一、基本概况
随着近几年国家加大对矿产资源的开发与利用，安全生产、机械化开采正在逐步的发展壮大，矿山自动化系统应运而生，大大的加快了矿产资源的开采，使得矿业经济得到进一步发展。作为矿山生产系统的一部分，“自动化控制系统”在其中占据了很重要的位置，自动化系统运用当前先进的仪表、计算机和互联网系统，减少大机械和高电压因事故对人身和现场造成的伤亡并大大所以，提高了效率与矿藏开采的质量和效益，
本系统针对选矿生产部分作业环节，特别是关键工艺流程实施自动化监控，同时为选矿管理等业务环节提供基础数据源，为选矿厂、矿业公司进行更加科学的经营管理与决策提供有力的支持。
二、设计思想
本方案设计遵循“科学合理、技术先进、运行可靠、操作方便”的原则。
1、采用先进成熟的技术。控制系统硬件采用德国西门子公司的可编程序控制器（PLC）及中文操作面板(V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6)进行设计。
2、选用可靠的、性价比最好的检测仪表及控制设备,采用经生产实践检验是成熟的、先进的自动控制设备；
3、系统具有实用性和易管理性
系统要符合给水给矿工艺的特点，功能完备、齐全，满足选矿的生产和管理的需求，其设计和所使用的技术实用，易于管理，易于维护，防止操作过于繁琐、技术复杂。
4、系统具有和开放性可操作性
系统设计开放性原则是指在软、硬设备的互连上，系统升级、扩充和更新上，应用目标和功能变化上，以及在其它外界环境变化上，要有较强的开放适应能力；系统应尽量便于用户的理解、学习、掌握和使用；人机界面友好，具有很强的在线帮助功能，方便操作和维护。
三、总体架构
本次项目的设计范围可以分为三个层次：
1、现场控制级：自动控制产品的安装、调试。主要包括自动给水、自动给矿、组态监控、LED显示等。
2、过程监控级：建立统一的自动化监控平台，对选矿自动化控制系统数据进行采集，对现场各受控设备的运行进行监视和控制，并提供数据接口供其它系统采集数据。
3、生产管理级：实现选矿信息的计算机管理。涵盖记录作业数据、跟踪作业流程、生成报表，并为其它系统提供数据接口。
四、整体结构
自动化系统按功能化分为三个层次，即：现场控制级、过程监控级和生产管理级。
现场控制级：对现场设备进行检测、控制；现场控制级采用基于可编程序控制器（PLC）的集散控制系统方案，确保系统的可靠性。包含皮带秤状态监控、给料自动化、电机运行状态显示及监测。各系统间通过网络通讯和数据交换共同完成整个选矿自动化系统的过程控制。
过程监控级：可设置两台工控机；工控机互为备份，互为冗余，确保数据完整、准确。服务器将实时参数与画面发布到企业局域网，供生产管理级调用。包含六个子系统：数据采集子系统、监控运行子系统、实时数据库子系统、历史数据库子系统、图形子系统和数据接口子系统。
生产管理级：通过Web浏览，可以与局域网联网，不同的局域网用户享有不同的访问权限，在计算机上可查看到现场所有设备的运行情况、生产情况和操作员日常操作情况；通过此种方法也便于厂领导调度、指挥生产。http://www.lanfangzikong.com含六个子系统：WEB浏览平台、实时子系统、报表子系统、关系数据库子系统、用户管理子系统和数据通讯子系统，它们共同完成管理级的功能。
1、工作（操作）站
工作站是处理一切与运行操作有关的操作界面OI（Operator Interface）或人机界面HMI（Human Machine Interface）功能的网络节点，主要是为系统的运行操作人员提供人机交互，使行操作员可以通过操作员站及时了解现场运状态、各种运行参数的当前值、是否有异常情况发生等。同时通过输入设备对工艺过程进行控制和调节，以保证生产过程的安全、可靠、高效、高质。
2、工程师站
