一、 概述
選煤廠自動化控制系統(tǒng)的任務是完成各生產(chǎn)設備的控制及閉鎖、洗選工藝自動調(diào)節(jié)以及信息上傳和共享，是生產(chǎn)自動化和信息化的重要部分。洗煤廠自動化控制系統(tǒng)按照安全、實用、可靠、先進、開放指導思想進行設計，吸收以往洗煤廠成功的經(jīng)驗，選用先進的技術和設備來保證整個系統(tǒng)安全可靠正常地運行。
傳統(tǒng)的洗煤廠集中控制系統(tǒng)一般采用邏輯元件實現(xiàn)集控，通過硬接線實現(xiàn)聯(lián)鎖。由于元件的特性不一，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)燒毀元件的現(xiàn)象，對生產(chǎn)影響很大。若需要修改聯(lián)鎖關系時，必須改變柜內(nèi)的接線方式，靈活性不高。
　　由計算機實現(xiàn)的集中控制系統(tǒng)能對全廠設備實現(xiàn)自動化管理，由操作員在集控室內(nèi)直接控制設備的起停及過程參數(shù)的調(diào)節(jié)。在上位機界面中能夠直觀地顯示各種設備的起停狀態(tài)及故障狀態(tài)，便于操作員及時的掌握現(xiàn)場情況。
　　通過以太網(wǎng)，可以將生產(chǎn)過程中的各種產(chǎn)品指數(shù)和過程參數(shù)傳送至調(diào)度室，從而使全礦能夠統(tǒng)一地安排人力資源及物力資源，實現(xiàn)安全、高效的生產(chǎn)。
選煤廠由于環(huán)境惡劣，對設備及設備的控制水平要求較高。一般情況下系統(tǒng)采PLC+計算機+總線模塊等組成工業(yè)控制網(wǎng)絡，提高系統(tǒng)的管理水平。
二、 設計原則和依據(jù)
“先進、實用、經(jīng)濟”為系統(tǒng)總體原則。選煤廠工藝為原煤重介—煤泥重介—浮選—濃縮壓濾—洗水閉路。建設工程要求配備的集中控制系統(tǒng)達到技術先進、自動化程度高、設備運行可靠，最終實現(xiàn)技術先進、設備性能安全可靠、配置合理、經(jīng)濟，并確保設備和人身安全、滿足系統(tǒng)實時性、開放性、互換性、可用性、易操作性、易維護性的要求，達到自動化程度高的現(xiàn)代化生產(chǎn)管理模式。
1、設計原則
1) 系統(tǒng)性能可靠、技術成熟、能長期、穩(wěn)定、連續(xù)的運行。
2) 技術先進。
3) 設計、選型兼容性及可擴展性。
4) 經(jīng)濟、實用性。
2、設計規(guī)范
1) 《煤炭工業(yè)選煤廠設計規(guī)范》
2) 《選煤廠集控裝置選擇的技術規(guī)范》
3) 《煤炭工業(yè)調(diào)度信息化總體規(guī)劃綱要》
4) 《“九五”期間煤炭工業(yè)電子信息發(fā)展規(guī)劃綱要》
5) 《煤炭調(diào)度信息化裝備》
6) 《選煤廠設備流程圖》
7) 《選煤廠供配電系統(tǒng)圖》
三、 質(zhì)量保證
我們向用戶承諾合同所提供的所有產(chǎn)品將嚴格執(zhí)行ISO9001質(zhì)量體系程序，從技術設計、施工設計、元器件采購及檢驗、產(chǎn)品加工及檢驗、現(xiàn)場指導安裝、調(diào)試等方面，嚴格進行產(chǎn)品質(zhì)量控制，確保提供符合行業(yè)標準的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，使產(chǎn)品性能完全滿足或超過合同及技術協(xié)議的要求。
1、安全可靠性
硬件：雙層隔離：模

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???????????????????? 塊與繼電器隔離，繼電器與現(xiàn)場隔離；操作保護：就地、集中手動、自動，互相閉鎖；雙電源熱備供電，互為備用，在線自動切；通訊電纜雙路冗余，自動檢測，在線實時切換。
