选矿厂矿石破碎S7-300PLC控制系统梯形图软件设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上河北联合大学轻工学院QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY毕业设计说明书设计（论文）题目：选矿厂矿石破碎S7-300PLC控制系统梯形图软件设计学生姓名： +学 号：+专业班级：+ 学 部：+指导教师：+ 教授 2012年05月23日专心-专注-专业摘 要选矿厂集中控制系统是指运用各种自动控制技术完成破碎筛分、磨矿分级、选别、脱水、过滤及精矿和尾矿的输送等选矿作业的控制系统。稳定性、准确性是系统必备的要素。该系统在工业生产中常以单片机或者可编程控制器（PLC）来完成控制功能。然而，以单片机实现的控制系统在安全、可靠及抗干扰的

2、性能上要稍逊色于PLC。为此，在工业生产中大力开发使用PLC完成控制功能的选矿厂自动控制系统是非常必要的。本设计正是完成基于PLC为控制器的选矿厂综合自动化系统设计1。 随着计算机、网络、数据库等相关技术的不断发展和完善，自动化系统得到极大的完善。本设计中以S7300 PLC为核心控制器，着重说明了选矿厂破碎和磨矿两个环节的控制流程、控制系统硬件配置、梯形图程序设计及整体系统的调试等情况。PLC的应用极大地提高了选矿产品的质量和生产效率，在整个选矿行业具有广阔的应用前景。关键词：选矿自动化，S7-300，PLC，破碎AbstractConcentrator centralized contro

3、l system is the application of automatic control technology refers to the completion of crushing and screening, grinding and classification, sorting, dewatering, filtration and tailings concentrate and mineral processing operations, such as the transmission of the control system. Stability, accuracy

4、 is an essential element of the system. The system is often in industrial production or a single-chip programmable logic controller (PLC) to complete control. However, single-chip control system to achieve safe, reliable and anti-jamming performance slightly inferior to the PLC. For this reason, in

5、industrial production and vigorously develop the use of PLC control functions to complete the speed batching system is very necessary. This design is precisely completes based on PLC is controller's ore dressing plant synthesis automated system design. Along with the computer, the network, the d

6、atabase and so on correlation technique develops unceasingly and consummates, the automated system obtains the enormous consummation. This design emphasized the STEP7 software to select, installment, trapezoidal chart programming and integrated system's situations and so on debugging. The PLC ap

7、plication improved the product quality and the production efficiency enormously, has the broad application prospect in the entire dressing profession.Key Words：Automation of mineral processing，S7-300，PLC，Fracture目 录1 绪论1.1 选矿自动化系统简介国内选矿自动化研究和应用起步较晚，与国外相比，技术水平明显落后，许多矿山企业由于钢铁的需求量巨大、利润丰厚而不注重成本效益，科技投入少，

8、运营成本高，生产效率低，损耗浪费严重。我国现代化建设的迅速发展，对精矿的需求及品质要求越来越高，给生产提出了更大、更高的要求，于是，先进的技术在工业中的应用已经成为现代工业发展的必然趋势，磨矿分级作业和自动控制在选矿工艺中日显重要，矿山企业也越来越重视自动化的建设，运用现代电子技术不断改造传统产业是社会发展的需要，也是市场竞争的必然结果。在市场经济条件下如何提高选矿厂的效益成为摆在选矿工作者面前的重要课题，因此选矿自动化控制系统设计技术的发展是当务之急。选矿自动化技术是指：在选矿生产中，采用仪表、自动装置、电子计算机等技术和设备，对选矿生产设备状态和选矿生产流程状况实行监测、模拟、控制，并对生

9、产进行管理的 技术。且选矿生产的特点是生产具有连续性,各设备间联系紧密;原矿的物质组成复杂，性质多变，而且含腐蚀性及对人体有害物质;设备类型多、能耗大;生产车间潮湿、多尘，震动大1。本次设计就是在这一前提下进行的。其中采用了德国西门子公司的PLC和WinCC组态软件,使得实际工作更加方便；同时，可节省大量的人力、物力资源,是今后几十年选矿厂技术改进的主要方向。为此，通过对破碎、磨矿工艺的分析和工艺要求，引进先进的工业控制机和PLC组成集中制系统，完成调节器难以实现的计算过程，保证控制系统的可靠性和长期稳定性，稳定生产过程。不管是对于生产流程和工艺设备已基本成型的老选厂，还是正在准备投入运行的新

