一、 概述
选煤厂自动化控制系统的任务是完成各生产设备的控制及闭锁、洗选工艺自动调节以及信息上传和共享，是生产自动化和信息化的重要部分。洗煤厂自动化控制系统按照安全、实用、可靠、先进、开放指导思想进行设计，吸收以往洗煤厂成功的经验，选用先进的技术和设备来保证整个系统安全可靠正常地运行。
传统的洗煤厂集中控制系统一般采用逻辑元件实现集控，通过硬接线实现联锁。由于元件的特性不一，在生产过程中经常会出现烧毁元件的现象，对生产影响很大。若需要修改联锁关系时，必须改变柜内的接线方式，灵活性不高。
　　由计算机实现的集中控制系统能对全厂设备实现自动化管理，由操作员在集控室内直接控制设备的起停及过程参数的调节。在上位机界面中能够直观地显示各种设备的起停状态及故障状态，便于操作员及时的掌握现场情况。
　　通过以太网，可以将生产过程中的各种产品指数和过程参数传送至调度室，从而使全矿能够统一地安排人力资源及物力资源，实现安全、高效的生产。
选煤厂由于环境恶劣，对设备及设备的控制水平要求较高。一般情况下系统采PLC+计算机+总线模块等组成工业控制网络，提高系统的管理水平。
二、 设计原则和依据
“先进、实用、经济”为系统总体原则。选煤厂工艺为原煤重介—煤泥重介—浮选—浓缩压滤—洗水闭路。建设工程要求配备的集中控制系统达到技术先进、自动化程度高、设备运行可靠，最终实现技术先进、设备性能安全可靠、配置合理、经济，并确保设备和人身安全、满足系统实时性、开放性、互换性、可用性、易操作性、易维护性的要求，达到自动化程度高的现代化生产管理模式。
1、设计原则
1) 系统性能可靠、技术成熟、能长期、稳定、连续的运行。
2) 技术先进。
3) 设计、选型兼容性及可扩展性。
4) 经济、实用性。
2、设计规范
1) 《煤炭工业选煤厂设计规范》
2) 《选煤厂集控装置选择的技术规范》
3) 《煤炭工业调度信息化总体规划纲要》
4) 《“九五”期间煤炭工业电子信息发展规划纲要》
5) 《煤炭调度信息化装备》
6) 《选煤厂设备流程图》
7) 《选煤厂供配电系统图》
三、 质量保证
我们向用户承诺合同所提供的所有产品将严格执行ISO9001质量体系程序，从技术设计、施工设计、元器件采购及检验、产品加工及检验、现场指导安装、调试等方面，严格进行产品质量控制，确保提供符合行业标准的优质产品，使产品性能完全满足或超过合同及技术协议的要求。
1、安全可靠性
硬件：双层隔离：模

           
               
                     块与继电器隔离，继电器与现场隔离；操作保护：就地、集中手动、自动，互相闭锁；双电源热备供电，互为备用，在线自动切；通讯电缆双路冗余，自动检测，在线实时切换。
软件：采用安全性、稳定性较高的运行平台；完善的系统自诊断功能；实时完成事故处理
2、系统性
配置：充分利用PLC、计算机、网络、现场总线等技术和优势，提高系统的性能/价格比。
组态：采用先进、实用、可靠的技术（PLC、计算机、网络、现场总线等技术）
四、 选煤厂工艺简介
一般选煤厂生产系统根据洗选工艺可分为跳汰+浮选、重介+浮选、跳汰+重介+浮选等形式，具体可分为仓前（预备）系统、跳汰（水洗）系统、重介选矸系统、浮选系统、压滤系统、配煤系统、循环水处理系统等。按照工艺要求可以分为以下几个子系统（图1、图2）：
a) 原煤系统： 原煤仓中的原煤经过破碎机破碎后，通过皮带、锚链       等设备将其送至跳汰机上面的缓冲仓。
b) 跳汰系统： 在跳汰机中经过风和水联合作用，将原煤分为矸石、   中煤和粗精煤三种产品。
c) 重介系统： 在混料桶中将粗精煤和介质混合，通过控制介质密度，   将粗精煤分为精煤和中煤两种产品。
d) 浮选系统： 从生产过程中产生的煤泥里，回收一部分精煤。
e) 运输系统： 将精煤、中煤和矸石三种产品，通过皮带、锚链等设       备送至各自的仓中。
图1  选煤厂工艺流程图1
图2   选煤厂工艺流程图2
1、筛分
用带孔的筛面把颗粒大小不同的混合物料分成各种粒极的作业叫筛分。筛分所用的机器叫筛分机或者筛子。
在选煤厂中，筛分作业广泛地用于原煤准备和处理上。按照筛分方式不同，分为干法筛分和湿法筛分。
2、破碎
把大块物料粉碎成小颗粒的过程叫做破碎。用于破碎的机器叫做破碎机。在选煤厂中破碎作业主要有以下要求：
1）适应入选颗粒的要求；精选机械所能处理的煤炭颗粒有一定的范围度，超过这个范围的大块要经过破碎才能洗选。
2）有些煤快是煤与矸石夹杂而生的夹矸煤，为了从中选出精煤，需要破碎成更小的颗粒，使煤和矸煤分离
3）满足用户的颗粒要求，把选后的产品或煤快粉碎到一定的粒度
物料粉碎主要用机械方法，有压碎、劈碎、折断、击碎、磨碎等几种主要方式。
3、选煤
是利用与其它物质的不同物理、物理－化学性质，在选煤厂内用机械方法去处混在原煤中的杂质，把它分成不同质量、规格的产品，以适应不同有户的需求。
按照选煤厂的位置与煤矿的关选煤厂可以分为：矿井选煤厂、群矿选煤厂、中心选煤厂和用户选煤厂；