軟件：采用安全性、穩(wěn)定性較高的運行平臺；完善的系統(tǒng)自診斷功能；實時完成事故處理
2、系統(tǒng)性
配置：充分利用PLC、計算機、網(wǎng)絡、現(xiàn)場總線等技術和優(yōu)勢，提高系統(tǒng)的性能/價格比。
組態(tài)：采用先進、實用、可靠的技術（PLC、計算機、網(wǎng)絡、現(xiàn)場總線等技術）
四、 選煤廠工藝簡介
一般選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)根據(jù)洗選工藝可分為跳汰+浮選、重介+浮選、跳汰+重介+浮選等形式，具體可分為倉前（預備）系統(tǒng)、跳汰（水洗）系統(tǒng)、重介選矸系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)、壓濾系統(tǒng)、配煤系統(tǒng)、循環(huán)水處理系統(tǒng)等。按照工藝要求可以分為以下幾個子系統(tǒng)（圖1、圖2）：
a) 原煤系統(tǒng)： 原煤倉中的原煤經(jīng)過破碎機破碎后，通過皮帶、錨鏈?????? 等設備將其送至跳汰機上面的緩沖倉。
b) 跳汰系統(tǒng)： 在跳汰機中經(jīng)過風和水聯(lián)合作用，將原煤分為矸石、?? 中煤和粗精煤三種產(chǎn)品。
c) 重介系統(tǒng)： 在混料桶中將粗精煤和介質(zhì)混合，通過控制介質(zhì)密度，?? 將粗精煤分為精煤和中煤兩種產(chǎn)品。
d) 浮選系統(tǒng)： 從生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煤泥里，回收一部分精煤。
e) 運輸系統(tǒng)： 將精煤、中煤和矸石三種產(chǎn)品，通過皮帶、錨鏈等設?????? 備送至各自的倉中。
圖1? 選煤廠工藝流程圖1
圖2?? 選煤廠工藝流程圖2
1、篩分
用帶孔的篩面把顆粒大小不同的混合物料分成各種粒極的作業(yè)叫篩分。篩分所用的機器叫篩分機或者篩子。
在選煤廠中，篩分作業(yè)廣泛地用于原煤準備和處理上。按照篩分方式不同，分為干法篩分和濕法篩分。
2、破碎
把大塊物料粉碎成小顆粒的過程叫做破碎。用于破碎的機器叫做破碎機。在選煤廠中破碎作業(yè)主要有以下要求：
1）適應入選顆粒的要求；精選機械所能處理的煤炭顆粒有一定的范圍度，超過這個范圍的大塊要經(jīng)過破碎才能洗選。
2）有些煤快是煤與矸石夾雜而生的夾矸煤，為了從中選出精煤，需要破碎成更小的顆粒，使煤和矸煤分離
3）滿足用戶的顆粒要求，把選后的產(chǎn)品或煤快粉碎到一定的粒度
物料粉碎主要用機械方法，有壓碎、劈碎、折斷、擊碎、磨碎等幾種主要方式。
3、選煤
是利用與其它物質(zhì)的不同物理、物理－化學性質(zhì)，在選煤廠內(nèi)用機械方法去處混在原煤中的雜質(zhì)，把它分成不同質(zhì)量、規(guī)格的產(chǎn)品，以適應不同有戶的需求。
按照選煤廠的位置與煤礦的關選煤廠可以分為：礦井選煤廠、群礦選煤廠、中心選煤廠和用戶選煤廠；

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???????????????????? 我國現(xiàn)有的洗煤廠大多是礦井洗煤廠?，F(xiàn)代化的洗煤廠是一個由許多作業(yè)組成的連續(xù)機械加工過程。
4、跳汰選煤
在垂直脈動的介質(zhì)中按顆粒密度差別進行選煤過程。跳汰選煤的介質(zhì)是水或空氣，個別的也用懸浮液。選煤中以水力跳汰的最多。
跳汰機是利用跳汰分選原理將入選原料按密度大小分選為精煤、中煤和矸煤等產(chǎn)品設備。
5、重介選煤
在密度大于1g/cm的介質(zhì)中，按顆粒密度的的大小差異進行選煤，叫做重介質(zhì)選煤或重介選煤。選煤所用的重介質(zhì)有重液和重選浮液兩類。重介選煤的主要優(yōu)點是分選效率高與其它選煤方法；入選力度范圍寬，分選機入料粒為1000-6mm，漩流器為80-0.15mm生產(chǎn)控制易于自動化。重介選煤的缺點是生產(chǎn)工藝復雜，生產(chǎn)費用高，設備磨損快，維修量大。
