大学本科毕业设计论文选矿厂自动监控系统的设计.docx

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大学本科毕业设计论文选矿厂自动监控系统的设计

目录

1、选矿工艺设计概述1

1.1选矿设计前言2

1.2选矿设计依据3

1.3选矿设计内容4

2、选矿工艺自动控制系统设计5

2.1生产工艺流程8

2.2自动控制系统的设计8

2.2.1操作站8

2.2.2控制站12

2.2.3系统软件13

3、给矿工程的自动控制11

3.1控制系统的原理…………………………...…11

3.2控制系统的检测与控制检测内容........................14

3.3控制的内容………………………………………15

3.4主材配置16

3.5系统特点17

3.6电气说明………………………………………18

4、系统监控功能………………………………………20

5、各种电缆的特点………………………………27

8、综述28

1、选矿系统设计概述

1.1选矿设计前言

在选矿行业中，由于选矿过程控制受现场多个复杂多变的因素影响，难以有比较精确的控制关系和建立准确的数学模型，同时又因为选矿过程滞后时间较长，用反馈控制的话受到滞后影响效果不佳，有时甚至无法控制，因此一般采用单元作业流程控制的方法，即将一个生产过程分为若干个作业控制单元，然后根据单元过程特点采用合适的控制方式，实现单元作业流程的控制。

选矿厂工艺流程包括给矿、破碎和磨浮几个主要生产过程，由于调节不及时，运行不稳定，常常使磨机出现“空腹”或“胀肚”的现象，影响整个磨浮工艺流程的质量。

从原矿破碎、球磨、分级机、浮选到尾矿处理，生产工艺较为复杂，传统控制以手动操作为主，靠工人的实际经验调节，产品质量的一致性较差，磨矿效率较低，金属回收率也得不到保障，精矿品位难以保证，自动化程度较低，工人劳动强度较大。

因此选矿自动控制系统实现的意义重大。

1.2选矿设计依据

选矿厂自动监控系统的设计应本着“简捷、安全、实用、可靠”的原则，及时掌握和了解工艺流程中各设备的运行工况、工艺参数的变化，优化工艺流程，充分应用现代控制理论、利用当前掌握成熟的控制技术、高智能检测转换技术、工控网络技术，结合选矿工艺技术，有针对性对整个选矿过程中的分级过程实现自动化控制以保证工艺流程稳定、安全的运行，并降低运行成本，提高管理水平，来实现可靠性和稳定性，使整个流程安全生产有保障；并满足并优化配送流程的生产和管理；易操作和维护，全中文界面和信息，结构简单合理，且维护方便；兼容性，系统是软硬件一体化的整体，要求具有兼容性；扩展性，为系统的升级和技术改造的实现留有可扩展空间，并且控制系统具有良好的开放性。

最终控制目的在保证最终产品质量的前提下，充分挖掘设备潜能，提高球磨处理量，降低设备故障率，提高金属综合收率，实现增效节能达到国内以至世界领先水平！

1.3选矿设计内容

在整个自动化控制系统中包括现场检测部分、PLC控制单元部分、上位机监控及操作部分、软件编程部分、网络通讯部分等。

控制系统包括两部分功能：

工艺流程顺序控制功能和工艺过程控制功能。

★为确保生产过程的稳定可靠运行，同时为确保系统稳定可靠的运行，本系统低压元器采用西门子公司的产品。

布线美观大方，散热、标识都已充分考虑。

★工控机组态监控系统实时性、响应性、安全性。

为安全生产保驾护航。

★球磨机状态实时显示功能，以确保生产设备的安全可靠运行，把一切可能发生的故障扼杀在摇篮之中。

★整个系统具有硬手动/自动操作功能，以实现机旁手动操作与集中控制功能，同时上位机也能实现软起动和自动控制，操作人员可根据需要选择启停相应的工艺设备，实现三级保护。

★上位机操作功能，在上位机中实时显示整个工艺流程以及设备运行状态，同时具备设备连锁启停、设备状态报警等；2、设计功能

2生产工艺过程控制

磨矿分级过程自动控制，包括给料机智能切换，给矿量自动控制，加球机自动加球控制，球磨机磨音频谱检测，球磨机功率检测，球磨机模糊控制，返砂水检测与控制；旋流器给矿压力、浓度及泵池液位等。

