博伦矿业(七角井)破碎自动化实施方案---副本.docx

肃北县博伦矿业公司七角井铁矿
破碎自动化控制系统
实施方案
合肥工大高科信息科技股份

二 0一
四年七月

【目录】
泵房排水自动化控制系统实施方案
3. 3. 2水泵测控
水泵工作状态监测的数据包括：水泵的开停状态；水泵电流、电压、功率等参 数；电动球阀的吸合状态；水泵出水口的管道流量、主排水管流量以及水仓的水 位；显示画面实时显示监测到的数据；可形成各种数据及状态的运行记录、历史 记录曲线、历史查询报表。对所监测的运行状态参数值进行分析判断，给出机器 运行状态“正常”、“警告”、“异常”的提示。对矿井泵房管路的排水量进行实时 在线监测。
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泵房排水自动化控制系统实施方案

根据水泵的工作原理和控制要求，对水泵控制有以下四个基本环节：
首先是排空（真空）引水环节。由水泵工作原理可知，水泵只有在其叶轮完全 注满水后，泵体才能形成必要的真空度，而实现正常排水。所以，启动前必须首 先向水泵注水。现代矿山为提高排水系统工作效率，普遍采用无底阀排水系统。 金属与非金属矿山用真空泵吸水方法注水，能够保证水泵正常启动进行排水，但 水泵启动过程必须顺序控制各真空阀工作。
其次是防爆电动执行闸阀操作环节。为了减小水泵的启动功率，离心式水泵一 合肥工大高科信息科技股份 9
泵房排水自动化控制系统实施方案
定要关闭出水闸阀后再启动，而且水泵的拖动电动机容量也是按关闭闸阀的启动 条件（空载启动）设计的。故只有当水泵启动后，才能逐渐开启闸阀；停泵时， 必须首先关闭出水闸阀，然后再断电停止水泵电动机，以防止或减轻“水锤”现 象对泵体内部的冲击。
再次是水位在线检测自动控制环节。水位检测控制环节的主要作用是根据水仓 水位的高低，发出自动开泵、停泵的控制信号。该环节由反映水位变化的传感元 件与各种不同的电路构成，本方案选用投入式液位传感器。
伴随整个测控过程的保护环节。由于水泵的运行和工作的可靠程度直接影响整 个矿井的平安，所以对工作水泵要装设以下几种保护：
a）流量保护。当水泵在运行过程中，其排水量达不到正常值时，应通过 流量保护装置使水泵停止运行。
b）真空保护。假设系统漏水严重，在规定时间内不能向水泵注满水时，应 通过真空保护装置阻止水泵启动。
c）电路保护。由于水泵工作环境潮湿、拖动电动机容量较大，因而水泵 主电路、控制电路应装设过流保护、短路保护及漏电保护（漏电保护 一般装设在矿井变电室）。
3. 3. 3温度检测
电机的内温是在电机绕组中预埋测温元件（如PT100）,测温元件通过引出线 连接控制系统，对电机进行测温及温度开关动作。一般将测温元件紧贴绕组放置, 交流电机三相都须放置，直流电机需放置在电机上方的绕组中（励磁、换向、补 偿）。通过温度巡检仪将温度数据传送给控制器。
3.4 系统工作模式
根据系统实现的功能，本系统工作模式分为自动/手动、远控/近控控制方式两 种控制模式：
＞远控方式一接收由地面主控计算机的各种启停命令，并结合水仓水位状 态，对各种操作启停命令予以处理。在该控制方式下，操作人员在地面控 制主站直接用鼠标对井下水泵进行远程启停操作（需具有操作权限），以
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泵房排水自动化控制系统实施方案
及水泵间切换。
＞近控方式一在近控、自动模式下，结合水仓水位状态，对控制器面盘上的 各种按钮操作启停命令予以处理，不接受远程控制指令。在该控制方式下, 操作人员通过显示控制器面板对单个设备启动、单个设备停止、急停。
＞手动方式一在近控、手动模式下，不检测水位状态，接收控制器面盘各种 按钮控制，控制泵阀的启动、停止及急停。
3.6 系统界面设计
系统的人机界面采用WinCC组态软件。该软件功能强大、接口丰富，既可以 用来完成小规模、简单的过程监控应用，也可以用来完成复杂的应用。将应用程 序的现代体系结构与使用方便的图形设计程序结合在一起，可以很方便地生成人 机界面，建立完整的过程监控解决方案，系统集成商还可以用其作为系统的扩展 基础，通过开放的数据通讯接口开发自己的应用软件。
主要包括：破碎系统的总界面、参数设定、趋势图表、报表汇总、历史数据 的查询和实时报警等。可以实时反映各水仓、水泵的状态，重要参数及曲线，及 故障报警等信息。系统管理操作人员可以通过人机界面轻松的实现对系统的全方 位监控，同时通过不同用户权限等级的设置，将值班操作人员、系统维护人员、 以及系统设计管理人员进行不同等级的划分，以到达系统的平安性能要求。

