［关键词］：［摘要］：

选矿厂破碎系统运行的安全可靠与否直接影响全厂的供矿稳定性及经济效益。为提高系统的可靠性和安全性，减少设备事故的发生，对破碎系统全流程实施集中监控，实现对破碎系统的实时综合保护和集中监控，是十分必要的。
首钢水厂选矿厂的破碎系统设备原采用继电器一接触器系统控制，由于控制回路复杂、控制环节繁多，联锁继电器可靠性差，故障较多，而且当电气回路发生故障时，由于控制环节多、故障不明显，故障查找困难，处理时间较长，经常给生产带来严重的影响，甚至造成选矿厂全面停产。
破碎生产流程设备的自动化控制水平，将直接影响整个破碎系统经济效益的提高，同时对破碎系统生产能力的提高、入磨粒度合格率进一步提高至关重要。提高破碎生产过程的自动化水平，对贯彻“多碎少磨”的方针、挖掘选矿厂的综合处理能力、实现节能降耗等方面具有深远的影响。

1破碎工艺流程及其控制系统的选择
1．1破碎工艺流程简介
首钢水厂选矿厂是国内大型选矿厂，1971年建成投产，经过多年的挖潜改造和扩建，已形成19个磨选系列，设计年原矿处理量1800万t。近几年因采厂剥岩还欠供矿不足及限电等原因，实际年处理铁矿石l000万t，铁精矿产量330万t左右。
首钢水厂选矿厂破碎系统分为老系统和新系统，两套矿石破碎系统，共用一个粗碎作业。破碎工艺流程为传统的三段一闭路流程。即粗碎段、中碎段、细碎段三段，细碎段为带预先检查筛分作业的自定中心振动筛与细碎机构成闭路破碎工艺。
破碎新、老两个系统，共有粗破碎机2台、中破碎机6台，细破碎机18台，运输皮带28条，给矿皮带46条，振动筛36台等主体设备146台，这些设备中有某1台设备出现控制回路故障，都可能导致重大设备损坏或影响生产。
1．2工艺对自动化系统的要求
为了保证生产运行的可靠性、设备的安全I生，避免重大损失的出现，破碎系统设备采用集中联锁控制。为了设备检修、处理故障方便，每台设备均设手动控制方式。集中联锁控制与手动控制方式间的切换通过切换现场控制箱的转换开关来实现。为确保破碎系统设备的稳定可靠运行，PLC控制系统的程序设计必须满足以下要求：
(1)破碎系统所有设备在集中控制状态下必须遵循特定的开停顺序及合理的时间间隔。
(2)破碎系统设备在集中控制状态下分为全线联锁和局部联锁两种方式(通过上位机和PLC下位程序共同实现)。(3)运行中某台设备出现轻微故障时及时报警，提示操作人员及时处理，出现严重故障时立即报警并停车。故障停车时要按特定的联锁方式停止与其相关的设备。
(4)各运输皮带设跑偏、打滑保护，破碎机均设油温、油压保护，发生故障时报警或停车。
(5)系统共设主监控站与分监控站各1个，正常工作时在两个控制站都能对整个破碎系统所有设备进行操作，当两个控制站间通讯发生故障时，由主控站控制老系统设备，分控站控制新系统设备，使整个系统能够正常工作。
(6)上位机实时显示各设备的运行状况，并对运行过程(如电机电流、故障报警等)做出实时记录。
1．3控制系统的选择
本控制系统采用PLC作为控制核心。配置工业控制计算机作为监控操作界面。
PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术、和通信技术发展起来的一种通用的工业控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点。目前PLC系统已经发展得很完善，具有各种处理能力，除了传统的顺序控制外，数学运算能力也已达到相当高的水平，一些新的控制策略可以很方便的实现。同继电器逻辑控制系统和通用计算机控制系统比较，PLC具有以下特点：