实现智能给水、给矿及磨机工况的自动分析、故障判断、历史资料归档、事故报警、故障保护等。

2.1.工艺流程

工艺流程如图1示。

原矿经颚式破碎机粗碎后由皮带输送机输送到中碎和细碎进行进一步的破碎，细碎处理后的矿石由皮带输送至中间仓暂存，之后由振动筛进行筛分，筛下的为成品矿，由皮带输送机和卸料小车输送到粉矿仓中；筛上的经皮带输送机返回到中碎和细碎再次进行破碎。

成品矿经皮带输送机至磨机进行磨矿处理，对磨机排出的矿浆再进行浮选流程处理，完成整个的选矿生产过程。

3给矿过程自动控制，在卸料小车给矿自动控制过程中实现两种给矿方式：

定时给矿和随时给矿，根据生产运行状况和生产管理的需要由操作人员选定一种方式。

同时对整个破碎和给料过程实现联锁控制在卸料小车给矿自动控制过程中实现两种给矿方式：

定时给矿和随时给矿，根据生产运行状况和生产管理的需要由操作人员选定一种方式。

同时对整个破碎和给料过程实现联锁控制，在每个矿仓上装有限位开关，用以判断卸料小车在运行过程中的位置，在矿仓两端装有限位开关，用以控制卸料小车不致运行出边界。

（1）定时给矿。

每间隔一定时间分别按顺序给1#～5#矿仓给矿一定时间，其间收到料仓上限信号立即停止本料仓的给料，转向下1个料仓。

给料的间隔时间和每个仓的给矿时间是可人为设定并修改的。

（2）随时给矿。

随时给各矿仓料，以料仓下限信号为给料信号。

当矿仓下限信号产生时，小车运行到该矿仓进行给料，直到料仓达到上限才停止给料。

若同时有2个以上的料仓产生下限信号，则按1#～5#的顺序进行给矿。

   （3）给料联锁控制。

系统按工艺流程顺序启动破碎和给料流程中的各台设备（即卸料小车→卸料皮带→运料皮带→筛下皮带→反料皮带→振动筛→皮带输送机→细碎→中碎→皮带输送机→颚式破碎机），每台设备之间延时启动，延时时间可人为设定和修改，使大的用电设备不致同时启动，减少供配电的压力；停止给料按反流程顺序，同样每台设备之间延时停，延时时间可人为设定和修改，使料走完全，又不浪费能源。

在联锁控制过程中同时实现故障联锁控制，当某台设备故障时，立即急停来料流程中的所有设备，顺序停后续流程中的设备，使不发生堵料的现象。

为使系统控制稳定，料仓上、下限信号和设备故障信号产生并保持10s后，系统才认为此信号有效，才执行给矿或停机的命令，以免执行误动作信号的命令。

图一

在整个处理过程中，卸料小车的给矿控制和磨机的给矿、排矿、浓度控制是工艺流程的重要环节，也是实现自动控制的关键环节。

2.2自动控制系统的设计

自动控制系统在结构设计上充分考虑了系统的可靠性、稳定性、通用性和兼容性，通过Profibus总线和工业以太网把远程I/O站与工艺过程监控系统联系起来，设计成一分散控制集中管理的分布式控制系统。

系统分设3级，即现场设备信号、控制站和中央操作站，通过网络实现系统的通信。

系统设置2台中央操作站、互为冗余，2个控制站，网络的通信距离为600m，控制站之间的最远距离450m.

控制系统实现了如下功能：

★现场设备工作状态显示

★远程启停设备

★工艺参数趋势曲线、历史数据归档

★事故记录、报警、数据报表

★现场设备、仪表远程控制

★现场设备远程诊断、远程维护

★产量实时显示、历史记录查询

★工艺流程运行状态分析

2.2.1操作站

中央操作站选用高可靠性的工业PC机，设置在中央控制室，完成自控系统的操作、监视、报警、记录、存储和报表生成等管理功能。

其中1台同时兼有工程师站的功能，完成对整个上位机的编程、组态等工作。

2台操作站互为冗余，在日常操作管理时可设置成1台监控破碎与给矿流程；另l台监控磨浮流程。

系统配置两台打印机，分别完成生产报表和报警打印的功能。

操作站主要技术指标：

CPU为PIV≥IGHz、≥30G硬盘、2l”彩色显示器、标准键盘、256MB内存、3．5”1．44M软驱、40XD-CDROM。

通信卡：

1784-PKTX（Rockwell），支持计算机网络通信

2.2.2控制站

根据选矿厂控制要求，本方案最终采用了西门子的S7-300系统，现场I/O站之间使用Profibus现场总线通讯，CPU与上位机采用传输速率更快更可靠的工业以太网。