           
               
                     我国现有的洗煤厂大多是矿井洗煤厂。现代化的洗煤厂是一个由许多作业组成的连续机械加工过程。
4、跳汰选煤
在垂直脉动的介质中按颗粒密度差别进行选煤过程。跳汰选煤的介质是水或空气，个别的也用悬浮液。选煤中以水力跳汰的最多。
跳汰机是利用跳汰分选原理将入选原料按密度大小分选为精煤、中煤和矸煤等产品设备。
5、重介选煤
在密度大于1g/cm的介质中，按颗粒密度的的大小差异进行选煤，叫做重介质选煤或重介选煤。选煤所用的重介质有重液和重选浮液两类。重介选煤的主要优点是分选效率高与其它选煤方法；入选力度范围宽，分选机入料粒为1000-6mm，漩流器为80-0.15mm生产控制易于自动化。重介选煤的缺点是生产工艺复杂，生产费用高，设备磨损快，维修量大。
重介选煤一般都分级入选。分选块煤一般在重力作用下用重介质分选机进行；分选沫煤在离心力作用下用重介质漩流器进行。
6、存储
7、储煤仓：
为调节产、运、销之间产生的不平衡，保证矿井和运输部门正常和均衡生产而设定的有一定容量的煤仓，接受生产成品煤炭，保证能顺利出厂，进入最后的装车阶段。
8、装车:包括装车（船）、吊车和计量。
五、系统结构
1、 系统集控范围
根据选煤厂工艺系统的特点及要求，全厂系统分为五个子系统：
（1） 原煤系统：包括受煤，筛分破碎至三产品重介质旋流器以前的输送设备。
（2） 重介分选系统：包括三产品旋流器以后的脱介筛、磁选机至产品堆放场以前的运输设备。重介分选系统又进一步分为原煤重介、煤泥重介两个分选系统。
（3） 浮选系统：包括浮选入料泵及以后的矿浆预处理器、浮选机、精煤压滤机、运输等生产设备。
（4） 浓缩、压滤尾煤回收系统：包括浓缩机、离心机、搅拌桶、泵、压滤机及煤泥运输等设备。
（5） 产品储运系统：包括给料机和带式输送机等设备。
2、 系统硬件构成
1） 主要硬件设备
上位机采用研华工控机610H，内装高性能以太网卡，便于系统间连接。下位机采用德国 SIEMENS 公司 S7-300 系列可编程控制器，通过 PROFIBUS 网络组成分布式控制系统。上位机与下位机之间通过 SIEMENS 公司的工业以太网连接。
PLC 控制柜内装可编程控制器与输入、输出继电器，可以根据要求安装于现场或集控室内。机旁操作箱可根据需要安装于现场，便于检修人员的操作。
2）系统硬件结构
整个系统（图3、图4、图5）分为两层。上层是控制层，由全厂生产集中控制系统和工艺参数闭环控制系统组成；下层为设备层，即现场级仪表、传感器、执行元气件等。
作为全厂生

           
               