10、选厂，实现选矿生产过程自动化控制技术，可以挖掘设备的生产潜力，节约劳动力，大大提高劳动生产率，提高选矿回收率和精矿品位，改善劳动条件，降低药剂和电能的消耗，使选矿生产更加经济合理。选矿生产的主要工艺过程为破碎、磨矿、分级、选别、浓缩脱水、过滤、精矿输送等工序。下面对各工序的控制目的和控制策略做个简要的介绍。1.2选矿自动化的过程简述1.2.1破碎过程自动化破碎工序是选矿厂的第一道工序，该工序能否稳定正常的工作直接影响后续作业情况。破碎自动化系统，通过对油温、油位的检测实施对破碎机安全工作状态的分析和报警；通过对破碎机工作电流 和给矿量的检测和分析实施破碎机优化给矿的控制；通过对料仓料位的检测和

11、各破碎机能力的分析实施自动布料和破碎机工作的优化平衡；最终使整个系统安全、稳定、高效的运行。运用该系统后将大大的节约电能、降低油耗、提高破碎机工作效率、减少岗位人员配置、提高设备的安全可靠性、减少设备维修的费用、通过人性化的组态界面使操作起来简单方便，便于管理。1.2.2磨矿过程自动化磨矿分级过程的自动控制是一个比较复杂的控制过程，我们通过对各加水点加水量的控制、一段球磨机磨矿浓度控制、分级机溢流浓度控制、旋流器给矿浓度控制、旋流器给矿泵池液位与旋流器给矿压力的协调控制及旋流器给矿压力的自寻优控制等技术，使矿浆的粒度达到工艺要求的指标，并在保证粒度的前提下，实现磨机处理量的最佳化。对于磨矿过程

12、的关键工艺参数，我们利用先进的控制技术，结合企业多年的生产情况和优秀操作工所积累的丰富经验，开发出专家控制系统，该系统优化了磨矿分级的自动控制，使磨矿分级过程的自动化控制更加的智能。磨矿分级自动控制系统有降低电能、钢球的损耗，提高金属的回收率，提高磨机的处理量，提高分级溢流粒度的合格率，降低工人的劳动强度等特点，是选矿综合自动化控制系统中非常重要的子系统。1.2.3磁选过程的自动控制 磁选是整个选矿生产过程的关键环节之一，磁选效果的好坏直接影响金属回收率和精矿品位。根据现场的实际情况，我们通过控制脱水槽的界面起到提质降尾的作用，减少金属流失；同时通过对强磁选机的控制，提高金属回收率和精矿品位。

13、而对于弱磁选环节则要通过控制磨矿分级系统来保证精矿品位和回收率。1.2.4浓缩过程自动控制系统浓缩成一定浓度的合格矿浆，并输送给下一道工序，同时防止溢流水跑浑这是我们的控制目的。浓缩过程的输入与输出之间具有强耦合、强非线性；其中一个输入的变化都会引起两个输出的改变，每个输出又都与两个输入相关。我们通过智能解耦控制技术以底流浓度和大井界面高度为目标值对底流泵转速和絮凝剂添加量进行控制，使得大井界面维持一定的高度，同时使输送到下一工序的矿浆稳定在合格的范围内。1.2.5精矿传送控制系统通过对精矿输送皮带进行连锁控制，实现上料自动化，可以实现减员的目的。以上是选矿过程各个工序的自动控制概要性方案，将

14、各个工序的控制系统通过计算机网络连接到一起，通过上层软件的综合智能管理，那么就形成了选矿过程综合自动化控制系统。本次设计我们主要以破碎阶段控制系统为主要内容。2 可编程控制器的介绍2.1可编程控制器的概述2.1.1可编程控制器的发展史可编程控制器的发展史让我们追溯到20世纪的六十年代末，认识一下可编程控制器的发展史吧。在可编程控制器出现以前，继电器控制在工业控制领域占主导地位，由此构成的控制系统都是按预先设定好的时间或条件顺序地工作，若要改变控制的顺序就必须改变控制系统的硬件接线，因此，其通用性和灵活性较差。20世纪的六十年代，计算机技术开始应用于工业控制领域，由于价格高、输入输出电路不匹配、

