一、 概述
選煤廠自動化控制系統的任務是完成各生產設備的控制及閉鎖、洗選工藝自動調節以及信息上傳和共享，是生產自動化和信息化的重要部分。洗煤廠自動化控制系統按照安全、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驗，選用先進的技術和設備來保證整個系統安全可靠正常地運行。
傳統的洗煤廠集中控制系統一般采用邏輯元件實現集控，通過硬接線實現聯鎖。由于元件的特性不一，在生產過程中經常會出現燒毀元件的現象，對生產影響很大。若需要修改聯鎖關系時，必須改變柜內的接線方式，靈活性不高。
由計算機實現的集中控制系統能對全廠設備實現自動化管理，由操作員在集控室內直接控制設備的起停及過程參數的調節。在上位機界面中能夠直觀地顯示各種設備的起停狀態及故障狀態，便于操作員及時的掌握現場情況。
通過以太網，可以將生產過程中的各種產品指數和過程參數傳送至調度室，從而使全礦能夠統一地安排人力資源及物力資源，實現安全、高效的生產。
選煤廠由于環境惡劣，對設備及設備的控制水平要求較高。一般情況下系統采PLC+計算機+總線模塊等組成工業控制網絡，提高系統的管理水平。
二、 設計原則和依據
“先進、實用、經濟”為系統總體原則。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達到技術先進、自動化程度高、設備運行可靠，最終實現技術先進、設備性能安全可靠、配置合理、經濟，并確保設備和人身安全、滿足系統實時性、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代化生產管理模式。
1、設計原則
1) 系統性能可靠、技術成熟、能長期、穩定、連續的運行。
2) 技術先進。
3) 設計、選型兼容性及可擴展性。
4) 經濟、實用性。
2、設計規范
1) 《煤炭工業選煤廠設計規范》
2) 《選煤廠集控裝置選擇的技術規范》
3) 《煤炭工業調度信息化總體規劃綱要》
4) 《“九五”期間煤炭工業電子信息發展規劃綱要》
5) 《煤炭調度信息化裝備》
6) 《選煤廠設備流程圖》
7) 《選煤廠供配電系統圖》
三、 質量保證
我們向用戶承諾合同所提供的所有產品將嚴格執行ISO9001質量體系程序，從技術設計、施工設計、元器件采購及檢驗、產品加工及檢驗、現場指導安裝、調試等方面，嚴格進行產品質量控制，確保提供符合行業標準的優質產品，使產品性能完全滿足或超過合同及技術協議的要求。
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、穩定性較高的運行平臺；完善的系統自診斷功能；實時完成事故處理
2、系統性
配置：充分利用PLC、計算機、網絡、現場總線等技術和優勢，提高系統的性能/價格比。
組態：采用先進、實用、可靠的技術（PLC、計算機、網絡、現場總線等技術）
四、 選煤廠工藝簡介
一般選煤廠生產系統根據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、跳汰（水洗）系統、重介選矸系統、浮選系統、壓濾系統、配煤系統、循環水處理系統等。按照工藝要求可以分為以下幾個子系統（圖1、圖2）：
a) 原煤系統： 原煤倉中的原煤經過破碎機破碎后，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： 在跳汰機中經過風和水聯合作用，將原煤分為矸石、?? 中煤和粗精煤三種產品。
c) 重介系統： 在混料桶中將粗精煤和介質混合，通過控制介質密度，?? 將粗精煤分為精煤和中煤兩種產品。
d) 浮選系統： 從生產過程中產生的煤泥里，回收一部分精煤。
e) 運輸系統： 將精煤、中煤和矸石三種產品，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
是利用與其它物質的不同物理、物理－化學性質，在選煤廠內用機械方法去處混在原煤中的雜質，把它分成不同質量、規格的產品，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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???????????????????? 我國現有的洗煤廠大多是礦井洗煤廠。現代化的洗煤廠是一個由許多作業組成的連續機械加工過程。
4、跳汰選煤
在垂直脈動的介質中按顆粒密度差別進行選煤過程。跳汰選煤的介質是水或空氣，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、中煤和矸煤等產品設備。
5、重介選煤
在密度大于1g/cm的介質中，按顆粒密度的的大小差異進行選煤，叫做重介質選煤或重介選煤。選煤所用的重介質有重液和重選浮液兩類。重介選煤的主要優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生產控制易于自動化。重介選煤的缺點是生產工藝復雜，生產費用高，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分選機進行；分選沫煤在離心力作用下用重介質漩流器進行。
