全流程自动化控制系统设计方案

罗河铁矿选矿全流程自动化控制系统设计案金建设计研究工程有限公司二〇〇九年八月罗河铁矿选矿全流程自动化控制系统设计案目录前言 (1)一. 公司简介 (2)1.公司概况 (2)2.工程业绩表 (3)二.设计概要 (8)1.设计依据 (8)2.设计原则 (8)3.设计目标 (9)三. 系统设计 (11)1．系统构成 (11)1.1过程控制系统 (11)1.2网络通讯系统 (13)1.3网络数字监控系统 (13)2．监控及操作设计 (14)2.1上位机监控 (14)2.2系统操作 (15)3．过程控制设计 (17)3.1破碎过程自动控制系统 (17)3.1.1工艺过程 (17)3.1.2控制思想 (18)3.1.3系统控制案 (19)3.2 磨选及浓缩过程自动控制系统 (22)3.2.1工艺过程分析 (22)3.2.2 控制思想 (25)3.2.3系统控制案 (28)3.3 恒压供水控制 (43)4．控制系统主控单元 (44)4.1硬件设计 (44)4.2 软件设计 (47)4.3 控制设备选择 (52)4.4 系统其它设计 (53)5．多媒体电视监控系统 (55)5.1系统优势 (55)5.2 设计原则 (57)5.3 系统功能 (58)5.4系统构成 (59)5.5系统设计案 (62)四. I/O点统计 (66)五. 设备表 (87)前言冶金行业的选矿厂工艺流程包括破碎、筛分、磨矿和选别等几个主要生产过程，国大多数矿山存在生产环境恶劣、自动化水平较低，磨机给料采用手动给矿，人工观察出矿浆粒度、浓度，根据人工判断磨机负荷对给矿机的运行状况和水路进行调节。

由于调节不及时，运行不稳定，常常使磨机出现“空腹”或“胀肚”的现象，影响整个磨选工艺流程的稳定性。

因此，对选矿厂实施自动控制意义重大。

同时，由于选矿厂工艺流程的特点，大的用电设备较多，如破碎机、磨机等，有的甚至是高压设备，成为生产环境中的干扰源，如高压电磁场干扰、强电信号干扰、大型用电设备启／停信号的干扰等，只有采用合理有效的防干扰措施，才能使自动控制系统正常稳定地运行。

结合国黑色矿山选矿厂自动化的运行情况和罗河铁矿选矿厂的实际流程，此次罗河铁矿选矿厂的全流程自动控制案的设计本着“简捷、安全、实用、可靠”的原则，采用目前国际领先的通讯技术式，该控制系统的实施能及时掌握和了解工艺流程中各设备的运行工况、工艺参数的变化，有效优化工艺流程，保证工艺流程稳定、安全的运行，并降低运行成本，提高管理水平，使之长期稳定地运行，对罗河铁矿的生产具有重要的意义。

一. 公司简介1.公司概况金建设计研究工程有限公司（简称金建公司）成立于1996年，是一个集黑色、有色、黄金矿山工程设计、自动化控制、工程施工、新产品开发为一体的综合性高科技企业。

经过10多年来的不懈的努力和追求，金建公司现已成为国业知名的工程技术公司，工程项目遍及全国各地以及俄罗斯、哈萨克斯坦、委瑞拉、朝鲜、缅甸、越南、里南等世界10多个。

金建公司不断引进国外先进技术，培养专业人才，凭借雄厚的技术力量和人才优势，在矿山数字化面取得了不俗的业绩，踏实的工作作风、诚信的企业品质为金建赢得了良好的声誉。

在矿山工业控制和自动化领域十年的经验积累，使公司在工矿企业生产自动化、楼宇自动化系统，特别是在选矿厂生产过程智能控制、卷扬机提升交流及直流自动控制、矿山井下通风及排水控制、充填系统自动控制、井下人员车辆定位、井下无线通讯、工业电视监控系统、工矿企业局域网及办公自动化系统、物资管理智能控制等面取得了显著成效，成功实施了大量矿山自动控制项目，其中选矿自动控制项目四十余项，提升自动控制五十余项，井下通风、排水、充填自动控制十余项，尤其是由我公司设计实施的全数字化矿山系统，目前已将招金股分大格庄金矿、夏甸金矿打造为业数字矿山的典型代表，成为文明生产和安全生产示矿山。