15、编程难度大以及难于适应恶劣工业环境等原因，未能在工业控制领域获得推广。1968年，美国最大的汽车制造商一通用汽车公司(GM)为了适应生产工艺不断更新的需要，要求寻找一种比继电器更可靠，功能更齐全，响应速度更快的新型工业控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，立即引起了开发热潮。主要内容是：(1)编程方便，可现场修改程序：(2)维修方便，采用插件式结构：(3)可靠性高于继电器控制装置：(4)体积小于继电器控制盘：(5)数据可直接送入管理计算机；(6)成本可与继电器控制盘竞争；(7)输入可为市电；(8)输出可为市电，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器等；(9)扩展时原系统改变最少

16、；(10)用户存储器大于4kB。这些条件实际上提出将继电器控制的简单易懂、使用方便、价格低的优点与计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点结合起来，将继电接触器控制的硬接线逻辑转变为计算机的软件逻辑编程的设想2。1969年，美国数字设备公司(DEC公司)研制出了第一台可编程控制器PDP一14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意的效果，可编程控制器自此诞生。可编程控制器自问世以来，发展极为迅速2。1971年，日本开始生产可编程控制器。1973年，欧洲开始生产可编程控制器。到现在，世界各国的一些著名的电气工厂几乎都在生产可编程控制器装置。可编程控制器已作为一个独立的工业设备被列入生

17、产中，成为当代电控装置的主导。2.1.2可编程控制器的特点可编程控制器具有如下优点：1、可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2、硬件配套齐全，功能完善，适用性强。PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化

18、、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3、易学易用，深受工程技术人员欢迎。PLC作为通用，是面向工矿企业的设备。它接口容易，编程语言易于为工程

19、技术人员接受。语言的图形符号与和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4、系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生

20、产场合。5、体积小，重量轻，能耗低。以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/21/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备3。2.1.3 可编程控制器的分类可编程控制器可分：1.按输入/输出点数分（1）小型机小型PLC I/O总点数在256点以下，用户程序存储容量在4KB左右。（2）中型机中型PLC I/O总点数在2562048点之间，用户程序存储容量在8KB左右。本次设计采用的是中型PLC。（3）大型机大型PLC I/O总点数在2048点以上，用户程序存

21、储容量在16KB以上。2.按结构形式分（1）整体式（2）模块式，本次设计采用模块式。3.按生产厂家分目前世界上PLC产品按地域分成三大流派：美国、欧洲和日本。日本和美国PLC产品较相似。占PLC市场80%以上的生产公司是：德国的西门子（SIEMENS）公司、法国的施耐德（SCHNEIDER）自动化公司、日本的欧姆龙（OMRON）和三菱公司。目前国内常用的主要是西门子S7-300、S7-400中大型机等。2.1.4 PLC的应用领域PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产

22、过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：1、开关量逻辑控制取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2、工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量)，PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环

23、控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。3、运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4、数据处理PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、造纸、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。5、通信及联网PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有

24、通信接口，通信非常方便。但是，可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制4。2.2 S7-300简介2.2.1 S7-300的硬件介绍S7-300为标准模块式结构化PLC，各种模块相互独立，并安装在固定在机架（导轨）上，构成一个完整的PLC应用系统。图2-1 S7-300 PLC介绍2.2.2 S7-300的CPU模块1.电源模块 2.后备电池 3. 24V DC 连接器 4.模式开关 5.状态和故障指示灯 6.存储器卡(CPU 313 以上) 7. MPI多点接口 8.前连接器 9.前盖图2-2 S7-300 P

25、LCS7-300的CPU模块（简称为CPU）都有一个编程用的RS-485接口，有的有PROFIBUS-DP接口或PtP串行通信接口，可以建立一个MPI（多点接口）网络或DP网络。功能最强的CPU的RAM为512KB，最大8192个存储器位，512个定时器和512个计数器，数字量最大65536，模拟量通道最大为4096。有350多条指令。计数器的计数范围为1999，定时器的定时范围为10ms9990s。图2-3 多机架的S7-300 PLC只需要扩展一个机架，可以使用价格便宜的IM 365接口模块对。数字量模块从0号机架的4号槽开始，每个槽位分配4个字节的地址，32个I/O点。模拟量模块一个通道