6、存儲
7、儲煤倉：
為調節產、運、銷之間產生的不平衡，保證礦井和運輸部門正常和均衡生產而設定的有一定容量的煤倉，接受生產成品煤炭，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、系統結構
1、 系統集控范圍
根據選煤廠工藝系統的特點及要求，全廠系統分為五個子系統：
（1） 原煤系統：包括受煤，篩分破碎至三產品重介質旋流器以前的輸送設備。
（2） 重介分選系統：包括三產品旋流器以后的脫介篩、磁選機至產品堆放場以前的運輸設備。重介分選系統又進一步分為原煤重介、煤泥重介兩個分選系統。
（3） 浮選系統：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、運輸等生產設備。
（4） 濃縮、壓濾尾煤回收系統：包括濃縮機、離心機、攪拌桶、泵、壓濾機及煤泥運輸等設備。
（5） 產品儲運系統：包括給料機和帶式輸送機等設備。
2、 系統硬件構成
1） 主要硬件設備
上位機采用研華工控機610H，內裝高性能以太網卡，便于系統間連接。下位機采用德國 SIEMENS 公司 S7-300 系列可編程控制器，通過 PROFIBUS 網絡組成分布式控制系統。上位機與下位機之間通過 SIEMENS 公司的工業以太網連接。
PLC 控制柜內裝可編程控制器與輸入、輸出繼電器，可以根據要求安裝于現場或集控室內。機旁操作箱可根據需要安裝于現場，便于檢修人員的操作。
2）系統硬件結構
整個系統（圖3、圖4、圖5）分為兩層。上層是控制層，由全廠生產集中控制系統和工藝參數閉環控制系統組成；下層為設備層，即現場級儀表、傳感器、執行元氣件等。
作為全廠生
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???????????????????? 產集中控制系統和工藝參數閉環控制系統人機界面的監控計算機，通過下連PLC，與密度自動控制系統、原煤系統、主洗系統、浮選系統、濃縮系統、壓濾系統、及其它輔助生產系統的PLC站構成車間設備層網絡；該層采用了當今國際上應用最為廣泛的PROFIBUS總線技術。全廠監控系統全部由德國SIEMENS公司的S7系列PLC主機組成，構建了選煤廠自動化系統。全廠集控(含閉環)系統設置下列PLC站：
圖3 集控系統整體結構
（1） 原煤準備系統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控及相關信號的檢測；
（2） 重介分選控制系統PLC站；設在主廠房配電室，設CPU主站，對工藝過程參數進行過程控制；
（3） 浮選系統PLC站：設在浮選廠房配電室，設CPU主站，對工藝過程參數進行過程控制；
（4） 濃縮、尾煤壓濾系統PLC站：設在尾煤車間配電室，主要對尾煤壓濾系統和相關的泵、皮帶、刮板進行監控；
（5） 壓濾系統統PLC (含濃縮、事故沉淀池、清水泵房、油庫)系統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控及相關信號的檢測。
（7） 產品儲運系統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、上位監控系統計算機監控管理站、數據采集站都通過以太網或者光纖通信，構成控制層網絡。現場層則采用PROFI- BUS總線。該總線系統由傳輸技術、通訊技術協議、通用行規和專用行規組成。由于PROFIBUS擁有統一的通信協議，并在此基礎上發展了不同的通用應用行規和專用應用行規,使得PROFIBUS可以廣泛地應用洗煤廠各個工藝段的現場設備層。
3、 系統軟件構成
1）上位機軟件
上位機軟件采用非常成熟的工業組態軟件SIEMENS 公司WINCC系列軟件進行編程，界面美觀，組態靈活。
主要實現對現場設備的自動啟、停控制；設備的運行狀態監視和故障報警；工藝流程監視；過程參數實時、歷史曲線；過程參數數據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、曲線、表格等形式反應和監視全廠的設備運行狀態；利用填充、柱狀棒圖、曲線、表格等形式反映全廠各工藝參數的變化、趨勢行進等情況。
根據實際情況和客戶要求可以實現系統配置畫面、系統工藝流程畫面、水洗系統監控畫面、浮選系統監控畫面、重介系統監控畫面、中煤系統監控畫面以及其他設備工藝的監控畫面。方便、直觀的反映生產情況。
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，根據實際需要靈活選擇。Step7 V5.3軟件功能齊全，操作方便。
4、 系統控制
系統主站PLC通過現場工業總線實現對各個分控的無縫連接，達到對各個分控系統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換,在轉換過程中不影響整個系統的運行。
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）聯啟不聯停。
圖4 集控系統控制結構
六、 系統功能
