选矿厂矿石破碎S7300PLC控制系统梯形图软件设计毕业设计说明书.docx
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选矿厂矿石破碎S7300PLC控制系统梯形图软件设计毕业设计说明书
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
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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2）附件：
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3）其它
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S7—300PLC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
Abstract
Concentratorcentralizedcontrolsystemistheapplicationofautomaticcontroltechnologyreferstothecompletionofcrushingandscreening,grindingandclassification,sorting,dewatering,filtrationandtailingsconcentrateandmineralprocessingoperations,suchasthetransmissionofthecontrolsystem.Stability,accuracyisanessentialelementofthesystem.Thesystemisofteninindustrialproductionorasingle-chipprogrammablelogiccontroller（PLC）tocompletecontrol.However,single-chipcontrolsystemtoachievesafe,reliableandanti-jammingperformanceslightlyinferiortothePLC.Forthisreason,inindustrialproductionandvigorouslydeveloptheuseofPLCcontrolfunctionstocompletethespeedbatchingsystemisverynecessary.ThisdesignispreciselycompletesbasedonPLCiscontroller'soredressingplantsynthesisautomatedsystemdesign.
Alongwiththecomputer,thenetwork,thedatabaseandsooncorrelationtechniquedevelopsunceasinglyandconsummates,theautomatedsystemobtainstheenormousconsummation.ThisdesignemphasizedtheSTEP7softwaretoselect,installment,trapezoidalchartprogrammingandintegratedsystem'ssituationsandsoondebugging.
ThePLCapplicationimprovedtheproductqualityandtheproductionefficiencyenormously,hasthebroadapplicationprospectintheentiredressingprofession.
KeyWords：
Automationofmineralprocessing，S7-300，PLC，Fracture
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，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。
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、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；（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、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交流接触器，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、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，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作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式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，使控制系统设计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1/2~1/10。
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PLCI/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PLCI/O总点数在256—2048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PLCI/O总点数在2048点以上，用户程序存储容量在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。
2.1.4PLC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]。
2.2S7-300简介
2.2.1S7-300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2-1S7-300PLC介绍
2.2.2S7-300的CPU模块
1.电源模块2.后备电池3.24VDC连接器4.模式开关5.状态和故障指示灯6.存储器卡（CPU313以上）7.MPI多点接口8.前连接器9.前盖
图2-2S7-300PLC
S7-300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1～999，定时器的定时范围为10ms～9990s。
图2-3多机架的S7-300PLC
只需要扩展一个机架，可以使用价格便宜的IM365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
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