩展性。
4）经济、实用性。
2、设计规范
1）《煤炭工业选煤厂设计规范》
2）《选煤厂集中控制装置选型技术规程》
3）《煤炭工业调度信息化总体规划纲要》
4）《“九五”这一时期煤炭行业电子信息发展规划纲要》
5）《煤炭调度信息设备》
6）《选煤厂设备流程图》
7）《选煤厂供配电系统图》
三、质量保证
我们向用户承诺，将严格执行合同中提供的所有产品ISO9001质量体系程序，从技术设计、施工设计、元器件采购及检验、产品加工及检验、现场指导安装、调试等方面，严格进行产品质量控制，确保提供符合行业标准的优质产品，使产品性能完全满足或超过合同及技术协议的要求。
1、安全性和可靠性
硬件：双重隔离：模
块与继电器隔离，继电器和现场隔离；操作保护：就地、集中手动、自动，互相闭锁；双电源热备供电，互为备用，在线自动切；通讯电缆双路冗余，自动检测，在线实时切换。
软件：采用安全性、稳定的操作平台；完善的系统自诊断功能；实时完成事故处理
2、系统性
配置：充分利用PLC、计算机、网络、现场总线和其他技术和优势，提高系统的性能/价格比。
组态：采用先进、实用、可靠的技术（PLC、计算机、网络、现场总线和其他技术）
四、选煤厂工艺简介
选煤厂的生产系统一般按洗选工艺分为跳汰+浮选、重介+浮选、跳汰+重介+浮选等形式，具体可分为仓前（预备）系统、跳汰（水洗）系统、重介选矸系统、浮选系统、压滤系统、配煤系统、循环水处理系统等。按照工艺要求可以分为以下几个子系统（图1、图2）：
a）原煤系统：原煤仓中的原煤经过骨折机骨折后，通过皮带、锚链和其他设备将其发送到夹具上方的缓冲箱。
b）跳汰系统：通过夹具中的风和水的联合作用，将原煤分为矸石、中煤和粗精煤三种产品。
c）重介系统：在混料桶中将粗精煤和介质混合，通过控制介质密度，粗精煤分为精煤和中煤。
d）浮选系统：来自生产过程中产生的煤泥，回收一部分精煤。
e）运输系统：将精煤、中国煤矸石，通过皮带、锚链等设备送至各自的仓中。
图1选煤厂工艺流程图1
图2选煤厂工艺流程图2
1、筛选
用带孔的筛面把颗粒大小不同的混合物料分成各种粒极的作业叫筛选。筛选所用的机器叫筛选机或者筛子。
在选煤厂中，筛选作业广泛地用于原煤准备和处理上。按照筛选方式不同，分为干法筛选和湿法筛选。
2、骨折
把大块物料粉碎成小颗粒的过程叫做骨折。用于骨折的机器叫做骨折机。在选煤厂中骨折作业主要有以下要求：
1）适应入选颗粒的要求；可由清洗机处理的煤颗粒具有一定范围，超过这个范围的大块要经过骨折才能洗选。
2）一些煤与煤和煤矸石混合，煤矸石与煤矸石混合，为了从中选出精煤，需要骨折成更小的颗粒，使煤和矸煤分离
3）满足用户的颗粒要求，将所选产品或煤炭快速粉碎至一定粒径
物料破碎主要采用机械方法，有压碎、劈碎、折断、击碎、磨碎等几种主要方式。
3、选煤
是利用与其它物质的不同物理、物理一化学性质，在选煤厂机械去除原煤中混合的杂质，把它分成不同质量、规格的产品，以适应不同有户的需求。
根据选煤厂的位置和煤矿的风俗习惯，选煤厂可分为：矿井选煤厂、群矿选煤厂、中心选煤厂和用户选煤厂；
我国现有的洗煤厂大多是矿井洗煤厂。现代洗煤厂是一个由许多操作组成的连续加工过程。
4、跳汰选煤
基于垂直脉动介质中颗粒密度差的选煤过程。跳汰选煤的介质是水或空气，个别的也用悬浮液。选煤中以水力跳汰的最多。
跳汰机利用跳汰原理，根据密度将选定的原料分离成洁净煤、中煤和矸煤等产品设备。
5、重介选煤