重介選煤一般都分級入選。分選塊煤一般在重力作用下用重介質(zhì)分選機進行；分選沫煤在離心力作用下用重介質(zhì)漩流器進行。
6、存儲
7、儲煤倉：
為調(diào)節(jié)產(chǎn)、運、銷之間產(chǎn)生的不平衡，保證礦井和運輸部門正常和均衡生產(chǎn)而設定的有一定容量的煤倉，接受生產(chǎn)成品煤炭，保證能順利出廠，進入最后的裝車階段。
8、裝車:包括裝車（船）、吊車和計量。
五、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1、 系統(tǒng)集控范圍
根據(jù)選煤廠工藝系統(tǒng)的特點及要求，全廠系統(tǒng)分為五個子系統(tǒng)：
（1） 原煤系統(tǒng)：包括受煤，篩分破碎至三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器以前的輸送設備。
（2） 重介分選系統(tǒng)：包括三產(chǎn)品旋流器以后的脫介篩、磁選機至產(chǎn)品堆放場以前的運輸設備。重介分選系統(tǒng)又進一步分為原煤重介、煤泥重介兩個分選系統(tǒng)。
（3） 浮選系統(tǒng)：包括浮選入料泵及以后的礦漿預處理器、浮選機、精煤壓濾機、運輸?shù)壬a(chǎn)設備。
（4） 濃縮、壓濾尾煤回收系統(tǒng)：包括濃縮機、離心機、攪拌桶、泵、壓濾機及煤泥運輸?shù)仍O備。
（5） 產(chǎn)品儲運系統(tǒng)：包括給料機和帶式輸送機等設備。
2、 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
1） 主要硬件設備
上位機采用研華工控機610H，內(nèi)裝高性能以太網(wǎng)卡，便于系統(tǒng)間連接。下位機采用德國 SIEMENS 公司 S7-300 系列可編程控制器，通過 PROFIBUS 網(wǎng)絡組成分布式控制系統(tǒng)。上位機與下位機之間通過 SIEMENS 公司的工業(yè)以太網(wǎng)連接。
PLC 控制柜內(nèi)裝可編程控制器與輸入、輸出繼電器，可以根據(jù)要求安裝于現(xiàn)場或集控室內(nèi)。機旁操作箱可根據(jù)需要安裝于現(xiàn)場，便于檢修人員的操作。
2）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
整個系統(tǒng)（圖3、圖4、圖5）分為兩層。上層是控制層，由全廠生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)和工藝參數(shù)閉環(huán)控制系統(tǒng)組成；下層為設備層，即現(xiàn)場級儀表、傳感器、執(zhí)行元氣件等。
作為全廠生

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???????????????????? 產(chǎn)集中控制系統(tǒng)和工藝參數(shù)閉環(huán)控制系統(tǒng)人機界面的監(jiān)控計算機，通過下連PLC，與密度自動控制系統(tǒng)、原煤系統(tǒng)、主洗系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)、濃縮系統(tǒng)、壓濾系統(tǒng)、及其它輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的PLC站構(gòu)成車間設備層網(wǎng)絡；該層采用了當今國際上應用最為廣泛的PROFIBUS總線技術。全廠監(jiān)控系統(tǒng)全部由德國SIEMENS公司的S7系列PLC主機組成，構(gòu)建了選煤廠自動化系統(tǒng)。全廠集控(含閉環(huán))系統(tǒng)設置下列PLC站：