                     产集中控制系统和工艺参数闭环控制系统人机界面的监控计算机，通过下连PLC，与密度自动控制系统、原煤系统、主洗系统、浮选系统、浓缩系统、压滤系统、及其它辅助生产系统的PLC站构成车间设备层网络；该层采用了当今国际上应用最为广泛的PROFIBUS总线技术。全厂监控系统全部由德国SIEMENS公司的S7系列PLC主机组成，构建了选煤厂自动化系统。全厂集控(含闭环)系统设置下列PLC站：
图3 集控系统整体结构
（1） 原煤准备系统PLC站：设在原煤车间配电室，主要对给煤机、破碎机、胶带运输机除铁器、分级筛、排污泵等设备进行监控及相关信号的检测；
（2） 重介分选控制系统PLC站；设在主厂房配电室，设CPU主站，对工艺过程参数进行过程控制；
（3） 浮选系统PLC站：设在浮选厂房配电室，设CPU主站，对工艺过程参数进行过程控制；
（4） 浓缩、尾煤压滤系统PLC站：设在尾煤车间配电室，主要对尾煤压滤系统和相关的泵、皮带、刮板进行监控；
（5） 压滤系统统PLC (含浓缩、事故沉淀池、清水泵房、油库)系统PLC站：设在浓缩车间配电室；
（6） 主厂房PLC站：设在主厂房配电室,设CPU主站和扩展站。对主厂房的设备进行监控及相关信号的检测。
（7） 产品储运系统PLC站：设在储运厂房配电室。主要对皮带等设备控制和检测。
上述PLC主站、上位监控系统计算机监控管理站、数据采集站都通过以太网或者光纤通信，构成控制层网络。现场层则采用PROFI- BUS总线。该总线系统由传输技术、通讯技术协议、通用行规和专用行规组成。由于PROFIBUS拥有统一的通信协议，并在此基础上发展了不同的通用应用行规和专用应用行规,使得PROFIBUS可以广泛地应用洗煤厂各个工艺段的现场设备层。
3、 系统软件构成
1）上位机软件
上位机软件采用非常成熟的工业组态软件SIEMENS 公司WINCC系列软件进行编程，界面美观，组态灵活。
主要实现对现场设备的自动启、停控制；设备的运行状态监视和故障报警；工艺流程监视；过程参数实时、历史曲线；过程参数数据库查询以及棒图动画显示。通过两台24”大屏幕液晶显示器，利用变色、旋转、曲线、表格等形式反应和监视全厂的设备运行状态；利用填充、柱状棒图、曲线、表格等形式反映全厂各工艺参数的变化、趋势行进等情况。
根据实际情况和客户要求可以实现系统配置画面、系统工艺流程画面、水洗系统监控画面、浮选系统监控画面、重介系统监控画面、中煤系统监控画面以及其他设备工艺的监控画面。方便、直观的反映生产情况。
2）下位机软件
下位机软件采用西门子的Step7 V5.3，对下位

           
               
                     的S7-300PLC进行逻辑梯形图（LAD）编程和PID功能块编程，对于逻辑控制的设备主要采用梯形图语言进行编程，对于密度、粘度、给煤机和各个桶的液位等过程控制则采用PID控制，每个PID块都有手动和自动操作模式，根据实际需要灵活选择。Step7 V5.3软件功能齐全，操作方便。
4、 系统控制
系统主站PLC通过现场工业总线实现对各个分控的无缝连接，达到对各个分控系统的所有设备的集中控制（图4）。集控设备的控制方式采用集中联锁和就地解锁两种控制方式。且此两种控制方式可灵活地转换,在转换过程中不影响整个系统的运行。
参加集控的工艺设备按工艺要求延时开车,按工艺要求延时停车方式进行控制。起停车的延时时间根据工艺设备和电气设备的要求设定。
可进行辅助设备的解锁或联锁设置及主设备的检修设置。
灵活可靠的工艺流程任意设定与选择；设备任意启停（减少了系统公用部分设备频繁启动,提高设备寿命及降低维护费用）；辅助设备与皮带传感器的解锁运行；大设备（不允许频繁启停的设备）联启不联停。
图4 集控系统控制结构

六、 系统功能
成功的集控系统不仅可以控制现场使用设备也可以扩展到其他范围（见图5），为企业全自动化生产起到积极的作用，真正意义上实现无人值 守。  系统主要功能如下。
图5  选煤厂集控系统扩展结构图
1. 控制功能
（1） 能实现自动、联锁手动、解锁手动、就地控制等操作方式的无忧切换，选煤厂工艺系统的所有机电设备全部纳入集控系统，对煤流线上的参控设备进行集中连锁控制，对不参控设备就地解锁控制。
（2） 灵活方便的流程选择
（3） 能实现被控设备按程序要求自动启停
（4） 能实现被控设备事故的处理：方便灵活的事故再启、超载事    故处理、大设备（不允许频繁启停的设备）联启不联停、紧急停机操作、实时事故报警打印
（5） 能实现完善管理功能：工艺参数（电流、料位、仓量、压力、温度、PH值、溶解氧）显示与记录。
（6） 工艺要求的自动平衡（闭环控制系统）
（7） 辅助设备的解联锁设置
（8） 控制方式由集中调度室操作人员在多功能操作台上进行选择。
（9） 系统选择功能。
（10） 试车功能。
（11） 具有预报告和设备禁启功能。
（12） 参控设备逆煤流启，顺煤流停。备用设备可实现在线启、停、所有设备均具有现场紧急停车功能。集中运行时，岗位司机只能就地停车，不能启动。
（13） 事故处理功能，包括预告故障、启、停车故障，运行故障以及检测信号等故障的处理。
全厂煤流线上的工艺设备均纳入集控系统，其余如煤泥水系统