26、占一个字地址。从IB256开始，给每一个模拟量模块分配8个字。1模块诊断功能可以诊断出以下故障：失压，熔断器熔断，看门狗故障，EPROM、RAM故障。模拟量模块共模故障、组态/参数错误、断线、上下溢出。2过程中断数字量输入信号上升沿、下降沿中断，模拟量输入超限，CPU暂停当前程序，处理OB40。3状态与故障显示LEDSF（系统出错/故障显示，红色）：CPU硬件故障或软件错误时亮。BATF（电池故障，红色）：电池电压低或没有电池时亮。DC 5V（5V电源指示，绿色）： 5V电源正常时亮。FRCE（强制，黄色）：至少有一个I/O被强制时亮。RUN（运行方式，绿色）：CPU处于RUN状态时亮；重新启

27、动时以2 Hz的频率闪亮； HOLD（单步、断点）状态时以0.5Hz的频率闪亮。STOP（停止方式，黄色）：CPU处于STOP，HOLD状态或重新启动时常亮。BUSF（总线错误，红色）。图2-4 CPU 318-2的面板4模式选择开关（1）RUN-P(运行-编程)位置：运行时还可以读出和修改用户程序，改变运行方式。（2）RUN (运行)位置：CPU执行、读出用户程序，但是不能修改用户程序。（3）STOP（停止）位置：不执行用户程序，可以读出和修改用户程序。（4）MRES（清除存储器）：不能保持。将钥匙开关从STOP状态搬到MRES位置，可复位存储器，使CPU回到初始状态。复位存储器操作：通电后

28、从STOP位置扳到MRES位置，“STOP”LED熄灭1s，亮1s，再熄灭1s后保持亮。放开开关，使它回到STOP位置，然后又回到MRES，“STOP”LED以2Hz的频率至少闪动3s，表示正在执行复位，最后“STOP”LED一直亮。某些CPU模块上有集成I/O。PLC使用的物理存储器：RAM，ROM，快闪存储器（Flash EPROM）和EEPROM5。2.2.3 CPU模块的分类S7-300CPU模块可分为紧凑型、标准型、革新性、户外型、故障安全型和特种型CPU6。紧凑型：CPU312C、CPU313C、CPU313-2PtP、CPU313C-2DP、CPU314-2PtP、 CPU314

29、-2DP标准型：CPU313、CPU314、CPU315、CPU315-2DP革新型：CPU312、CPU314、CPU315-2DP、CPU317-2DP户外型：CPU312IFM、CPU314IFM、CPU314故障安全型：CPU315F、CPU315F-2DP、CPU317F-2DP特种型：CPU317T-2DP、CPU317-2PN/DP2.2.4 S7-300PLC的功能及扩展能力1.功能（1）高速的指令处理。0.1-0.6us的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。（2）人机界面（HMI）。方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，因此人机对话的编

30、程要求大大减少。（3）诊断功能。CPU的智能化的诊断系统可连续监控系统的功能是否正常，记录错误和特殊系统事件。（4）口令保护。多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。2.扩展功能（1）与CPU312FM和CPU313配套的模块只能安装在一个机架上。（2）除了电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上最多只能安装8个信号模块或功能模块。（3）CPU314/315/315-2DP最多可扩展4个机架。（4）IM360/IM361接口模块将S7-300背板总线从一个机架连接到下一个机架。2.3 PLC编程语言在 SIMATIC 管理器中，用双击相应的对象（块，源文

31、件，等），或选择菜单命令 Edit>Open Object，或在工具条中选择相应的按钮，来启动相应的语言的编辑器。在表中列出的编程语言都可用于生成 S7 程序。在标准的 STEP 7 软件包中包括LAD、FBD、STL。这几种 STEP 7 编程语言表示类型，也可购买作为可选软件包的其它的编程语言。1、PLC编程语言的国际标准IEC 61131是PLC的国际标准，1992-1995年发布了IEC 61131标准中的14部分，我国在1995年11月发布了GB/T15969-1/2/3/4(等同于IEC 61131-1/2/3/4) 。IEC 61131-3广泛地应用PLC、DCS和工控机、