圖3 集控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
（1） 原煤準備系統(tǒng)PLC站：設在原煤車間配電室，主要對給煤機、破碎機、膠帶運輸機除鐵器、分級篩、排污泵等設備進行監(jiān)控及相關信號的檢測；
（2） 重介分選控制系統(tǒng)PLC站；設在主廠房配電室，設CPU主站，對工藝過程參數(shù)進行過程控制；
（3） 浮選系統(tǒng)PLC站：設在浮選廠房配電室，設CPU主站，對工藝過程參數(shù)進行過程控制；
（4） 濃縮、尾煤壓濾系統(tǒng)PLC站：設在尾煤車間配電室，主要對尾煤壓濾系統(tǒng)和相關的泵、皮帶、刮板進行監(jiān)控；
（5） 壓濾系統(tǒng)統(tǒng)PLC (含濃縮、事故沉淀池、清水泵房、油庫)系統(tǒng)PLC站：設在濃縮車間配電室；
（6） 主廠房PLC站：設在主廠房配電室,設CPU主站和擴展站。對主廠房的設備進行監(jiān)控及相關信號的檢測。
（7） 產(chǎn)品儲運系統(tǒng)PLC站：設在儲運廠房配電室。主要對皮帶等設備控制和檢測。
上述PLC主站、上位監(jiān)控系統(tǒng)計算機監(jiān)控管理站、數(shù)據(jù)采集站都通過以太網(wǎng)或者光纖通信，構(gòu)成控制層網(wǎng)絡?，F(xiàn)場層則采用PROFI- BUS總線。該總線系統(tǒng)由傳輸技術、通訊技術協(xié)議、通用行規(guī)和專用行規(guī)組成。由于PROFIBUS擁有統(tǒng)一的通信協(xié)議，并在此基礎上發(fā)展了不同的通用應用行規(guī)和專用應用行規(guī),使得PROFIBUS可以廣泛地應用洗煤廠各個工藝段的現(xiàn)場設備層。
3、 系統(tǒng)軟件構(gòu)成
1）上位機軟件
上位機軟件采用非常成熟的工業(yè)組態(tài)軟件SIEMENS 公司W(wǎng)INCC系列軟件進行編程，界面美觀，組態(tài)靈活。
主要實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的自動啟、?？刂疲辉O備的運行狀態(tài)監(jiān)視和故障報警；工藝流程監(jiān)視；過程參數(shù)實時、歷史曲線；過程參數(shù)數(shù)據(jù)庫查詢以及棒圖動畫顯示。通過兩臺24”大屏幕液晶顯示器，利用變色、旋轉(zhuǎn)、曲線、表格等形式反應和監(jiān)視全廠的設備運行狀態(tài)；利用填充、柱狀棒圖、曲線、表格等形式反映全廠各工藝參數(shù)的變化、趨勢行進等情況。
根據(jù)實際情況和客戶要求可以實現(xiàn)系統(tǒng)配置畫面、系統(tǒng)工藝流程畫面、水洗系統(tǒng)監(jiān)控畫面、浮選系統(tǒng)監(jiān)控畫面、重介系統(tǒng)監(jiān)控畫面、中煤系統(tǒng)監(jiān)控畫面以及其他設備工藝的監(jiān)控畫面。方便、直觀的反映生產(chǎn)情況。
2）下位機軟件
下位機軟件采用西門子的Step7 V5.3，對下位

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???????????????????? 的S7-300PLC進行邏輯梯形圖（LAD）編程和PID功能塊編程，對于邏輯控制的設備主要采用梯形圖語言進行編程，對于密度、粘度、給煤機和各個桶的液位等過程控制則采用PID控制，每個PID塊都有手動和自動操作模式，根據(jù)實際需要靈活選擇。Step7 V5.3軟件功能齊全，操作方便。
4、 系統(tǒng)控制