           
               
                     的设备只进行监视不参控。由集控室调度员实施集中控制。集控室设在主厂房，由于全厂设备分散，故在相应配电室设PLC分站，通过网线连接形成集散的网络结构。
2. 监控功能
洗煤厂重介洗选生产线全部设备的运行状态可以通过两台上位机操作站监控并动态模拟显示。通过上位机发出启车信号自动启动洗煤生产线的设备，对生产线的设备故障进行自动诊断，根据故障点位置按逻辑程序自动停车。中央集控室上位机可以单机启车。
3. 调节控制功能
洗煤厂各设备间的耦合程度高，单台设备故障会直接影响整条生产线生产，因此在PLC编程中对合格介质悬浮液密度、合格介质悬浮液磁性物含量、重介旋流器入口压力、合介桶液位等工艺参数PID调节作了优化编程，使其能在上位机轻松实现手/自动无扰动切换，从而不会影响生产线生产。
4. 报警功能
系统具有故障报警（水泵、电机等启停故障）和密度、液位、压力等工艺参数超限报警。系统可以现场操作、计算机联动和自动运行，并相互联锁。
5. 通讯状态显示功能
智能化工艺参数自动调整。系统可以显示PLC与两台上位机之间的通讯状态。
6. 报表记录功能
面向用户的管理报表，系统可以准确的记录每台设备的运行情况（启动时间、停止时间、值班操作员）可以根据需要打印该报表。实时完成事故、运行记录，实时或追忆打印或查询。
7. 曲线功能
系统可以对密度、液位、压力等工艺参数，以实时曲线、历史曲线的形式直观的显示在上位机画面上。
8. 权限功能
为防止误操作和非专业人员随意改动参数，该系统分为三级权限分别为操作员（只能对一部分画面进行操作）、管理员（增加减少用户名修改密码）、工程师（最高权限）
七、 系统性能
1 、系统特点
（1） 可编程控制器技术先进，其性能处于世界领先水平。
（2） 采用 SIEMENS 公司高性能 ET 200M I/O 模块，系统抗干扰        能力强。
（3） 采用双 CPU 热备，一台 CPU 出故障时，另一台 CPU 立即自动投入运行，系统可靠性强。
（4） 选用的网络传输速率高，通讯距离长。
（5） 人机界面友好，操作简便。
（6） 维护简单，维护费用低，备品备件易购。
（7） 以太网（标准 TCP/IP 协议）接口，可方便地与其它网络联接
2 、处理器特性
可编程控制器是本系统自动控制的核心，它的功能直接影响系统的性能，因此，我们选择 SIEMENS 公司 S7-400 品牌的 414-2 处理器。与其它品牌 PLC 相比，处理器具有以下优点：
（1）系统结构灵活
灵活的结构允许多个处理器、网络以及 I/O 在同一机架中搭配使用而没有限制。同时可以带电插拔任

           
               
                     何模块而不会影响系统中其他模块的工作。
（2） 处理器性能优越
处理器内存容量大： 256kB 内置内存，可扩展到最大 2MkB ；处理速度非常快： 0.08ms/K 指令，本地框架闭环处理时间小于 1ms ；本地 I/O 的典型信号反应达 500Hz ，远程 I/O 的典型信号反应达 100Hz 。
（3）可实现多任务操作系统
实现 IEC1131-3 认证的任务模式——支持 32 个独立的任务—— 1 个连续的背景任务,31 个周期任务 (STI), 15 个优先级用于控制的组态。
（4） 支持多种数据类型
支持 IEC1131 定义的基本数据类型（位，整型，符号长整型，浮点）；数组（ 1 ， 2 ， 3 维）；符号寻址。
（5）通讯能力强
支持多种通讯网络的组合，即： Profibus 网络、EtherNet 网络、As-i MPI 现场网络、RS-232 接口
（6） 支持功能强大的 I/O 模块
（7） 具有独特的故障诊断功能
能自动辨别断电与无信号状态，当输入输出线路出现故障时，可自动报警。