1、摘 要I毕 业 设 计 说 明 书设计题目：选矿厂矿石破碎 S7-300 控制系统硬件设计摘要在选矿厂矿石破碎系统的硬件设计上，我们主要进行了硬件的选型和电气原理设计。首先，我们在对应了解其工艺流程的基础上对其测控点进行统计，然后依据工艺上的要求确定本系统整体的控制思想以及设计方案。其次，在 PLC 硬件的选型方面，我们选用西门子 S7-300 作为我们的核心控制器，工控机为上位机，WinCC 界面为组态界面。其中我们对 PLC 的 CPU 模块，各种功能模块进行了选型。再次，针对工艺的要求，本系统选取了对应不同启动方式的电机。最后，利用 CAD 制图软件画出了系统原理图，电机的主电路以及控制
2、电路，PLC 柜以及配电柜的电气原理图和连接图。本文首先对系统的工艺进行了简单介绍，分析了系统工作原理，确定了整个系统的实现方案。然后，分别对可编程控制器、传感器、变频器和调速电机进行初步的选型，最终设计出硬件电气原理图，并说明了其实现功能。关键词：选矿自动化；硬件；PLC；S7-300；电机AbstractIIAbstractHardware design of the concentrator ore crushing system, we carried out the selection of hardware and electrical schematic design.First
3、, we in the corresponding understanding of the process on the basis of its monitoring and control point to statistics, in accordance with the requirements on the process to determine the overall system of thought control, as well as design.Secondly, in terms of PLC hardware selection, we selected Si
4、emens S7-300 as the core controller, industrial computer as the host computer, the WinCC interface configuration interface. Which the PLC CPU module, a variety of functional modules selection.Again, for the process requirements, the system selected corresponding to different start motor.Finally, the
5、 use of CAD drawing software to draw the system diagram, the motor main circuit and control circuit, the electrical schematic and connection diagram of the PLC cabinet and power distribution cabinet.Firstly, a brief introduction to the process of the system, the system works to determine the overall
6、 system implementation. Then, programmable controllers, sensors, inverter and variable speed motors, a preliminary selection, the final design of the hardware electrical schematics, and describes its implementation functions.Keywords:： Mineral processing automation; hardware; PLC; S7-300; motor目录目录0
7、 引言 .11 选矿自动化综述 .21.1 选矿自动化及其主要内容 .21.2 选矿自动化发展历史 .21.3 我国选矿自动化现状、存在的问题 .31.4 选矿厂破碎工艺流程及流程图 .41.5 设计的理念及解决方案 .52 选矿厂矿石破碎系统总体设计方案 .62.1 系统总体设计思想 .62.2 破碎筛分环节控制分析及优化 .62.3 破碎筛分阶段的优化效果 .62.4 选矿厂破碎系统组成环节 .72.5 系统总体布局图 .82.6 现场控制与远程中央控制 .83 综合自动化破碎系统硬件介绍及选型 .93.1 S7-300 PLC 及 PLC 选型要点 .93.1.1 S7-300 简介 .
8、93.1.2 PLC 的选型要点 .9目录II3.2 PLC 及模块选型 .103.2.1 PLC 的中央处理器 CPU 的选型 .113.2.2 PLC 数字量输入/输出模块的选型与线路连接 .113.2.3 PLC 的模拟量输入模块的选型与线路连接 .133.2.4 模拟量输出模块的选型与线路连接 .153.2.5 PS307 电源模块容量计算及选型 .163.3 低压电器介绍及选型 .173.3.1 接触器 .173.3.2 电磁式继电器 .183.3.3 热继电器 .193.3.4 熔断器 .213.3.5 断路器 .213.3.6 万能转换开关 .223.3.7 控制按钮 .223.