(1)高可靠性。因PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，接线简单、维护方便、维修时间短，而且采用冗余设计、热备系统、掉电保护、故障诊断、信息保护及恢复等技术，使可靠性得到显著提高，另外上位机与远程PLC、PLC与远程站间多采用光纤通讯，大大降低了外界因素对系统输入输出信号的干扰，也增加了PLC控制系统的可靠性。PLC的高可靠性使它与其它控制系统相比具有绝对优势。
(2)易操作性。PLC的易操作性主要表现在：①操作方便。现在大多数的工业用PLC控制系统多采用上位机与PLC进行通讯，通过人机交互的方式进行控制，因此操作方便。另外有些PLC还支持在整个控制系统运行中修改PLC下位逻辑控制程序，使得PLC程序的修改可在不停产的前提下进行；②编程方便。PLC有多种编程语言可供选用，它们都具有功能清晰、易于理解等优点；③维护方便。PLC具有自诊断功能，维修人员可根据有关信号灯指示及故障代码，迅速找到故障点并排除故障。另外PLC的结构设计也充分考虑了维修的方便性，采用标准化元件使维修用的备品备件简化，也使维修变得非常方便。
(3)灵活性。PLC的灵活性主要表现在：①编程灵活。PLC一般提供多种可选用的编程语言，只要掌握其中一种语言就可进行编程；②扩展灵活。PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用规模的不断扩展，进行容量、功能、控制范围的扩展。不仅可通过增加输入输出单元的增加点数，还可通过扩展单元来扩大容量和功能，也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能，甚至可通过与其他上位机的通信来扩展它的功能，并与外部设备进行数据交换；③操作灵活。采用PLC控制系统，大大减少了设计、安装施工的工作量，监视和控制非常容易。
(4)实现机电一体化。为了使得工业生产过程的控制更平稳、更可靠，向优质、高产、低耗要效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化的要求，而PLC正是这一要求的产物，它是专门为工业过程控制而设计的控制设备，它的体积大大减小，功能不断完善，抗干扰性能强、机械与电气部件被有机地结合在1个设备内，把仪表、电子、计算机的功能综合在一起，因此它已成为当今数控技术、工业机器人、过程流程控制等领域的主要控制设备。
正因为PLC具有上述特点，所以PLC不但能完全取代继电器控制设备的顺序开停，且具有通讯联网功能，可与上位计算机进行通讯，实时采集设备的运行状态信号，及时控制设备的运行状态，达到实时监控的目的，还通过光纤等媒介实现远程控制。(3)分布式报警：可同时支持多个报警服务器，允许操作员能同时在多个远程位置查看报警信息、报警确认等。
(4)分布式的历史趋势：允许动态指定趋势图上每支笔的不同的历史文件数据来源，这些历史文件可以是Intouch数据库，也可以是任何一个Indus—trialSQLServer数据库。
(5)远程标记参考：允许远程标记参考，可直接链接并显示任何一个远程数据源的实时信息，无需建立本地标记。远程标记参考允许开发纯分布式客户／)服务器应用程序，节省了大量的应用程序配置和维护时间。
(6)QuickScripts：脚本语言功能非常强大，并且灵活易用。可创建自定义函数QuickFunctions。允许迅速开发自定义的QuickScript的扩展功能。
(7)SuperTags：Intouch支持SuperTags，对标记进行分层组织，允许将真实世界的设备、DCS式样的标记及PLC数据结构映射到Intouch。
(8)支持OPC：完全支持OPC标准，能访问任何一个OPC服务程序所提供的数据。
(9)SuiteLink：支持Wonderware新的通讯协议SuiteLink。SuiteLink提供带时间和质量标识的数据，保证SuiteLink或OPC源的所有数据绝对完整。
本系统中的监控站均设计配置了Intouch的开发版或运行版。