系統(tǒng)主站PLC通過現(xiàn)場工業(yè)總線實現(xiàn)對各個分控的無縫連接，達到對各個分控系統(tǒng)的所有設備的集中控制（圖4）。集控設備的控制方式采用集中聯(lián)鎖和就地解鎖兩種控制方式。且此兩種控制方式可靈活地轉(zhuǎn)換,在轉(zhuǎn)換過程中不影響整個系統(tǒng)的運行。
參加集控的工藝設備按工藝要求延時開車,按工藝要求延時停車方式進行控制。起停車的延時時間根據(jù)工藝設備和電氣設備的要求設定。
可進行輔助設備的解鎖或聯(lián)鎖設置及主設備的檢修設置。
靈活可靠的工藝流程任意設定與選擇；設備任意啟停（減少了系統(tǒng)公用部分設備頻繁啟動,提高設備壽命及降低維護費用）；輔助設備與皮帶傳感器的解鎖運行；大設備（不允許頻繁啟停的設備）聯(lián)啟不聯(lián)停。
圖4 集控系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

六、 系統(tǒng)功能
成功的集控系統(tǒng)不僅可以控制現(xiàn)場使用設備也可以擴展到其他范圍（見圖5），為企業(yè)全自動化生產(chǎn)起到積極的作用，真正意義上實現(xiàn)無人值 守。? 系統(tǒng)主要功能如下。
圖5? 選煤廠集控系統(tǒng)擴展結(jié)構(gòu)圖
1. 控制功能
（1） 能實現(xiàn)自動、聯(lián)鎖手動、解鎖手動、就地控制等操作方式的無憂切換，選煤廠工藝系統(tǒng)的所有機電設備全部納入集控系統(tǒng)，對煤流線上的參控設備進行集中連鎖控制，對不參控設備就地解鎖控制。
（2） 靈活方便的流程選擇
（3） 能實現(xiàn)被控設備按程序要求自動啟停
（4） 能實現(xiàn)被控設備事故的處理：方便靈活的事故再啟、超載事??? 故處理、大設備（不允許頻繁啟停的設備）聯(lián)啟不聯(lián)停、緊急停機操作、實時事故報警打印
（5） 能實現(xiàn)完善管理功能：工藝參數(shù)（電流、料位、倉量、壓力、溫度、PH值、溶解氧）顯示與記錄。
（6） 工藝要求的自動平衡（閉環(huán)控制系統(tǒng)）
（7） 輔助設備的解聯(lián)鎖設置
（8） 控制方式由集中調(diào)度室操作人員在多功能操作臺上進行選擇。
（9） 系統(tǒng)選擇功能。
（10） 試車功能。
（11） 具有預報告和設備禁啟功能。
（12） 參控設備逆煤流啟，順煤流停。備用設備可實現(xiàn)在線啟、停、所有設備均具有現(xiàn)場緊急停車功能。集中運行時，崗位司機只能就地停車，不能啟動。
（13） 事故處理功能，包括預告故障、啟、停車故障，運行故障以及檢測信號等故障的處理。
全廠煤流線上的工藝設備均納入集控系統(tǒng)，其余如煤泥水系統(tǒng)

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???????????????????? 的設備只進行監(jiān)視不參控。由集控室調(diào)度員實施集中控制。集控室設在主廠房，由于全廠設備分散，故在相應配電室設PLC分站，通過網(wǎng)線連接形成集散的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。
2. 監(jiān)控功能
洗煤廠重介洗選生產(chǎn)線全部設備的運行狀態(tài)可以通過兩臺上位機操作站監(jiān)控并動態(tài)模擬顯示。通過上位機發(fā)出啟車信號自動啟動洗煤生產(chǎn)線的設備，對生產(chǎn)線的設備故障進行自動診斷，根據(jù)故障點位置按邏輯程序自動停車。中央集控室上位機可以單機啟車。
3. 調(diào)節(jié)控制功能
洗煤廠各設備間的耦合程度高，單臺設備故障會直接影響整條生產(chǎn)線生產(chǎn)，因此在PLC編程中對合格介質(zhì)懸浮液密度、合格介質(zhì)懸浮液磁性物含量、重介旋流器入口壓力、合介桶液位等工藝參數(shù)PID調(diào)節(jié)作了優(yōu)化編程，使其能在上位機輕松實現(xiàn)手/自動無擾動切換，從而不會影響生產(chǎn)線生產(chǎn)。