32、“软件PLC ”数控系统、RTU等产品。定义了5种编程语言（1）结构文本ST(Structured text)： 西门子称为结构化控制语言(SCL)。（2）编程语言 SCL（结构化控制语言）：是一个可选软件包，它是按照国际电工技术委员会 IEC1131-3 标准定义的文本语言。ASCAL 类型语言在编写诸如回路和条件分枝时，用其高级语言指令要比 STL 容易。因此，SCL 适合于公式计算，复杂的最优化算法或管理大量的数据。（3）梯形图LD(Ladder diagram)：西门子简称为LAD。图形编程语言梯形逻辑是基于电路图表示法的基础之上，在程序段中将电路图中的元素如常开触点和常闭触点组合而成

33、。一个逻辑块的程序部分由一段或多段程序组成。梯形逻辑编程语言包含在 STEP 7 标准软件包中。梯形逻辑程序是用增量编辑器生成。梯形逻辑程序是用增量编辑器生成。（4）功能块图FBD (Function block diagram)：标准中称为功能方框图语言。编程语言功能块图（FBD）使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑。一些复杂功能诸如算术功能等，可直接用逻辑框表示。FBD 编程语言包含在 STEP 7 标准软件包中。（5）连续功能图（Continuous Function Chart）：西门子称之为S7 CFC 编程语言。可选软件包 CFC（Continuous Function

34、Chart，连续功能图）是一种用图形的方法连接复杂功能的编程语言。编程语言 S7 CFC 用于连接已存在的各种功能。有许多标准功能不需要用户编程，而是可以使用含有标准块（例如：逻辑、算术、控制和数据处理等功能）的程序库。使用 CFC 不需要用户掌握详细的编程知识以及有关可编程序控制方面的专门知识。只需要具有行业所必需的工艺技术方面的知识就可以。用户生成的程序块可按自己的意愿进行连接，连接的方法分不同的情况，如果用SIMATIC S7，可用 S7 编程语言中的任一种，如果是用于 SIMATIC M7 则用 C/C+编程语言。程序是按 CFC 图表生成并存储。这些程序存在 S7 program 下

35、面的“Charts”文件夹中。这些图表可编译成用户程序中的 S7 程序块5。2、编程语言的相互转换与选用在STEP 7编程软件中，如果程序块没有错误，并且被正确地划分为网络，在梯形图、功能块图和语句表之间可以转换。如果部分网络不能转换，则用语句表表示。（1） 语句表可供喜欢用汇编语言编程的用户使用。语句表的输入快，（2） 可以在每条语句后面加上注释。设计高级应用程序时建议使用语句表。（3） 梯形图适合于熟悉继电器电路的人员使用。设计复杂的触点电路时最好用梯形图。（4） 功能块图适合于熟悉数字电路的人使用。（5） S7 SCL编程语言适合于熟悉高级编程语言(例如PASCAL或C语言)的人使用。（

36、6） S7 Graph, HiGraph和CFC可供有技术背景，但是没有PLC编程经验的用户使用。S7 Graph对顺序控制过程的编程非常方便，HiGraph适合于异步非顺序过程的编程，CFC适合于连续过程控制的编程。你可以选择一系列不同的编程方法（梯形逻辑、功能块图、语句表、高级语言、顺序控制或状态图形）。还可以选择是用文本方式编程，还是用图形方式编程。选择好编程语言，也就确定了可以用哪种输入方式7。3 选矿自动化控制系统总体设计方案3.1总设计思想选矿自动化系统流程：原矿破碎磨矿选别（磁选、浮选、去杂）浓缩脱水精矿将整个系统分成两个部分，一个是破碎阶段，另一个是磨矿分级阶段。每一个阶段都保

37、留原来现场的继电器接触器系统，另外加上的是一套由上位机和PLC构成的集中控制系统。集中控制的时候，所有的操作都由上位机实现，上位机操作分手动和自动两部分，打到手动档时，所有设备的起停由手动按钮控制；打到自动档时，按启动按钮，系统按一定的顺序自动启动（有联锁），按停止按钮，系统按一定的顺序自动停止（有联锁）；系统正常运行的时候，上位机能够实时监控设备的运行状态。在破碎阶段由上位机和PLC构成的集中控制系统的结构如下：图3-1 破碎阶段控制系统总体设计在磨矿阶段由上位机和PLC构成的集中控制系统的结构如下：图3-2 磨矿阶段控制系统总体设计在系统运行的时候，上位机能实时监控每个设备的运行状态，显示