工程师站是对组态工作和在线系统监督、控制、维护的网络节点。其主要功能是提供对本系统组态、配置工作的工具软件（即组态软件），并当操作站在运行时实时地监视各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使自动化系统随时处在最佳的工作状态中。
五、控制特点
控制系统以生产安全、简单实用、便于管理为主，主要以就地（开环/闭环）控制、上位机干预、集中管理为特点，同时实现网络共享。同时可以实时监测生产指标，为日常生产提供数据依据。可以实时监测、控制、报警、顺序停车、记录实时数据、生成报表、历史数据查询等功能。
就地控制：利用PLC控制器实现对控制系统中的关联设备的控制及监测，同时把设备状态实时传输给上位机，使管理人员能够在中心控制室的计算机上看到各个设备的运行状态。
远程干预：利用计算机和PLC控制器的强大通信功能，可以根据实际动态生产需求对其中设备进行远程的控制，同时通过视频系统的辅助，可以实现多个流程的无人值守，节省人员，减轻值班人员的劳动强度，实现人性化管理。
手自动转换：通过控制柜上的手自动转换按钮，方便实现手动与自动的切换，满足维修及其他工况的需要。
组态监控：可以连接计算机，运用力控软件对现场的运行情况进行实时的画面监控，如出现故障就可实时报警。
六、控制流程图
本系统主要是针对给水、给矿、皮带秤监控、组态监控、LED显示屏、远程启停方面的控制，以下是这些自动控制的具体流程图；
1、给水控制
控制原理：
通过电磁流量计给出当前水流量信号，由控制器计算并转换为4～20mA信号给电动阀门，控制给水量，使给水量恒定。
控制思路：
将电磁流量计检测得出水量的4～20mA实时流量信号传给控制器，由控制器将电磁流量计得出的实时流量值与预先设定好的流量值做比较，经过控制器计算得出实际补偿的水流量，经控制器转换输出4～20mA信号给电动执行阀门，控制电动执行阀门的开度，达到理想的流量值。并将每一个管路的实时水量和理想水量在上位机中显示。由上位机可以避开流量计的影响，人工调节电动阀门的开度来控制水流量。
2、皮带秤控制
控制原理：
通过皮带称所给出的给矿实时信号（包括：给矿量、皮带速度等）以4～20mA信号的方式经过放大线路后送至运算器，产生脉冲数，得到这一周期的物料量。
控制思路：
当物料经过经过皮带称，皮带秤的称重传感器就会感应，称重传感器即输出正比于物料重力的电流(mA)信号，经放大器放大后送模/数转换器变成数字量A，送到运算器；物料速度输入速度传感器后，速度传感器即输出脉冲数B，也送到运算器；运算器对A、B进行运算后，即得到这一测量周期的物料量。称重出矿料重量，并对每一测量周期进行累计，即可得到皮带上连续通过的物料总量。然后称重总量数据传送至控制器，经控制器传输至上位机中，可显示出称重物料的重量。
控制原理图如下：http://www.lanfangzikong.com
3、皮带秤控制变频给矿
控制原理：
以皮带称给出的4～20mA信号为依据，利用变频器控制电机的转速，使振动给料机的振动频率发生变化从而控制给矿量。
控制思路：
皮带称给出的4～20mA瞬时信号为依据，将4～20mA信号连接至变频器AI端子，通过变频PID调节来控制振动电机的振动频率。由变频自带的RS485通信协议将变频运行状态参数上传至上位机。
控制原理图如下：http://www.lanfangzikong.com
——图（1-4）
4、组态控制
控制原理：
通过力控组态软件对现场生产数据进行采集与过程控制，产生模拟运行环境，对画面组态实施实时的监控与控制，通过组态软件实现远程控制和远程干预。
控制思路：
本控制需要安装力控组态软件，即在计算机上安装力控组态环境，通过互联网或者以太网与控制器进行通信连接；连接完成以后，需要在力控软件中建立监控画面和实时数据库，对画面进行动画连接与属性设置，然后写入脚本程序进行组态环境调试，与控制器进行通行连接，并进入运行环境监控，而达到控制要求。
控制原理图如下：http://www.lanfangzikong.com
