一、基本概況
隨著近幾年國家加大對礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用，安全生產(chǎn)、機械化開采正在逐步的發(fā)展壯大，礦山自動化系統(tǒng)應運而生，大大的加快了礦產(chǎn)資源的開采，使得礦業(yè)經(jīng)濟得到進一步發(fā)展。作為礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的一部分，“自動化控制系統(tǒng)”在其中占據(jù)了很重要的位置，自動化系統(tǒng)運用當前先進的儀表、計算機和互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，減少大機械和高電壓因事故對人身和現(xiàn)場造成的傷亡并大大所以，提高了效率與礦藏開采的質(zhì)量和效益，
本系統(tǒng)針對選礦生產(chǎn)部分作業(yè)環(huán)節(jié)，特別是關鍵工藝流程實施自動化監(jiān)控，同時為選礦管理等業(yè)務環(huán)節(jié)提供基礎數(shù)據(jù)源，為選礦廠、礦業(yè)公司進行更加科學的經(jīng)營管理與決策提供有力的支持。
二、設計思想
本方案設計遵循“科學合理、技術先進、運行可靠、操作方便”的原則。
1、采用先進成熟的技術?？刂葡到y(tǒng)硬件采用德國西門子公司的可編程序控制器（PLC）及中文操作面板(V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6)進行設計。
2、選用可靠的、性價比最好的檢測儀表及控制設備,采用經(jīng)生產(chǎn)實踐檢驗是成熟的、先進的自動控制設備；
3、系統(tǒng)具有實用性和易管理性
系統(tǒng)要符合給水給礦工藝的特點，功能完備、齊全，滿足選礦的生產(chǎn)和管理的需求，其設計和所使用的技術實用，易于管理，易于維護，防止操作過于繁瑣、技術復雜。
4、系統(tǒng)具有和開放性可操作性
系統(tǒng)設計開放性原則是指在軟、硬設備的互連上，系統(tǒng)升級、擴充和更新上，應用目標和功能變化上，以及在其它外界環(huán)境變化上，要有較強的開放適應能力；系統(tǒng)應盡量便于用戶的理解、學習、掌握和使用；人機界面友好，具有很強的在線幫助功能，方便操作和維護。
三、總體架構
本次項目的設計范圍可以分為三個層次：
1、現(xiàn)場控制級：自動控制產(chǎn)品的安裝、調(diào)試。主要包括自動給水、自動給礦、組態(tài)監(jiān)控、LED顯示等。
2、過程監(jiān)控級：建立統(tǒng)一的自動化監(jiān)控平臺，對選礦自動化控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行采集，對現(xiàn)場各受控設備的運行進行監(jiān)視和控制，并提供數(shù)據(jù)接口供其它系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。
3、生產(chǎn)管理級：實現(xiàn)選礦信息的計算機管理。涵蓋記錄作業(yè)數(shù)據(jù)、跟蹤作業(yè)流程、生成報表，并為其它系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口。
四、整體結構
自動化系統(tǒng)按功能化分為三個層次，即：現(xiàn)場控制級、過程監(jiān)控級和生產(chǎn)管理級。
現(xiàn)場控制級：對現(xiàn)場設備進行檢測、控制；現(xiàn)場控制級采用基于可編程序控制器（PLC）的集散控制系統(tǒng)方案，確保系統(tǒng)的可靠性。包含皮帶秤狀態(tài)監(jiān)控、給料自動化、電機運行狀態(tài)顯示及監(jiān)測。各系統(tǒng)間通過網(wǎng)絡通訊和數(shù)據(jù)交換共同完成整個選礦自動化系統(tǒng)的過程控制。