38、关键设备如球磨机的油温、电流、磨音等！设备故障，产生报警，报警归档。3.2选矿自动化控制系总体设计方案3.2.1破碎过程自动化解决方案破碎工序是选矿厂的第一道工序，该工序能否稳定正常的工作直接影响后续作业情况。 通过对圆锥破油温、油位的检测实施破碎机安全工作状态的分析和报警。 通过对颚式破碎机工作电流和给矿量的检测和分析实施破碎机优化的控制。 通过对料仓位的检测和各破碎机能力的分析实施自动布料和破碎机工作的优化平衡，最终使整个系统安全、稳定、高效的运行。运用该系统后将大大的节约电能、降低油耗、提高破碎机的工作效率、减少岗位人员配置、提高设备的安全可靠性、减少设备维修的费用、通过人性化的组态界面

39、使操作起来简单方便，便于管理。1、 破碎工艺图及 图3-3破碎工艺图2、控制对象及相关设备参数（1） 鳄破给料仓一台，XXKw（2） 鳄式破碎机（粗破）一台，XXKw（3） 圆锥破碎机（细破）两台，XXKw（4） 传送皮带机6台，XXKw（5） 装有磁化轮的皮带机2台，XXKw（6） 电振筛1台 ，XXKw3、需要采集的信号及控制信号（1） 鳄破给料仓具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示；具有料位检测，当达到上限或下限报警。（2） 鳄式破碎机具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示；过载保护；紧急停车。（3） 1#皮带（鳄破至1#圆锥破）具有远程、现场启停控制，运行状态

40、具有远程、现场显示；当金属探测仪发现金属物质时，立即停车，待操作员操作；计量皮带秤计量信号具有远程、现场显示。闭环：以1#圆锥破碎机的额定流量为给定值，以1#皮带秤上的矿料流量为反馈值，通过比较得出偏差值，并将此偏差值赋给颚式破碎机料仓的变频器，通过变频器对给料电机的转速进行调节，进而对料仓下料量进行调节，最终实现对进入1#圆锥破碎机的矿料流量的定值控制。（4） 1#圆锥破碎机具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示；过载保护；紧急停车；润滑油油温，电机电流的检测和现场仪表显示，数据经PLC上传至Wincc组态画面显示。报警：当油温骤然或缓慢上升到X时，Wincc组态显示报警，并立即

41、停车，待操作员操作；当点击电流骤然或缓慢上升到XA时，Wincc组态显示报警，并立即停车，待操作员操作。（5） 2#皮带 （1#圆锥破至1#磁化轮）具有远程、现场启停控制；运行状态有远程、现场显示。（6） 3#皮带（两圆锥破之间过渡皮带）具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。（7） 4#皮带（经过度皮带到电振筛）具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。（8） 电振筛具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。（9） 5#皮带（筛上物至2#圆锥破）具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。（10） 8#皮带（筛下物至磨矿料仓）具有远程、现场启停控制；运

42、行状态具有远程、现场显示。（11） 2#圆锥破碎机具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示；过载保护，紧急停车；润滑油油温，电机电流的检测和现场仪表显示，数据经PLC上传至WIncc组态画面显示。报警：当油温骤然或缓慢上升到X时，Wincc组态显示报警，并立即停车；当电机电流骤然或缓慢上升到XA时，Wincc组态显示报警，并立即停车，待操作员操作。（12） 6#皮带（2#圆锥破出口至2#磁化轮）具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。（13） 7#皮带（杂质输送）具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。4、远程上位机控制操作系统启停自动启动和停止顺序，系统采取