——图（1-5）
5、LED显示屏
控制原理：
通过单片机AT89C51/AT89C52控制，利用数字电子电路原理，加放大电路放大信号，实现控制要求。
控制思路：
LED显示屏是由LED点阵和led pc 面板组成，通过红色，蓝色，绿色LED灯的亮灭来显示文字、图片、动画、视频，内容可以随时更换，各部分组件都是模块化结构的显示器件。其亮度高、工作电压低、功耗小、大型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。
LED显示屏通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。常用的LED显示屏的大小为16×16点、16×32点、32×64点等几种组成，平均大小为40×250CM。首先，本控制系统需要连接好显示模块，显示模块是用数据线把每个大小为40×250CM显示屏控制块组合在一起，组成一个固定尺寸的显示屏。然后输入所要显示的内容即数据信息，分别给LED显示屏和控制块通电，上电调试，即可运行。LED显示屏的电源是独立供电，一般需要直流24V电源，而控制线路需要直流6V电源，使控制线路供电与LED屏电源分开。
需要注意的是，LED显示屏是微电子电路控制，所以要注意防潮，切不可过于潮湿，否则会破坏电子电路。
控制原理图：http://www.lanfangzikong.com
——图（1-6）
6、远程启停
远程启停：
利用控制器输出24V电压至中间继电器线圈。220V电压接至中间继电器常开触点，当启动时控制器输出24V电压使中间继电器继圈吸合。常开触点吸合220V电压接通至交流接触器线圈使交流接触器吸合，则电机启动。
控制原理图如下：http://www.lanfangzikong.com
——图(1-7)
7、远程干预
通过RJ45通信协议，将上位机软件中各设备的运行状态、流量、给矿量、生产报表等相关信息传输至局域网，更方便的供管理层查看生产信息。可以添加远程干预功能（不推荐）。
流程图如下：
——图（1-8）
8、设备互锁
备用与应急补救措施；在设备运行过程中，如果出现故障，就会使机械生产暂时的陷入停滞状态，并会造成一些的机器设备损坏，带来直接的经济损失。通过设备互锁功能，拥有一套备用的应急补救设备和程序，可使生产仍处于正常的工作状态，即时出现故障也不影响生产。
七、工艺所用设备及布线介绍
1、控制柜可以放置在控制室附近，也可以根据现场要求确定位置，控制柜一般采用2200*1000*800的GSD标准规，配置按照GB规范；
2、线缆分为控制线缆、电源线缆和通信屏蔽线。其中布线部分的通信电缆一律采用屏蔽线并穿钢管并与动力线交叉走线。
3、控制器采用西门子S7-200及其扩展模块，LED显示屏采用单片机及其集成电路控制；经现场统计，现场所需要的控制点开关量的点数为：输入点14个，输出点28个，报警指示占用2个输出点。模拟量的点数为：输入点20个，输出点14个。依据S7-200的规定的点数及数量：S7-200 226可以控制开关量数量为128DI和128DO。可控制模拟量的数量为32AI和32AO。可扩展的模块数量为7个。依据以上参数，所以我们将以S7-200及其扩展模块做为首选控制器。
4、通信采用西门子RS485和USB-PPI通信方式；
5、上位机软件采用力控，画面丰富直观，使用方便，功能强大，可以连接数据库；
6、传感器（称重、速度、流量）均采用国内知名品牌；
7、其他电器元气部件采用正泰；
青岛蓝方自控系统有限公司(http://www.lanfangzikong.com)是一家专门从事矿山自动化设备研发、设计、加工及安装的专业化公司。主营产品有：自动加球机,全自动加球机,球磨自动加球机，自动加药机，全自动加药机，数控加药机，采矿破碎流程控制，浮选控制系统，磨矿自动控制系统，浓度计，排水自动控制系统，选矿生产控制系统等自动化类产品。