成功的集控系統不僅可以控制現場使用設備也可以擴展到其他范圍（見圖5），為企業全自動化生產起到積極的作用，真正意義上實現無人值 守。? 系統主要功能如下。
圖5? 選煤廠集控系統擴展結構圖
1. 控制功能
（1） 能實現自動、聯鎖手動、解鎖手動、就地控制等操作方式的無憂切換，選煤廠工藝系統的所有機電設備全部納入集控系統，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） 能實現被控設備按程序要求自動啟停
（4） 能實現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）聯啟不聯停、緊急停機操作、實時事故報警打印
（5） 能實現完善管理功能：工藝參數（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（閉環控制系統）
（7） 輔助設備的解聯鎖設置
（8） 控制方式由集中調度室操作人員在多功能操作臺上進行選擇。
（9） 系統選擇功能。
（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。備用設備可實現在線啟、停、所有設備均具有現場緊急停車功能。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，其余如煤泥水系統
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???????????????????? 的設備只進行監視不參控。由集控室調度員實施集中控制。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，通過網線連接形成集散的網絡結構。
2. 監控功能
洗煤廠重介洗選生產線全部設備的運行狀態可以通過兩臺上位機操作站監控并動態模擬顯示。通過上位機發出啟車信號自動啟動洗煤生產線的設備，對生產線的設備故障進行自動診斷，根據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. 調節控制功能
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線生產，因此在PLC編程中對合格介質懸浮液密度、合格介質懸浮液磁性物含量、重介旋流器入口壓力、合介桶液位等工藝參數PID調節作了優化編程，使其能在上位機輕松實現手/自動無擾動切換，從而不會影響生產線生產。
4. 報警功能
系統具有故障報警（水泵、電機等啟停故障）和密度、液位、壓力等工藝參數超限報警。系統可以現場操作、計算機聯動和自動運行，并相互聯鎖。
5. 通訊狀態顯示功能
智能化工藝參數自動調整。系統可以顯示PLC與兩臺上位機之間的通訊狀態。
6. 報表記錄功能
面向用戶的管理報表，系統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
系統可以對密度、液位、壓力等工藝參數，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. 權限功能
為防止誤操作和非專業人員隨意改動參數，該系統分為三級權限分別為操作員（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（最高權限）
七、 系統性能
1 、系統特點
（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，系統可靠性強。
（4） 選用的網絡傳輸速率高，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（標準 TCP/IP 協議）接口，可方便地與其它網絡聯接
2 、處理器特性
可編程控制器是本系統自動控制的核心，它的功能直接影響系統的性能，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，處理器具有以下優點：
（1）系統結構靈活
靈活的結構允許多個處理器、網絡以及 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中其他模塊的工作。
（2） 處理器性能優越
處理器內存容量大： 256kB 內置內存，可擴展到最大 2MkB ；處理速度非常快： 0.08ms/K 指令，本地框架閉環處理時間小于 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）可實現多任務操作系統
實現 IEC1131-3 認證的任務模式——支持 32 個獨立的任務—— 1 個連續的背景任務,31 個周期任務 (STI), 15 個優先級用于控制的組態。
（4） 支持多種數據類型
支持 IEC1131 定義的基本數據類型（位，整型，符號長整型，浮點）；數組（ 1 ， 2 ， 3 維）；符號尋址。
（5）通訊能力強
支持多種通訊網絡的組合，即： Profibus 網絡、EtherNet 網絡、As-i MPI 現場網絡、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，當輸入輸出線路出現故障時，可自動報警。