与此同时，金建公司还不断加强同国外高等院校及科研院所的合作，进行科研、技术创新和人才培养，特别是与东北大学的合作，开发出针对黑色冶金矿山的行业软件，并以软件开发、系统集成、网络工程、综合布线及安全监控工程为基础，为冶金行业提供信息化整体解决案。

2.工程业绩表二.设计概要1.设计依据以矿提供的图纸、案资料为设计依据。

2.设计原则(1)系统的合法性案的设计、安装、调试、维护符合行业有关规定和有关部门技术防要求。

(2)系统的可靠性原则在控制原理、工控设备选型上，尽量选择抗干扰能力强、电磁兼容性和安全性符合现场工业要求的国际品牌或国知名品牌产品；对控制系统软件的设计和配置上保证所提供的软件是当今国际计算机控制领域公认的、稳定可靠的、工业标准的实时操作软件，具有很高的容错能力。

(3)系统的先进性原则充分考虑自动控制领域技术的迅速发展，参考目前自动控制设备的发展水平，融合具有国际先进性、成熟的技术，在自动控制系统硬件和系统软件的选型上首选国际市场的成熟产品，确保控制系统在交货时是目前市场上最先进的、最新版本的产品。

(4)系统的易维护性原则系统要易于管理、易于维护，操作简便。

(5)系统的可扩展性原则本着长远发展的观点，考虑到技术更新、设备增加和改造的需要，该系统的软硬件应能便地进行调整、修改、扩充，在采用新技术的同时保护现在的投资。

(6)系统的开放性原则所有的网络必须是完全开放的总线技术，符合国际公认的IEC61158网络标准总线，网络应具备良好的可连通性和互操作性，具备成熟的第三连接能力，控制协议是广泛应用的标准协议，能体现当今计算机技术和信息技术的发展水平。

(7)系统完善性原则保证提供的系统是完整的、可靠的、完全满足现场生产的需要，确保系统的硬件、软件的完整性和兼容性。

(8)性能价格比原则在确保系统性能有效、稳定可靠的基础上，考虑系统先进性的同时，在满足自动控制的要求下，尽量降低系统造价，以达到最佳的性能价格比。

3.设计目标罗河铁矿300万吨/年选矿自动化工程，采用先进的检测仪表、电气控制设备和现场总线控制系统，融先进控制技术、通讯技术、信息技术、网络技术、计算机技术于一体，构建罗河铁矿选矿厂过程自动控制系统和优化控制平台，实现生产过程自动化、控制智能化，将罗河铁矿选矿厂建设成国领先、国际先进的数字化工厂。

在生产工艺和设备不断完善的基础上，选矿厂自动化系统应达到以下建设目标：(1)、对破碎过程实行全过程自动控制，在中碎缓冲矿仓、细碎缓冲矿仓、圆振筛缓冲矿仓及粉矿仓，实现矿仓综合自动布料。

通过在圆锥破碎机上安装雷达料位计和功率变送器，实现圆锥破碎机的功率控制，实现选矿工艺的“多碎少磨”。

(2)、对磨矿生产过程进行优化控制、优化运行与优化管理，保证全流程生产稳定；通过检测磨机负荷、旋流器给矿浓度、压力等生产工艺指标，优化产品质量，使磨矿能力和效率最大化；通过检测浮选过程给矿量及给矿浓度，实现浮选过程自动加药，稳定选别指标，提高经济效益。

(3)、通过设备监测与设备安全管理，达到保障设备安全、减少故障停机时间和提高设备作业率的目的。

(4)、通过对工业现场实施闭路电视监控，能够及时了解整个生产流程的工作情况和各工序的生产情况，随时了解各主要生产环节的实时生产状况，处理突发事件，为自动化控制操作提供可靠依据，同时兼顾安防作用，有利于控制中心的集中控制、实时调度、统筹安排生产。