在密度大于1g/cm的介质中，按颗粒密度的的大小差异进行选煤，叫做重介质选煤或重介选煤。选煤所用的重介质有重液和重选浮液两类。重介质选煤的主要优点是分离效率高和其他选煤方法；入选力度范围宽，分选机入料粒为1000-6mm，漩流器为80-0.15mm生产控制易于自动化。重介选煤的缺点是生产工艺复杂，生产费用高，设备磨损快，维修量大。
重介选煤一般都分级入选。块煤的分离通常由重介质分离器在重力作用下进行；分选沫煤在离心力作用下用重介质漩流器进行。
6、存储
7、煤仓：
为调节产、运、销之间产生的不平衡，为保证矿山和运输部门正常均衡生产而设置的具有一定容量的煤仓，接受生产成品煤炭，保证能顺利出厂，进入最后的装车阶段。
8、装车:包括装车（船）、起重机和计量。
五、系统结构
1、系统集中控制范围
根据选煤厂工艺系统的特点和要求，全厂系统分为五个子系统：
（1）原煤系统：包括受煤，筛选骨折至三产品重介质旋流器以前的输送设备。
（2）重介分选系统：包括三产品旋流器以后的脱介筛、磁选机前至产品堆场的运输设备。重介分选系统又进一步分为原煤重介、煤泥重介两个分选系统。
（3）浮选系统：包括浮选进料泵和后续矿浆预处理器、浮选机、精煤压滤机、运输等生产设备。
（4）浓缩、压滤尾煤回收系统：包括浓缩机、离心机、搅拌桶、泵、压滤机、煤泥输送等设备。
（5）产品储运系统：包括给料机、皮带机等设备。
2、系统硬件组成
1）主要硬件设备
上位机采用研华工控机610H，内装高性能以太网卡，便于系统间连接。下位机采用德国SIEMENS公司S7-300系列可编程控制器，通过PROFIBUS由网络组成的分布式控制系统。上位机与下位机之间通过SIEMENS公司的工业以太网连接。
PLC控制柜内装可编程控制器与输入、输出继电器，可根据需要安装在现场或中央控制室。机旁操作箱可根据需要安装于现场，便于检修人员的操作。
2）系统硬件结构
整个系统（图3、图4、图5）分为两层。上层是控制层，由全厂集中生产控制系统和工艺参数闭环控制系统组成；下层为设备层，即现场级仪表、传感器、执行元气件等。
作为一名工厂学生
生产集中控制系统和过程参数闭环控制系统人机界面监控计算机，通过下连PLC，与密度自动控制系统、原煤系统、主洗系统、浮选系统、浓缩系统、压滤系统、及其它辅助生产系统的PLC站构成车间设备层网络；该层采用了当今国际上应用最为广泛的PROFIBUS总线技术。全厂监控系统全部由德国SIEMENS公司的S7系列PLC主机组成，构建了选煤厂自动化系统。全厂集控（含闭环）系统设置下列PLC站：
图3集中控制系统总体结构
（1）原煤准备系统PLC站：设在原煤车间配电室，主要对给煤机、骨折机、胶带运输机除铁器、分级筛、用于监测和检测相关信号的污水泵和其他设备；
（2）重介分选控制系统PLC站；设在主厂房配电室，设CPU主站，过程参数的过程控制；
（3）浮选系统PLC站：设在浮选厂房配电室，设CPU主站，过程参数的过程控制；
（4）浓缩、尾煤压滤系统PLC站：设在尾煤车间配电室，主要用于尾煤压滤系统和相关泵、皮带、刮板进行监控；
（5）压滤系统统PLC （含浓缩、事故沉淀池、清水泵房、油库）系统PLC站：设置在浓缩车间配电室；
（6）主厂房PLC站：设在主厂房配电室，设CPU主站和扩展站。监控主厂房设备并检测相关信号。
（7）产品储运系统PLC站：设在储运厂房配电室。它主要控制和检测皮带和其他设备。
上述PLC主站、上位监控系统计算机监控管理站、数据采集站都通过以太网或者光纤通信，构成控制层网络。现场层则采用PROFI-