   选用西门子公司的PLC产品，该站中的PLC是整个系统的控制核心，配合接口模板，完成所有模拟量、数字量信号的采集与输出，下位控制程序的实际执行。

同时，PLC通过以太网与上位监控站交换信号，通过Profibus-DP与现场IO分站进行通讯。

   系统共设置2个控制站。

PLCl站主要处理破碎和给矿工艺流程段的设备信号和工艺参数，设置在1个控制柜内，安放于车间低压配电室内；PLC2站主要处理磨浮工艺段的设备信号和工艺参数，设置在1个控制柜内，安放于车间低压配电室内。

以1个控制站（PLC2）为例，基本配置如下：

（1）CPU模块：

SLC5／04，提供DH+网络通信功能．1块。

（2）I／O模块：

1746系列，选用1746-IBl6（16点开关量输入模块，6个）、1746-OWl6（16点开关量输出模块，2个）、1746-N18（8点模拟量输入模块，3个）、1746-NIO4（4点模拟量输出模块，2个）4类，各类模块的数量根据各控制站实际的I／O点数而定，并预留10％的余量。

   （3）电源模块：

1746-P3，19．2～28．8VDC，1块。

   （4）机架：

1746-A13，13槽机架，1个。

（5）其它：

D专用通信电缆6001TI、75Ω终端电阻、网络分支器等。

现场级通信网络处于工业网络系统的最底层，直接连接现场的各种设备，包括I/O设备，传感器、变送器、变频与驱动等装置，由于连接的设备千变万化，因此所使用的通信方式也比较复杂。

而且，由于现场级通信网络直接连接现场设备，网络上传递的主要是控制信号，因此对网络的实时性和确定性有很高的要求。

因此在本设计中，对现场级通信网络，采用Profibus网络解决方案，工厂级采用以太网通信，以此确保生产过程的稳定可靠。

在现场级通信网络中，Profibus总线技术不仅可扩展性高、响应快、可靠性高、传输距离远以及传输速度较快，最高达12M，而且可选用设备多、价格非常合理。

同时具备网络故障诊断功能，为网络维护提供重要诊断数据，保证了网络的迅速恢复能力。

它从网络通讯中断到恢复通信只需要小于0.3秒的时间，它丰富的软、硬件资源使得系统开发速度快、效率高。

因此其具有很高的使用价值，至今仍为自动化控制领域类不可或缺的总线控制方式。

控制系统网络结构

本次自动控制系统使用西门子的控制系统，网络采用了三层结构，包括信息管理层、集中控制层、现场设备控制层。

该层采用数据服务器、中央交换机和通讯介质组成，上端连接工控主机，下端连接可编程控制器（PLC）,以此构成信息控制单元，在PLC根上位机之间用管线连接，交换机与工控主机之间用五类双绞线连接，组成信息通讯层网络。

在信息层的信息监控主机实时在线现实现场设备运行状态，包括设备是否运行以及检测仪表数据显示，操作员并可在上位机实施设备控制根参数调整，以使整个工艺系统参数最优化，达到控制目的。

在上位机种设工程师站、操作员站、数据服务器站，所有的控制以及参数修改均在操作员站进行。

数据服务器是为数据存储提供的，它可对过去一段时间的生产状况进行查询，以便修改相应参数使自控更加完善，也为设备故障提供查询；工程师站专门为工程技术人员提供，主要由工程师编写控制程序，组态画面作用。

集中控制层和现场设备控制层

集中控制层为整个自动化控制系统的核心部分，采用先进的容错系统，整个控制系统分为：

破碎顺序控制系统、磨矿分级控制系统两部分，每个系统之间独立工作，信息可互换。

现场设备控制层采用抗干扰能力强、传输距离远、传输速率高的Profibus总线控制系统，