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附设备清单
一、主控系统
1
工业控制计算机
研华IPC-610H/酷睿双核
CPU 3.0G/4G/500G
台
2

2
液晶显示器
22 □寸宽屏飞利浦
公
2

3
管理机
联想系列
台
1

4
操作台
电脑桌（含2张操作椅）
台
2

5
交换机
EDS208A
台
3

6
音箱
漫步者
套
1

7
接线板
突破六联
只
2

二、监控站
1
光纤收发器
HTB 1100S
只
4

2
矿用本安型显示控制器
KJ302 (A)-F
台
4
含电源
三、测控设备

1
水位传感器

台

2
流量开关

台

3
电磁阀

公

4
声光报警器

台

5
分线盒
四通
只

四、系统软件
1
操作系统
Windows XP Professional
套
1

2
操作系统
Windows Server 2008
套
1

3
数据库
Windows SQL 2008
套
1

4
组态软件
WinCC
套
1

5
监控软件
KJ302-SK
套
1

6
维护配置软件
KJ302-PZ
套
1

7
集控软件
KJ302-JK
套
1

8
近控软件
KJ302 (A)-FK
套
1

五、线缆
1
信号电缆
MHYVR 1X4X42/0. 15
KM

2
电源电缆
MYQ 0. 3/0. 5 3X2.5
KM

3
矿用阻燃光缆
MGTSV-4B
KM

六、安装辅材
套
1

七、安装调试
项
1

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PLC系统:
监控数据点描述
说明
1830
1974
2020
地表

1830
1947
2020
地表
水仓水位
需要1
1AI
1AI
3AI
1AI
CPU224XPCN
1
1
1
1
水泵入水口真空度
预留1
2AI
2AI
3AI
1AI
CP243-1
1
1
1
1
水泵出水口压力
预留1
2AI
2AI
3AI
1AI
EM223/8DI/8D0rly
1
1
1
1
排水管流量
预留1
2AI
2AI
3AI
1AI
EM231/8AI
0
0
1
0
水泵轴温度
预留1
2AI
2AI
3AI
1AI

电机温度
预留1
2AI
2AI
3AI
1AI

水泵电机开关状态
需要1*2
4DI
4DI
6DI
2DI

控制方式选择检测
需要1*3
3DI
3DI
3DI
3DI
CPU224XPCN

水泵电机开关控制
需要1*2
4D0
4D0
6D0
2D0
CP243-1
6GK7243-1EX00-0XE0
报警输出
1
1D0
1D0
1D0
1D0
EM223/8DI/8D0rly
6ES7-223-1PH22-0XA8
急停输入
1
1DI
1DI
1DI
1DI
EM231/8AI
6ES7-231-0HC22-0XA8
阀门的开关状态
需要1*2
4DI
4DI
6DI
2DI
壳体及显示系统

阀门的开关控制
需要1*2
4D0
4D0
6D0
2D0

阀门开关状态（停/开 到位/关到位/开过转 矩/关过转矩）
1*4
8DI
8DI
12DI
4DI

真空泵状态
1*2
4DI
4DI
6DI
2DI

真空阀开关
1*2
4D1
4DI
6D1
2DI

真空阀开关状态
1*2
4DI
4DI
6DI
2DI

阀门开到位/关到位/ 过转矩控制
1*3
6D0
6D0
9D0
3D0

真空泵开关控制
1*2
4D0
4D0
6D0
2D0

真空泵球阀开关控制
1*2
4D0
4D0
6D0
2D0

真空泵开关控制
1*2
4D0
4D0
6D0
2D0

真空泵球阀开关控制
1*2
4D0
4D0
6D0
2D0

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附七角井铁矿泵房
地表1台（管道泵工作系统）：
液位传感器：1台，浮球开关：1