(5)、通过自动化系统的实施，减少污染，节能降耗，改善作业环境与劳动强度，实现文明生产。

三. 系统设计1．系统构成该套自动化系统由过程控制系统、网络通讯系统、网络数字监控系统组成。

1.1过程控制系统主要包括现场仪表、一次元器件、工程师站、操作员站、远程I/O站、驱动设备、控制软件等。

罗河铁矿全流程自动控制系统的控制围包括：破碎筛分、磨矿分级、浮选、磁选、浓缩脱水等生产过程，生产工艺流程各工序的自动化控制系统的设计包含了主控单元设计、现场仪表设计、相关控制设备的电气接口设计、软件系统设计等。

设计中尽量使用现场总线，最大限度地减少现场布线工作量，对于变频、自带PLC的设备以及带有通讯功能的仪表，通过总线通讯读取数据。

对于功率大于15KW的设备电机安装电机智能保护控制器，对电机实现全位的保护。

各控制子系统设计容及实现的主要功能包括：(1)破碎控制系统破碎主要设备及皮带的集中与局部联锁;中细碎圆锥破碎机给料自动控制、与破碎机自带控制系统的OPC通讯，实现对圆锥破碎机的状态监控；矿仓料位检测与布料自动控制；主要皮带电流、跑偏、打滑、撕裂检测与报警；给料皮带金属探测与报警，除铁器的自动控制；3#带及9#带矿量检测；风机的自动控制。

(2)磨选控制系统球磨机、旋流器分级过程自动控制，包括给矿、给水量自动控制，磨矿浓度自动控制，球磨机音频、功率检测；圆盘给料机及给矿皮带的联锁与控制；旋流器泵池液位、给矿浓度、给矿压力、溢流浓度的自动控制及溢流粒度的检测；球磨机、渣浆泵（变频）运行参数、监测、控制，通过DP 总线与球磨机随机小型PLC控制柜和变频器DP通讯卡通讯，进行数据采集和控制；浮选控制系统，包括浮选加药自动控制；浮选槽液位自动控制；泵池液位控制；鼓风机风压的检测控制；品位自动检测，包括精矿、尾矿品位检测；(3)浓缩脱水控制系统浓缩脱水控制系统，包括浓密机运行状态监控；瓷过滤机状态监控；精矿矿量计量；(4)恒压供水控制系统恒压供水系统，包括水泵变频控制；水系统液位检测报警；水系统压力检测。

1.2网络通讯系统网络通讯系统实现的功能主要有以下几个面：（1）网络浏览、网络诊断、通讯组态、支持编程上传/下载和数据通讯服务，以及基于网络架构的数据库事务处理软件；（2）能够根据现场情况，支持星型、树型、总线型和环形等多种拓朴结构。

（3）具备良好的可连通性和互操作性，能够提供成熟的接口连接其他主流的第三设备。

（4）通过自愈式光纤环网式实现以太网冗余连接，即骨干网上任一点的光纤连接意外断开，系统都能通过反向环的式提供后备以太网链路，保证系统可靠性。

（5）支持主从、对等、多主等多种灵活的数据通讯结构。

数据块传送和报文发送都可通过组态完成，不需额外的复杂编程。

1.3网络数字监控系统罗河铁矿的闭路电视监控系统设计为全数字化网络视频监控系统，采用技术先进的网络化数字监控，将传统的模拟视频信号转换为数字信号，通过计算机网络来传输、智能化的计算机软件来处理。

在选厂生产工艺流程的主要设备和重点部位安装摄像机，并于现场就近安装网络视频服务器，将传统的视音频及控制信号数字化，以IP包的形式在网络上传输，并由视频服务器完成硬盘录相功能，现场录相能避免因服务器故障影响所有视频信号的录相；现场信号转换后经光纤传输至各车间机柜，由交换机集中，转换后再通过光纤至控制中心，大大减少了布线工作量，且传输介质主要以光纤为主，仅采用少量视频线，不存在现场信号干扰问题；在控制室设有监控服务器，安装监控控制软件，实现对厂区监控点的控制管理；在网络中的每一台计算机，只要安装了客户端的软件，给予相应的权限就可成为监控工作站。