43、“逆流启动，顺序停车”的原则，启动前各设备均空载。自启动顺序：8#，7#，6#，4#，3#，2#皮带依次启动电振筛2#圆锥破5#皮带1#圆锥破1#皮带鳄破启动给料装置结束自停止顺序：给料装置鳄破1#皮带1#圆锥破5#皮带2#圆锥破电振筛2#，3#，4#，6#，7#，8#皮带依次停车结束当系统正常运行时，其中某一环节出现故障，此环节之前的所有动作都必须马上停止；环节之后按顺序停止。3.2.2磨矿分级自动控制解决方案磨矿分级过程的自动控制使一个比较复杂的控制过程。 通过对皮带秤速度信号，称重信号和流量信号检测进行给料控制 通过一段磨加水点加水量对矿浆浓度的控制（采用比值控制） 通过驱动电机的电压、

44、电流检测，磨机的轴温的检测，磨音的检测实现对一段磨的监控 通过驱动电机的电压、电流检测，磨机的轴温的检测，磨音的检测实现对二段磨的监控最终使矿浆的颗粒达到工艺要求的指标，并在保证颗粒的前提下，实现磨机处理的最佳化。1、磨矿分级过程工艺描述：图 3-4 磨矿工艺图2、控制对象及相关设备参数（1）圆盘喂料定量给料装置，产量X吨/小时，电机功率XXKw（2）给料装置至一段球磨机输送皮带一条，电机功率XXKw（3）给水装置加水阀一个，水管若干（4）一段球磨机一台，型号3045，电机功率XXKw（5）一磁磁选机，电机功率XXKw（6）螺旋分级机1台，电机功率XXKw（7）二段磨前脱水机1台，电机功率XX

45、Kw（8）二段球磨机一台，型号3045，电机功率XXKw（9）二磁磁选机，电机功率XXKw（10）三磁磁选机，电机功率XXKw（11）四磁磁选机，电机功率XXKw（12）脱磁器1台（13）振网筛2台或高频振网筛2台（14）磁选柱/磁聚机X台（15）矿浆泵2台（16）尾矿回收机一台，电机功率XXKw（17）吸干机一台，电机功率XXKw（18）吸干机至精矿传输皮带一条，电机功率XXKw3、需要采集的信号及控制信号（1）料仓（圆盘给料装置）具有远程、现场启动控制；运行状态具有远程、现场显示。对皮带秤速度信号，称重信号和流量信号检测具有远程显示，并且数据经PLC上传至Wincc组态画面显示。通过变频器

46、对给料电机的转速进行调节，进而对料仓下料量进行调节。闭环：以一段磨机的额定流量为给定值，以皮带秤上的矿料流量为反馈值，通过比较得出偏差值，并将此偏差值赋给圆盘卸料电机的变频器，通过变频器对给料电机的转速进行调节，进而对料仓下料量进行调节，最终实现对进入一段磨机的矿料流量的定值控制。（2）1#皮带（料仓至一段球磨机）具有远程、现场启动控制；运行状态具有远程、现场显示。（3）一段球磨机具有远程、现场启动控制；运行状态具有远程、现场显示；驱动电机的电压、电流检测，磨机的轴温的检测，磨音的检测，一段磨矿浆浓度的监测均要求有现场仪表显示，并且数据经PLC上传至Wincc组态画面显示；变速箱油位计：油位的

47、检测，有远程、现场显示。比值控制：设物料与水的流量之比为K，以物料流量为主流量，以水流量为从流量，实现对矿浆浓度的比值控制。（4）螺旋分级机具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。（5）一次磁选机一次磁选机具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。（6）二段球磨机前脱水机具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。（7）二段球磨机具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示；驱动电机的电压，电流的检测，磨机轴温的检测，磨音的检测均要求有现场仪表显示，且数据经PLC上传至Wincc组态画面显示；变速箱油位计：油位的检测，具有远程、现场显示。（8）二次磁选机和1

48、#矿浆泵 二次磁选机和1#矿浆泵具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。（9）脱磁器具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。（10）高频筛具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。（11）重力磁选机磁选机：具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。矿浆泵电机：具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。（12）三次磁选机具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。（13）四次磁选机具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示；（14）吸干机吸干机电机：具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。真空泵电机：具有远程、现场