過程監(jiān)控級：可設置兩臺工控機；工控機互為備份，互為冗余，確保數(shù)據(jù)完整、準確。服務器將實時參數(shù)與畫面發(fā)布到企業(yè)局域網(wǎng)，供生產(chǎn)管理級調(diào)用。包含六個子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、監(jiān)控運行子系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、圖形子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口子系統(tǒng)。
生產(chǎn)管理級：通過Web瀏覽，可以與局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，不同的局域網(wǎng)用戶享有不同的訪問權限，在計算機上可查看到現(xiàn)場所有設備的運行情況、生產(chǎn)情況和操作員日常操作情況；通過此種方法也便于廠領導調(diào)度、指揮生產(chǎn)。http://haiyusuye.com.cn含六個子系統(tǒng)：WEB瀏覽平臺、實時子系統(tǒng)、報表子系統(tǒng)、關系數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、用戶管理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)，它們共同完成管理級的功能。
1、工作（操作）站
工作站是處理一切與運行操作有關的操作界面OI（Operator Interface）或人機界面HMI（Human Machine Interface）功能的網(wǎng)絡節(jié)點，主要是為系統(tǒng)的運行操作人員提供人機交互，使行操作員可以通過操作員站及時了解現(xiàn)場運狀態(tài)、各種運行參數(shù)的當前值、是否有異常情況發(fā)生等。同時通過輸入設備對工藝過程進行控制和調(diào)節(jié)，以保證生產(chǎn)過程的安全、可靠、高效、高質(zhì)。
2、工程師站
工程師站是對組態(tài)工作和在線系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護的網(wǎng)絡節(jié)點。其主要功能是提供對本系統(tǒng)組態(tài)、配置工作的工具軟件（即組態(tài)軟件），并當操作站在運行時實時地監(jiān)視各個節(jié)點的運行情況，使系統(tǒng)工程師可以通過工程師站及時調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設定，使自動化系統(tǒng)隨時處在最佳的工作狀態(tài)中。
五、控制特點
控制系統(tǒng)以生產(chǎn)安全、簡單實用、便于管理為主，主要以就地（開環(huán)/閉環(huán)）控制、上位機干預、集中管理為特點，同時實現(xiàn)網(wǎng)絡共享。同時可以實時監(jiān)測生產(chǎn)指標，為日常生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)依據(jù)?？梢詫崟r監(jiān)測、控制、報警、順序停車、記錄實時數(shù)據(jù)、生成報表、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。
就地控制：利用PLC控制器實現(xiàn)對控制系統(tǒng)中的關聯(lián)設備的控制及監(jiān)測，同時把設備狀態(tài)實時傳輸給上位機，使管理人員能夠在中心控制室的計算機上看到各個設備的運行狀態(tài)。
遠程干預：利用計算機和PLC控制器的強大通信功能，可以根據(jù)實際動態(tài)生產(chǎn)需求對其中設備進行遠程的控制，同時通過視頻系統(tǒng)的輔助，可以實現(xiàn)多個流程的無人值守，節(jié)省人員，減輕值班人員的勞動強度，實現(xiàn)人性化管理。