BUS 总线。该总线系统由传输技术、通讯技术协议、通用行规和专用行规组成。由于PROFIBUS拥有统一的通信协议，在此基础上，开发了不同的一般应用规则和特殊应用规则，使得PROFIBUS可以广泛地应用洗煤厂各个工艺段的现场设备层。
3、系统软件组成
1）上位机软件
上位机软件采用非常成熟的工业组态软件SIEMENS公司WINCC系列软件进行编程，界面美观，组态灵活。
主要实现对现场设备的自动启、停控制；设备的运行状态监视和故障报警；工艺流程监视；过程参数实时、历史曲线；过程参数数据库查询以及棒图动画显示。通过两台24”大屏幕液晶显示器，利用变色、旋转、曲线、反映和监控全厂设备运行状态的表格和其他表格；利用填充、柱状棒图、曲线、表格等形式反映全厂各工艺参数的变化、趋势行进等情况。
可以根据实际情况和客户要求实现系统配置屏幕、系统工艺流程画面、水洗系统监控画面、浮选系统监控画面、重介系统监控画面、中煤系统监控画面以及其他设备工艺的监控画面。方便、直观的反映生产情况。
2）下位机软件
下位机软件采用西门子Step7 V5.3，对下位
的S7-300PLC进行逻辑梯形图（LAD）编程和PID功能块编程，对于逻辑控制设备，梯形图语言主要用于编程，对于密度、粘度、给煤机和各个桶的液位等过程控制则采用PID控制，每个PID块都有手动和自动操作模式，根据实际需要灵活选择。Step7 V5.3软件功能齐全，操作方便。
4、系统控制
系统主站PLC通过现场工业总线实现对各个分控的无缝连接，达到对各个分控系统的所有设备的集中控制（图4）。集控设备的控制方
式采用集中联锁和就地解锁。且此两种控制方式可灵活地转换，在转换过程中不影响整个系统的运行。
参加集控的工艺设备按工艺要求延时开车，按工艺要求延时停车方式进行控制。启动和停止的延迟时间根据工艺设备和电气设备的要求设置。
可以进行辅助设备的解锁或联锁设置和主要设备的维护设置。
灵活可靠的工艺流程，任意设置和选择；设备任意启停（减少了系统公用部分设备频繁启动，提高设备寿命及降低维护费用）；辅助设备与皮带传感器的解锁运行；大设备（不允许频繁启停的设备）联启不联停。
图4集中控制系统的控制结构
六、系统功能
一个成功的集中控制系统不仅可以控制现场使用的设备，还可以扩展到其他领域（见图5），为企业全自动化生产起到积极的作用，真正意义上实现无人值 守。系统主要功能如下。
图5选煤厂集中控制系统扩展结构图
1. 控制功能
（1）能实现自动、联锁手动、解锁手动、就地控制等操作方式的无忧切换，选煤厂工艺系统的所有机械和电气设备均包含在集中控制系统中，对煤流线上的参控设备进行集中连锁控制，对不参控设备就地解锁控制。
（2）灵活方便的工艺选择
（3）可根据程序要求实现受控设备的自动启动和停止
（4）它可以处理受控设备的事故：方便灵活的事故再启、超载事故处理、大设备（不允许频繁启停的设备）联启不联停、紧急停机操作、实时事故报警打印
（5）可以实现完善的管理功能：工艺参数（电流、料位、仓量、压力、温度、PH值、溶解氧）显示与记录。
（6）过程要求的自动平衡（闭环控制系统）
（7）辅助设备解除联锁设置
（8）控制模式由集中调度室的操作员在多功能控制台上选择。
（9）系统选择功能。
（10）调试功能。
（11）具有预报告和设备启动禁止功能。
（12）参控设备逆煤流启，顺煤流停。备用设备可实现在线启、停、所有设备均具备现场紧急停车功能。集中运行时，岗位司机只能就地停车，不能启动。
（13）事故处理功能，包括预告故障、启、停车故障，操作故障和检测信号的处理。