49、启停控制；运行状态具有远程、现场显示。（15）尾矿回收机回收机电机、矿浆泵电机、尾矿泵电机：具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。（16）2#皮带（精矿输送皮带） 具有远程、现场启停控制；运行状态具有远程、现场显示。4、系统自动启动和停止顺序自启动顺序：料仓料位满足启动条件进磨水阀（满开）开启一段球磨机启动螺旋分级机启动1#皮带运行给料装置启动一次磁选机运行二段球磨机脱水机启动二段球磨机启动二次磁选机运行二段球磨机矿浆泵启动脱磁器启动高频筛运行重力磁选机启动矿浆泵运行（重力磁选）三次四次磁选机启动真空泵电机、吸干机启动回收机、矿浆泵、尾矿电机启动2#皮带运行（精矿输送）启动结束自

50、停止顺序：给料装置1#皮带（进磨）螺旋分级机停止（延时）一段球磨机停止一次磁选机停止二段球磨机脱水机停止（延时）二段球磨机停止二次磁选机停止二段球磨机停止脱磁器停止高频筛停止重力磁选机停止矿浆泵（重力磁选）停止三次四次磁选停止真空泵、吸干机停止回收机、矿浆泵、尾矿电机停止2#皮带（精矿输送）停止停止结束。利用西门子(Siemens)公司的SIMATIC S7-300模块化PLC系统，各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。1、CPU选型根据被控对象的I/O点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功能等方面的考虑，选用SIEMENS公司的S7-300系列PLC的CPU为315-2DP。CP

51、U3152DP是唯一带现场总线（PROFIBUS）SINEC L2-DP接口的CPU模板，具有48KB的RAM, 80KB的装载存储器，可用存储卡扩充装载存储乳容量最大到512KB。最大可扩展1024点数字量或128个模拟量。2、数字量输入模块选型 SM321数字量输入模板将现场送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平，有四种型号模板可供选择，即直流16点输入，直流32点输入，交流16点输入，交流8点输入。根据统计出的I/O点数分别选择直流32点和16点输入的SM321数字量输入模板。3、数字量输出模块选型 SM322数字量输出模板将S7-300内部信号电平转换成所要求的外部信号电平，

52、可直接驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等。根据统计出的I/O点数选择32点继电器输出数字量输出模板。由于该选矿自控系统的工艺过程比较固定，不易选用整体式结构的PLC，易选用模块式结构的PLC；系统以开关量控制为主、带少量数字量控制，对控制速度没有太多要求，带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能就能满足要求:此外系统控制功能要求要实现PID运算、闭环控制、通信联网等。因此，S7-300系列可编程控制器能满足性能要求。4 破碎系统4.1破碎工程的建立打开“SIMATIC Manager”，创建新的工程。点击File，在下拉列表中选择New ProjectWizard。在出

53、现的“STEP 7 Wizard”对话框中，按提示分步指定CPU型号、OB块和命名工程。完成后，点击“Finish”，系统自动生成工程。如下图：图4-1 破碎阶段建立工程PLC的配置如下：图4-2 破碎阶段PLC配置硬件下面是图中所示各个模块的说明。1、 电源模块 选用PS307 10A，型号：6ES7 307-1KA00-0AA0；输出电流是DC24V，直流10A。2、 CPU 模块 选用 CPU315-2DP模块，型号：6ES7 315-2AF00-0AB0；48KB RAM , 80KB 装载存储器, 专用存储卡扩充装载存储器容量最大到512KB, 每执行1 000条指令约需0.3m s

54、。最大可扩大1 024 点数字量或128 个模拟量通道。3、 数字量输入输出模块 6ES7 323-1BL00-0AA0 2个；该模块有16点输入和16点输出，DC24V/0.5A。4、 数字量输出模块 6ES7 322-1BH00-0AA0 1个；该块有16点输出，DC24V/0.5A。5、 模拟量输入模块 6ES7 331-7KF02-0AB0 1个；该模块有8个12位的模拟量输入位。6、 存储器卡 EPROM 21KK00, 1 块。模拟量模块装有量程模块, 量程块上有A、B、C、D 四个标记, 调整量程块的插入方位可改变模块的硬件结构7。然后就可以按照系统要求，在“Block”中建立所需模块了：图4-3 建立的程序块4.2破碎阶段I/O端子的地址以及PLC内部地址（M）的分配4.2.1破碎环节I/O点数统计破碎阶段机械设备及测控点名称测控设备符号名测控点统计类型PLC物理地址MC模式切换DOQ0.0SM现场模式DII0.0HM手动模式DII0.1AM自动模式DII0