手自動轉換：通過控制柜上的手自動轉換按鈕，方便實現(xiàn)手動與自動的切換，滿足維修及其他工況的需要。
組態(tài)監(jiān)控：可以連接計算機，運用力控軟件對現(xiàn)場的運行情況進行實時的畫面監(jiān)控，如出現(xiàn)故障就可實時報警。
六、控制流程圖
本系統(tǒng)主要是針對給水、給礦、皮帶秤監(jiān)控、組態(tài)監(jiān)控、LED顯示屏、遠程啟停方面的控制，以下是這些自動控制的具體流程圖；
1、給水控制
控制原理：
通過電磁流量計給出當前水流量信號，由控制器計算并轉換為4～20mA信號給電動閥門，控制給水量，使給水量恒定。
控制思路：
將電磁流量計檢測得出水量的4～20mA實時流量信號傳給控制器，由控制器將電磁流量計得出的實時流量值與預先設定好的流量值做比較，經(jīng)過控制器計算得出實際補償?shù)乃髁浚?jīng)控制器轉換輸出4～20mA信號給電動執(zhí)行閥門，控制電動執(zhí)行閥門的開度，達到理想的流量值。并將每一個管路的實時水量和理想水量在上位機中顯示。由上位機可以避開流量計的影響，人工調(diào)節(jié)電動閥門的開度來控制水流量。
2、皮帶秤控制
控制原理：
通過皮帶稱所給出的給礦實時信號（包括：給礦量、皮帶速度等）以4～20mA信號的方式經(jīng)過放大線路后送至運算器，產(chǎn)生脈沖數(shù)，得到這一周期的物料量。
控制思路：
當物料經(jīng)過經(jīng)過皮帶稱，皮帶秤的稱重傳感器就會感應，稱重傳感器即輸出正比于物料重力的電流(mA)信號，經(jīng)放大器放大后送模/數(shù)轉換器變成數(shù)字量A，送到運算器；物料速度輸入速度傳感器后，速度傳感器即輸出脈沖數(shù)B，也送到運算器；運算器對A、B進行運算后，即得到這一測量周期的物料量。稱重出礦料重量，并對每一測量周期進行累計，即可得到皮帶上連續(xù)通過的物料總量。然后稱重總量數(shù)據(jù)傳送至控制器，經(jīng)控制器傳輸至上位機中，可顯示出稱重物料的重量。
控制原理圖如下：http://haiyusuye.com.cn
3、皮帶秤控制變頻給礦
控制原理：
以皮帶稱給出的4～20mA信號為依據(jù)，利用變頻器控制電機的轉速，使振動給料機的振動頻率發(fā)生變化從而控制給礦量。
控制思路：
皮帶稱給出的4～20mA瞬時信號為依據(jù)，將4～20mA信號連接至變頻器AI端子，通過變頻PID調(diào)節(jié)來控制振動電機的振動頻率。由變頻自帶的RS485通信協(xié)議將變頻運行狀態(tài)參數(shù)上傳至上位機。
控制原理圖如下：http://haiyusuye.com.cn
——圖（1-4）
4、組態(tài)控制
控制原理：
通過力控組態(tài)軟件對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行采集與過程控制，產(chǎn)生模擬運行環(huán)境，對畫面組態(tài)實施實時的監(jiān)控與控制，通過組態(tài)軟件實現(xiàn)遠程控制和遠程干預。
控制思路：
本控制需要安裝力控組態(tài)軟件，即在計算機上安裝力控組態(tài)環(huán)境，通過互聯(lián)網(wǎng)或者以太網(wǎng)與控制器進行通信連接；連接完成以后，需要在力控軟件中建立監(jiān)控畫面和實時數(shù)據(jù)庫，對畫面進行動畫連接與屬性設置，然后寫入腳本程序進行組態(tài)環(huán)境調(diào)試，與控制器進行通行連接，并進入運行環(huán)境監(jiān)控，而達到控制要求。
控制原理圖如下：http://haiyusuye.com.cn
——圖（1-5）
5、LED顯示屏
控制原理：
通過單片機AT89C51/AT89C52控制，利用數(shù)字電子電路原理，加放大電路放大信號，實現(xiàn)控制要求。
控制思路：
LED顯示屏是由LED點陣和led pc 面板組成，通過紅色，藍色，綠色LED燈的亮滅來顯示文字、圖片、動畫、視頻，內(nèi)容可以隨時更換，各部分組件都是模塊化結構的顯示器件。其亮度高、工作電壓低、功耗小、大型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定。