4. 報警功能
系統(tǒng)具有故障報警（水泵、電機等啟停故障）和密度、液位、壓力等工藝參數(shù)超限報警。系統(tǒng)可以現(xiàn)場操作、計算機聯(lián)動和自動運行，并相互聯(lián)鎖。
5. 通訊狀態(tài)顯示功能
智能化工藝參數(shù)自動調(diào)整。系統(tǒng)可以顯示PLC與兩臺上位機之間的通訊狀態(tài)。
6. 報表記錄功能
面向用戶的管理報表，系統(tǒng)可以準確的記錄每臺設備的運行情況（啟動時間、停止時間、值班操作員）可以根據(jù)需要打印該報表。實時完成事故、運行記錄，實時或追憶打印或查詢。
7. 曲線功能
系統(tǒng)可以對密度、液位、壓力等工藝參數(shù)，以實時曲線、歷史曲線的形式直觀的顯示在上位機畫面上。
8. 權(quán)限功能
為防止誤操作和非專業(yè)人員隨意改動參數(shù)，該系統(tǒng)分為三級權(quán)限分別為操作員（只能對一部分畫面進行操作）、管理員（增加減少用戶名修改密碼）、工程師（最高權(quán)限）
七、 系統(tǒng)性能
1 、系統(tǒng)特點
（1） 可編程控制器技術先進，其性能處于世界領先水平。
（2） 采用 SIEMENS 公司高性能 ET 200M I/O 模塊，系統(tǒng)抗干擾??????? 能力強。
（3） 采用雙 CPU 熱備，一臺 CPU 出故障時，另一臺 CPU 立即自動投入運行，系統(tǒng)可靠性強。
（4） 選用的網(wǎng)絡傳輸速率高，通訊距離長。
（5） 人機界面友好，操作簡便。
（6） 維護簡單，維護費用低，備品備件易購。
（7） 以太網(wǎng)（標準 TCP/IP 協(xié)議）接口，可方便地與其它網(wǎng)絡聯(lián)接
2 、處理器特性
可編程控制器是本系統(tǒng)自動控制的核心，它的功能直接影響系統(tǒng)的性能，因此，我們選擇 SIEMENS 公司 S7-400 品牌的 414-2 處理器。與其它品牌 PLC 相比，處理器具有以下優(yōu)點：
（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活
靈活的結(jié)構(gòu)允許多個處理器、網(wǎng)絡以及 I/O 在同一機架中搭配使用而沒有限制。同時可以帶電插拔任

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???????????????????? 何模塊而不會影響系統(tǒng)中其他模塊的工作。
（2） 處理器性能優(yōu)越
處理器內(nèi)存容量大： 256kB 內(nèi)置內(nèi)存，可擴展到最大 2MkB ；處理速度非?？欤?0.08ms/K 指令，本地框架閉環(huán)處理時間小于 1ms ；本地 I/O 的典型信號反應達 500Hz ，遠程 I/O 的典型信號反應達 100Hz 。
（3）可實現(xiàn)多任務操作系統(tǒng)
實現(xiàn) IEC1131-3 認證的任務模式——支持 32 個獨立的任務—— 1 個連續(xù)的背景任務,31 個周期任務 (STI), 15 個優(yōu)先級用于控制的組態(tài)。
（4） 支持多種數(shù)據(jù)類型
支持 IEC1131 定義的基本數(shù)據(jù)類型（位，整型，符號長整型，浮點）；數(shù)組（ 1 ， 2 ， 3 維）；符號尋址。
（5）通訊能力強
支持多種通訊網(wǎng)絡的組合，即： Profibus 網(wǎng)絡、EtherNet 網(wǎng)絡、As-i MPI 現(xiàn)場網(wǎng)絡、RS-232 接口
（6） 支持功能強大的 I/O 模塊
（7） 具有獨特的故障診斷功能
能自動辨別斷電與無信號狀態(tài)，當輸入輸出線路出現(xiàn)故障時，可自動報警。