全厂出煤管线上的工艺设备纳入集中控制系统，其余如煤泥水系统
的设备只进行监视不参控。由集控室调度员实施集中控制。集控室设在主厂房，由于全厂设备分散，故在相应配电室设PLC分站，通过网线连接形成分布式网络结构。
2. 监控功能
洗煤厂重介质洗选生产线中所有设备的运行状态可通过两个上位机操作站进行监控和动态模拟。通过上位机发出启车信号自动启动洗煤生产线的设备，对生产线的设备故障进行自动诊断，根据故障点位置按逻辑程序自动停车。中央集控室上位机可以单机启车。
3. 调节控制功能
洗煤厂各设备间的耦合程度高，单个设备故障将直接影响整个生产线的生产，因此在PLC编程中对合格介质悬浮液密度、合格介质悬浮液磁性物含量、重介旋流器入压力、合介桶液位等工艺参数PID调节作了优化编程，使其能在上位机轻松实现手/自动无扰动切换，从而不会影响生产线生产。
4. 报警功能
系统具有故障报警（水泵、电机等启停故障）和密度、液位、压力等工艺参数超限报警。系统可以现场操作、计算机联动和自动运行，并相互联锁。
5. 通信状态显示功能
智能化工艺参数自动调整。系统可以显示PLC与两台上位机的通信状态。
6. 报告记录功能
面向用户的管理报表，该系统能够准确记录每台设备的运行情况（启动时间、停止时间、值班操作员）可以根据需要打印该报表。实时完成事故、运行记录，实时或追忆打印或查询。
7. 曲线函数
系统可以对密度、液位、压力等工艺参数，以实时曲线、历史曲线的形式直观地显示在上位机屏幕上。
8. 权限功能
防止误操作和非专业人员随意更改参数，该系统分为三级权限分别为操作员（只能对一部分画面进行操作）、管理员（增加减少用户名修改密码）、工程师（最高权限）
七、系统性能
1、系统特性
（1）可编程控制器技术先进，其性能处于世界领先水平。
（2）采用SIEMENS公司高性能ET 200M I/O模块，系统抗干扰能力强。
（3）采用双CPU热备，一台CPU出故障时，另一台CPU立即自动投入运行，系统可靠性强。
（4）所选网络传输速率高，通讯距离长。
（5）友好的人机界面，操作简便。
（6）维护简单，维护费用低，备件易于购买。
（7）以太网（标准TCP/IP协议）接，与其他网络的便捷连接
2 、处理器特性
可编程控制器是该系统自动控制的核心，它的功能直接影响系统的性能，因此，我们选择SIEMENS公司S7-400品牌的414-2处理器。与其它品牌PLC相比，处理器具有以下优点：
（1）灵活的系统结构
灵活的结构允许多个处理器、网络以及I/O在同一机架中使用，无限制。同时可以带电插拔任
哪个模块不会影响系统中其他模块的工作。
（2）卓越的处理器性能
处理器内存容量大：256kB内置内存，可扩展到最大2MkB ；处理速度非常快：0.08ms/K指令，局部框架的闭环处理时间小于1ms ；本地I/O的典型信号反应达500Hz，远程I/O的典型信号反应达100Hz 。
（3）多任务操作系统
实现IEC1131-3认证的任务模式一一支持32个独立的任务一一1个连续的背景任务,31个周期任务（STI）, 15具有控制优先级的配置。
（4）支持多种数据类型
支持IEC1131定义的基本数据类型（位，整型，符号长整型，浮点）；数组（1，2，3维）；符号寻址。
（5）较强的沟通能力
支持多种通信网络的组合，艮： Profibus网络、EtherNet网络、As-i MPI现场网络、RS-232接
（6）支持强大I/O模块
（7）具有独特的故障诊断功能
它可以自动区分断电和无信号状态，当输入输出线路出现故障时，可自动报警。