LED顯示屏通常由顯示模塊、控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。常用的LED顯示屏的大小為16×16點、16×32點、32×64點等幾種組成，平均大小為40×250CM。首先，本控制系統(tǒng)需要連接好顯示模塊，顯示模塊是用數(shù)據(jù)線把每個大小為40×250CM顯示屏控制塊組合在一起，組成一個固定尺寸的顯示屏。然后輸入所要顯示的內(nèi)容即數(shù)據(jù)信息，分別給LED顯示屏和控制塊通電，上電調(diào)試，即可運行。LED顯示屏的電源是獨立供電，一般需要直流24V電源，而控制線路需要直流6V電源，使控制線路供電與LED屏電源分開。
需要注意的是，LED顯示屏是微電子電路控制，所以要注意防潮，切不可過于潮濕，否則會破壞電子電路。
控制原理圖：http://haiyusuye.com.cn
——圖（1-6）
6、遠程啟停
遠程啟停：
利用控制器輸出24V電壓至中間繼電器線圈。220V電壓接至中間繼電器常開觸點，當啟動時控制器輸出24V電壓使中間繼電器繼圈吸合。常開觸點吸合220V電壓接通至交流接觸器線圈使交流接觸器吸合，則電機啟動。
控制原理圖如下：http://haiyusuye.com.cn
——圖(1-7)
7、遠程干預
通過RJ45通信協(xié)議，將上位機軟件中各設備的運行狀態(tài)、流量、給礦量、生產(chǎn)報表等相關信息傳輸至局域網(wǎng)，更方便的供管理層查看生產(chǎn)信息。可以添加遠程干預功能（不推薦）。
流程圖如下：
——圖（1-8）
8、設備互鎖
備用與應急補救措施；在設備運行過程中，如果出現(xiàn)故障，就會使機械生產(chǎn)暫時的陷入停滯狀態(tài)，并會造成一些的機器設備損壞，帶來直接的經(jīng)濟損失。通過設備互鎖功能，擁有一套備用的應急補救設備和程序，可使生產(chǎn)仍處于正常的工作狀態(tài)，即時出現(xiàn)故障也不影響生產(chǎn)。
七、工藝所用設備及布線介紹
1、控制柜可以放置在控制室附近，也可以根據(jù)現(xiàn)場要求確定位置，控制柜一般采用2200*1000*800的GSD標準規(guī)，配置按照GB規(guī)范；
2、線纜分為控制線纜、電源線纜和通信屏蔽線。其中布線部分的通信電纜一律采用屏蔽線并穿鋼管并與動力線交叉走線。
3、控制器采用西門子S7-200及其擴展模塊，LED顯示屏采用單片機及其集成電路控制；經(jīng)現(xiàn)場統(tǒng)計，現(xiàn)場所需要的控制點開關量的點數(shù)為：輸入點14個，輸出點28個，報警指示占用2個輸出點。模擬量的點數(shù)為：輸入點20個，輸出點14個。依據(jù)S7-200的規(guī)定的點數(shù)及數(shù)量：S7-200 226可以控制開關量數(shù)量為128DI和128DO。可控制模擬量的數(shù)量為32AI和32AO。可擴展的模塊數(shù)量為7個。依據(jù)以上參數(shù)，所以我們將以S7-200及其擴展模塊做為首選控制器。
4、通信采用西門子RS485和USB-PPI通信方式；
5、上位機軟件采用力控，畫面豐富直觀，使用方便，功能強大，可以連接數(shù)據(jù)庫；
6、傳感器（稱重、速度、流量）均采用國內(nèi)知名品牌；
7、其他電器元氣部件采用正泰；
青島藍方自控系統(tǒng)有限公司(http://haiyusuye.com.cn)是一家專門從事礦山自動化設備研發(fā)、設計、加工及安裝的專業(yè)化公司。主營產(chǎn)品有：自動加球機,全自動加球機,球磨自動加球機，自動加藥機，全自動加藥機，數(shù)控加藥機，采礦破碎流程控制，浮選控制系統(tǒng)，磨礦自動控制系統(tǒng)，濃度計，排水自動控制系統(tǒng)，選礦生產(chǎn)控制系統(tǒng)等自動化類產(chǎn)品。