根据水位上下限，控制水泵启停。

2020水平3台（3个水池，真空泵工作系统）：
液位传感器：3台，浮球开关：4,电磁阀（注水、排水）：7

工作流程说明：
1、蓄水池液位高时，翻开1号阀向泵体注水，同时翻开2号阀，以排空其中 的空气。当2号阀有水流出时一，说明泵体已真空状态，那么关闭2号、1号阀。其中 3号阀与浮球控制器2是为了保障水箱必须储存一定量的水。（由甲方实现）
2、蓄水池液位高时，相应的水泵电机启动，水泵开始排水。不同水池的轮回
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调度，由控制器实现。
3、蓄水池液位下限时，关闭对应的水泵电机，水泵停止工作。
1947水平2台（1个水池，潜水泵工作系统）：
液位传感器：1台，浮球开关：1
逆止阀
潜水泵
蓄水池
浮球水位控制器

液位计

工作流程说明：
根据水位上下限，控制水泵启停。
1830水平2台（潜水泵工作系统）:
液位传感器：1台，浮球开关：1
逆止阀
浮球水位控制器

工作流程说明：
根据水位上下限，控制水泵启停。
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第一章 破碎自动化监控系统简介
1.1 系统简介
破碎自动化控制系统是将整个初次破碎过程的自动化控制因素综合考虑到一 起，完全集中到一个统一的矿井工业以太网之中，实现井下矿石从卸矿坑初步破 碎到通过皮带运输至地面的远程监控和信息化管理。整个系统通过环型工业以太 网可以方便与综合自动化系统并接，纳入统一平台。
破碎自动化监控系统具有以下特点：
• 系统具备手动（设备启停）、自控（基于料位）、上位机控制（远控）功能, 并实现设备故障、料仓料位过高或过低报警。
• 在卸矿坑和料仓上方设有高精度雷达传感器，雷达传感器能够采集卸矿坑 和料仓的实际料位并利用显示控制器将料位信息传送至环网内，能够实现在调度 室内实时监测卸矿坑和料仓的料位信息。
• 系统能够采集给料机、破碎机、放矿机和皮带机的运行状态信息，并结合 料位信息进行连锁，实现系统自动控制。
• 两套给料机、破碎机实现分别控制，独立运行。每台设备均有开启、关闭 和故障指示以及电流信息。数据实时检测、上报、处理和报警。
• 保证能实现在特殊时期，在出现险情的关键时刻操作人员撤离现场后，能 够在远方通过上位机对整个系统进行控制，最大程度地保障矿山平安。
• 在自动控制方式下，假设卸矿坑的料位低于设定值，发出警告，依次先关闭 给料机，延迟30s关闭破碎机，再关闭放矿机，最后等皮带空载时停止皮带。卸矿 坑的料位在正常值，依次先开启皮带，皮带到达正常速度时开启放矿机，再开启 破碎机，延迟30s开启给料机。同时也综合考虑料仓的料位，如果料仓的仓满，那么 立刻关闭给料机，延迟30s关闭破碎机。
• 上位机界面能够完整的显示系统各个局部的工作状态，对各个传感器上传 的数据及时进行显示处理，并且可以通过数据库调出历史数据与报警数据，便于 进行比拟分析。
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• .2实现功能
I）基本功能：
a）能方便地查询给料机、破碎机等设备及料位的信息，包括安装地点、设备 型号参数等。