2系统组成
2．1硬件配置
2．1．1PLC的选择
控制系统选用了ModiconQuantumPLC系统，该系统是具有数字量和模拟量处理能力的专用计算机系统，Quantum具有模板化、体系结构可扩展的特点，广泛用于工业和制造过程中的实时控制。它包括Quantum系列CPU、I／0模板(以及采用远程I／O的800系列)、I／O接口、通讯模板、电源和底板。
在本系统中CPU模块选用Quantum140CPU43412型，该CPU总内存为2M字节，能连接31个远程I／O分站。其技术指标有：
(1)处理器／时钟速度。486DX／66MHz；
(2)存储器闪存／SRAM。1M／2M；
(3)寄存器。57K；
(4)离散量。65535；
(5)最大容量(IECll31—3程序存储器)。896K；
(6)最大984梯形图逻辑。64K；
(7)984梯形图解算时间。0．1～0．5ms／K；
(8)ModbusPlus端口。Yes；
(9)Modbus端口。2；
(10)支持的选项模板。6。
输入输出模块也分别选用Quantum140系列的DAI(开关量输人)、DAO(开关量输出)、ACI(模拟量输入)、ACO(模拟量输出)等模块。
选矿厂破碎系统设备多、生产线长，数据量和程序量大，本控制系统采用远程式控制站配置。由远程I／O分站负责采集现场设备的数据和控制设备的运行状态。
2．1．2监控计算机
计算机作为破碎生产过程正常运行时的主要监控工具。采用高可靠的工业控制计算机，同时在主控站采用了2台计算机，2台机器功能完全相同，可相互热备。正常生产时l台主要用于监控老系统，另1台主要用于监控新系统。
2．1．3ModbusPlus网络
ModbusPlus是为工业控制应用(如过程控制和监控信息传递)设计的局域网，由AEGModicon开发。它是一个本地网络，允许主计算机、可编程控制器和其他数据源以对等方式进行通信，适用于工业控制领域。MB 网具有高速、对等通信结构简单、安装费用低等特点；其通信速度为lMbps，通信介质为双绞线或光纤。MB 网的典型应用主要包括网络控制、数据采集、信号监测、程序上装／下传、远程测试编程等。
标准MB 网最多可支持32个对等节点，通信距离为457．2m(1500英尺)。一个MB 网可以分成一个或多个段，段与段之间用RR85中继器连接。一个MB 网最多可以使用3个RR85，使网络最大扩展到64个节点1828．8m(6000英尺)通信距离。当应用中需要访问多于64个节点或通信距离大于l828．8m时，使用BP85网桥将多个MB 网络连接在一起。
MB 网上的节点均为对等逻辑关系，通过获得令牌来传递网络信息。网络中的每一个节点均分配有一个唯一的地址，一个节点拥有令牌就可以与所选的目标进行信息传递，或与网络上所有节点交换信息。MB 网的网络介质是一根屏蔽双绞线，将各节点链式联接到MB 网上。与电缆连接的专用插头可插进每个节点的9针ModbusPlus口上，在一个网络的两端节点，使用专用的终端插头，在其余中间节点使用专用的在线插头。
本控制系统中具有两级MB 网的网络结构。监控计算机和各PLC之间采用MB 网连接，各站的计算机与PLC之间采用双绞线，而主控站和分控站之间采用光纤。另外PLC的CPU主站同远程I／O分站之间也采用MB 网连接，距离较远，通讯介质为光纤。
2．1．4仪表和传感器
本控制系统设计配置的仪表和传感器有：电流、温度、压力、跑偏开关、速度、打滑等传感器，料位计、功率变送器、变频器等仪表。
2．2软件配置
2．2．1操作系统
操作系统采用Windows2000pro。
2．2．2Concept2．6编程软件
PLC编程软件采用Concept2．6，软件系统功能强大，符合国际IEC61131一3语言标准的所有5种编程语言供用户选择，用户实现其控制思想的手段大大增强，特别是程序生成的设计与编程与PLC无关，并且带有分布式和多功能PLC系统的现代化硬件体系、与强大的操作员和监视系统(MMI)的接口以及最新通讯系统的配置。
Quantum的IEC语言自始就按完善的文档化和结构化的方式设计，将源代码和编程用PC驻留在一起，以确保代码安全。
Quantum的5种IEC6"1131—3语言是：
(1)顺序功能流程图(SequentialFunctionChart)：提供全部的结构并协调面向批处理的过程或机器控制应用；
(2)功能块图(FunctionBlockDiagram)：特别适合于过程控制应用；
(3)梯形图(LadderDiagram)：对于离散控制和互锁逻辑性能卓越；
(4)结构式文本(StructuredText)：高级语言，对于复杂的算法和数据处理是一种极好的解决方案；
(5)指令表(InstructionList)：低级语言，用于优化代码的性能。
2．2．3Intouch8．0组态软件
Wonderware公司提供的Intouch8．0组态软件可提供一个查看控制和信息资源的单一的集成的用户界面，使工程师、监控人员、管理人员、操作人员通过反映生产过程的图形界面，进行监视并按实际运行情况作出反应。使用Intouch可大大降低开发和维护监控系统的费用及时间。
Intouch的主要特点有：
(1)面向对象的图形：对象和对象组可以很方便的移动、改变大小和制作动画。强大的面向对象的设计工具，允许方便的绘画、排列、对齐、分层、隔开、旋转、翻转、复制、剪切、拷贝、粘贴和删除对象。支持Microsoft的标准ActiveX技术，允许标准的Ac-tiveX对象在Intouch中使用，支持任何一种Windows支持的视频分辨率。
(2)动画链接：可以复合动画链接，以提供复杂的尺寸、颜色、运动、位置的改变。动画链接包括离散量、模拟量和字符触摸输入；水平和垂直游标；离散量和动作按钮；显示和隐藏窗口；线条、填充、字符颜色与离散量、模拟量和报警的链接；对象的高度和宽度的链接；垂直和水平位置的链接等。

2．2．4应用软件
应用软件的开发有两部分：
(1)PLC控制应用软件。根据系统设备控制要求和设备的联锁关系利用Concept编程软件开发完成；
(2)上位机监控应用软件。根据工艺设计要求和操作习惯利用Intouch软件开发完成。主要内容有画面监视、操作、参数修改、报警、记录查询、系统诊断、通讯测试等模块。

3系统设计方案
系统的控制方式以集中自动控制为主，辅以单机集中操作及机旁就地操作。