b）能监测并控制给料机、破碎机等设备的运行状态。监测的数据包括：卸载 坑和料仓的料位状态；给料机、破碎机、放矿机和皮带机的开停和故障状 态以及电流参数；设备的电机功率、效率等。
c）能实时显示运行状态画面，可形成各种数据及状态的运行记录、历史记录 曲线、历史查询报表，对所监测的运行状态参数值进行分析判断，给出机 器运行状态“正常”、“警告”、“异常”的提示。
2）根据料位自动启、停给料机和破碎机，自动实现设备的轮换工作，做出合理调 度，不能满足出货能力时一，可同时开启2组给料机、破碎机、放矿机和皮带机。
3）系统设计为手动、自控和远控三种工作模式，手动时不考虑料位信息，自控和 远控时设备启停与料位信息关联。
• .3系统结构
系统硬件配置包括中心站工业计算机、以太网传输网络、雷达传感器、电气设 备参数采集、KJ302（A）-F显示控制器（内部为西门子PLOo控制器采集料仓料位、 电气设备的运行参数。该控制器内配置有以太网接口，通过以太网接口与井下环 网分支交换机相连。控制器设置操作按钮/旋钮，实现手动（设备启停）、自控（基 于料位）、远控（上位机控制）三种工作模式的权限管理、各种设备操作及各种控 制方式的转换。
控制器通过高速环形矿用光纤网将系统工作状态与运行参数传至地面中心主 机，完成各项数据的动态显示；同时操作人员也可利用地面中心站将操作指令传 至现场控制器，控制给料机，破碎机等设备运行。地面生产调度监控中心主机， 与矿综合自动化平台联网，管理人员在地面即可掌握井下破碎系统设备的所有监 测数据及工作状态，监测监控主机均可动态显示系统运行参数图表，记录系统运 行和故障数据，并实现就地和网络报警。
按照设备位置分布，系统可分为以下3个局部：
（1）设在地面调度室的监控机和维护机：是整个系统中进行系统运行监控与
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泵房排水自动化控制系统实施方案
系统配置维护的计算机；
(2)设在井下操作室的显示控制器：显示控制器通过面盘操作按钮/旋钮， 管理各检测和执行设备，保证其可靠工作，并执行监控主机下发的各项 命令，汇报各种监控信息；
(3)设在现场的雷达传感器：用来采集料位信息，可在本地显示，也可反响 4一20mA的标准传输信号。
• .4系统主要设备分类
1.4.1 监控维护机
监控维护机是整个系统中进行系统运行监控与系统配置维护的计算机，主要有 以下功能：
• 显示功能：在计算机终端和图形设备上以汉字、曲线图和表格等形式显示 各料仓料位、各电气设备运行状态、事故报警和操作记录等信息，并能将 信息保存下来供事后查询。
• 故障诊断功能：在显示器上能随时反映系统内设备的工作状态，自动诊断 故障性质和位置并进行报警提示。
• 系统启停控制功能：能在地面调度站通过监控维护主机对相关电气设备进 行启停控制。
• 根据控制范围的大小，可采用单屏模拟图或多屏组合模拟图显示。
1.4.2 KJ302 (A) -F显示控制器
本质平安型设备一KJ302(A)-F显示控制器，在破碎自动化监控系统中作为现 场智能操作站使用。
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ma Exim

•显示控制器是破碎自动化监控系统的核心部件，它的内部为西门子PLC, 性能稳定可靠，能够通过以太网接口与环网进行数据交换，通过测控 点电缆与各测控设备连接，工作电源为220伏交流电。
•显示控制器有三种工作模式：手动、自动、远控。在远程模式下接收监控 维护机的各种启停命令，并结合料仓料位，给料机、破碎机状态信息，对 各种操作启停命令予以处理。在近控自动模式下，结合料仓料位状态，对 控制器面盘上的各种按钮操作启停命令予以处理，不接受远程控制指令。 在近控手动模式下，不检测料位信息，接收控制器面盘各种按钮控制。
1.4.3 雷达传感器
雷达传感器是系统的核心传感器，其工作原理为天线发射极窄的微波脉冲, 这个脉冲以光速在空间传播，遇到被测介质外表，局部能量被反射回来，被同 一天线接收。发射脉冲与接收脉冲的时间间隔与天线到被测介质外表的距离成 正比，从而进一步计算出天线到被测介质外表的距离。
•参数
应用 ：强粉尘固体
测量深度：70m
测量精度：15mm
输出信号：(4~20) mA
电源 ：两线制(DC24V)
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泵房排水自动化控制系统实施方案

•通过设置雷达传感器的工作盲点和虚假回拨等参数，可实现对井下卸矿坑 中的横梁及曲轨、机车经过卸矿坑等干扰的屏蔽，能够及时反映出实际料 位信息。
第二章需求分析
2.1 工程概况
本工程主要内容是针对七角铁矿破碎自动化系统方案，其工程概况：
1) 2150水平卸载坑：2个，一号、二号卸载坑。
2) 1974水平料仓：2个，一号、二号料仓。
3) 1974水平2套给料机和破碎机。
4) 1947水平2套放矿机和皮带机。
2.2 功能需求
要求实现整个破碎过程及运输的远程控制和运行状态及运行参数的监控。具有 手动、自控、远控三种工作方式，手动方式为控制器现场实现单个设备启停，自 控和远控方式都要求各设备根据料位信息实现联动控制，实现基于料位的控制，
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泵房排水自动化控制系统实施方案
远控时为地面调度室控制设备启停，近控时为控制器现场控制设备启停。
第三章系统实施方案设计
3.1设计原那么
泵房自动化控制系统的建设应遵循以下原那么：
＞建设的结果应代表当前自动化控制方面的先进水平；
＞系统稳定可靠，能适应现场各种复杂情况下的控制要求，保证矿井生产 的正常有序进行；
＞集中控制系统要有完善的预告、报警功能，实现对各种在线参数的采集、 传输、存储和显示，有友好的人机界面；
＞尽量能利用现有的软硬件设施及资源，不搞过剩配置和过度包装，节约投 资，努力提高性能价格比。
3.2系统方案配置
系统以控制器为核心装置，检测料位信息和其他参数，控制设备轮流工作，合 理调度。以图像、图形、数据、文字等方式，直观、形象适时地反响系统工作状 态以及料位等参数，并通过以太网通信接口与综合监测主机实行数据交换。本系 统具有结构简单、运行可靠、操作方便、自动化程度高等特点。
在该系统中，控制器的模拟量输入信号包括料位信息和设备的电流信号；它的 数字量输入信号包括各设备的开关状态反响信号，控制方式选择开关信号，各台 设备的开关按钮输入信号，急停，故障复位；它的数字量输出信号包括各台设备 的开关信号，警铃开关信号等。另外，控制器通过以太网通信接口与上位监控计 算机通信，通过上位机的组态软件对系统进行监控。
以下为正常情况以料仓数量、给料机、破碎机等设备台数，列出主要设备配置：
＞ 监控维护机（+显示器）：2台（主机+备机）；
＞ 监控软件：2套（主机+备机）；
＞ KJ302（A）-F显示控制器：上 又1台；
＞ 雷达传感器：工义1只；
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泵房排水自动化控制系统实施方案
> 单模四芯光缆：控制器到地面调度室距离 （单独走线方式）；
控制器到井下环网交换机距离 （进入环网方式）；
> 20芯测控电缆： n X0.2Km；
> 8芯信号电缆： n X0.5 Km；
> 4芯信号电路： m X0.2Km；
> 2芯信号电路： m X7X0.2Km
> 供电电缆： n X0.5 Km；
> 安装辅材：一批；
3.3方案设计说明
3. 3.1水位监测
对井下矿井水仓水位实时监测，并实现基于水仓水位基础上的排水设备的就地 自动控制，以及警戒水位的就地声光报警和网络报警。
控制系统根据水仓水位的高低（水泵启动和停止由水仓中的水位传感器检测结 果确定，水位分最低水位、正常水位和最高水位）。在水仓最高水位设报警装置, 合理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制每台水泵自动顺序运行。 系统能方便地查询水泵及水仓的信息，包括安装地点、水泵型号、水泵扬程参数 等。控制系统根据水仓水位的高低、井下用电负荷的高、低峰和供电部门所规定 的平段、谷段、峰段供电电价时间段（时间段可根据实际情况随时进行调整和设 置）等因素，建立数学模型，合理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令， 控制中央泵房及采区泵房水泵自动顺序运行。
在系统中，在每个水泵房水仓蓄水池装1台水位传感器，实现水仓的液位深度 检测，其测量范围为0-6ni。水仓水位是连续变化的量，要使自动排水系统能真实 的检测并记录水位的变化信息，就不能使用开关量传感器而必须采用模拟量传感 器。通过采用模拟量传感器，监控系统可实时连续检测水仓水位的高度和上升速 度等信息，并结合系统内部程序所建立的数学模型来合理、准确地调度水泵运行。 为有效抑制现场的电磁干扰，水仓水位检测的反响信号采用4~20mA电流。
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