9、4 传感器选型 .223.5 破碎设备简介 .233.6 CAD 简介 .253.6.1 系统功能 .263.6.2 基本功能 .273.6.3 用途简介 .274 破碎筛分环节的硬件系统设计 .284.1 破碎筛分环节设备及控制要求 .284.2 系统的启动、运行与停止 .324.2.1 启动前准备阶段 .324.2.2 远程操作台/上位机控制系统的启停 .324.3 I/O 点数统计及符号表 .334.3.1 需要采集的信号、控制信号及控制要求 .334.3.2 破碎筛分设备分组及 I/O 点数统计符号表 .334.4 PLC 系统硬件组态 .374.5 选矿厂分散控制系统破碎筛分环节电气
10、原理图 .38目录4.5.1 低压配电一次系统方案图 .384.5.2 PLC 柜原理图、接线图 .394.5.3 配电柜原理图、接线图 .434.5.4 控制台面板设计 .444.6 系统的功能实现 .455 结论 .46参考文献 .47谢辞 .480 引言10 引言近年来，新型破碎设备及其控制系统发展很快。国内外众多厂商从商品结构上对该类设备不断进行改进、完善，取得了比较好的效果，并且相继推出了众多可靠、高效、节能的新产品。选矿综合自动化控制系统是以可编程控制器（PLC）来完成控制功能的。PLC 在安全、可靠及抗干扰的性能上比较出色。本设计正是完成以 PLC 为控制器的选矿综合自动化控制系
11、统矿石破碎的硬件设计。在该系统的硬件设计上，我对整个矿石破碎系统经行了电气原理设计，并对硬件部分进行选型，对 PLC控制柜进行了矿石破碎部分设计及内部设计。在硬件的选型方面，我们选用西门子 S7-300 作为核心控制器，其中又详细对 PLC 的 CPU 模块，各种功能模块进行了选型。硬件的选型还包括各种传感器（温度、浓度、料位等）和变频器的选型，各种开关，接触器，继电器等低压控制设备的选型；在电气原理设计方面，完成了矿石破碎选矿工艺流程图的设计及矿石破碎系统整体的电气连接图和各部分屏图的设计。本文首先对选矿工艺进行了简单介绍，分析了选矿综合自动化控制系统的工作原理，确定了整个系统的实现方案，后
12、续章节对矿石破碎控制系统的硬件进行了详细设计。河北联合大学轻工学院21 选矿自动化综述1.1 选矿自动化及其主要内容选矿自动化(automation of mineral proeess- ing)在选矿生产中，采用仪表、自动装置、电子计 算机等技术和设备，对选矿生产设备状态和选矿生产 流程状况实行监测、模拟、控制，并对生产进行管理的技术。其主要内容包括选矿测试技术、选矿过程控制、选矿过程数学模型和选矿过程模拟以及选矿生产的计算机管理。选矿自动化综合应用了传感器技术、电子技术、自动控制理论、通讯技术及电子计算机科学等多方面的成就，选矿自动化的发展与这些学科密切相关。同时，选矿自动化又必须以选矿
13、工艺流程以及生产技术经济要求为依据。而矿物资源的贫化，选矿设备的大型化和智能化，以及选矿工艺的不断发展，对设备的效率和可靠性、过程参数的稳定及各段产品的质量提出了更高的要求，这就促进了选矿自动化的发展，使其成为选矿厂正常生产的必要手段和提高选矿厂综合效益的有效途径。 11.2 选矿自动化发展历史1941 年，苏联卡瓦尔斯基(H.儿 KaBa:Ibc 阴初等在选矿厂的调度检查和自动控制一书中曾论述了选矿自动化问题。20 世纪 50 年代，选矿自动化是对选矿工艺中某单个参数进行检测或控制，如苏联、瑞典、日本等的一些选厂对混入矿石中的金属物体进行自动探测，在苏联的一些选厂采用差压式或了射线密度计对分
14、级机溢流浓度进行检测并构成闭环控制。到 60 年代，已广泛采用电动单元组合仪表进行模拟控制，同时单个参数和单一机组的控制也发展为以车间或全厂为单位的集中控制，各种就地安装的仪表盘被集中到控制室内;60年代末期，开始采用电子计算机进行直接数字控制(如加拿大的累克一杜弗特选厂用 PDPS 计算机实现 DDc 控制)，用于流程分析的 在线 X 荧光分析仪也已在个别选厂应用，(如芬兰皮卡萨尔米选矿厂)到了 70 年代，随着电子技术的发展，在线品位分析仪、粒度分析仪、电子皮带秤等检测仪表的应用数量不断增多，有更多的选矿厂采用了计算机控制系统，除 DDC 外，也有了用两、三台计算机构成的多级控制系统，测量
15、、控制的参数覆盖了整个选矿过程;在控制方式上，稳定化控制渐趋成熟，并开始进行过程最优控制的试验研究，如芬兰皮卡萨尔米选厂的锌浮选控制;同时加强了对磨矿、浮选过程的动力学研究，以进行过程的数学模拟;控制室内的流程监测装置也由模拟流程图发展为实时屏幕显示。80 年代，随着计算机技术的推广，选矿厂使用的测量控制装置在信号规范化、数字化方面有了较大发展，很多仪表自身带有计算机芯片或设备;计算机集散控0 引言3制系统也逐步在一些大型选矿厂应用;一些基于单板机、单片机、可编程控制器、智能调节器构成的控制系统，以及一些集检测、控制功能于一体的专用智能仪表，在各个选矿作业过程中得到应用;控制方式上，不仅有常规
16、的串级、前馈加反馈等复杂系统，还针对控制对象的时变特性，研究采用自适应最优控制、模糊控制等控制策略。如中国研制的自学习模糊控制器，用于破碎机负荷控制，有的选矿厂还采用了专家系统指导生产作业;同期，选矿生产的计算机管理也为大多数选矿厂采用。 测量和控制的主要参数选矿生产的特点是生产 具有连续性;原矿的物质组成复杂，性质多变，而且含 腐蚀性及对人体有害物质;设备类型多、能耗大;生产车间潮湿、多尘，震动大。实现自动化可以提高有用矿物回收率、产品质量和劳动生产率，增加企业的经济效 益，改善劳动条件，降低生产成本，实现生产的高效和安全。1.3 我国选矿自动化现状、存在的问题近年来我国选矿自动化取得了很大
17、的进步。随着电子技术、控制技术、计算机技术等的不断发展，以及选矿厂对自动化的重视，在激烈的市场竞争压力作用下，我国选矿自动化将得到迅速的发展。但是由于国内选矿自动化研究和应用起步较晚，与国外相比，技术水平明显落后，许多矿山企业不注重成本效益，科技投入少，运营成本高，生产效率低，损耗浪费严重。进入 20 世纪 80 年代以后，在市场竞争的压力下，选矿自动化技术逐步得到重视，自动化水平得到提高，许多新建的矿山引进国外先进控制设备，采用先进的计算机集散控制系统进行选厂自动化控制，一些先进技术得到应用。选矿与其他行业(如化工)比较，自动化的普及程度与装备水平相对较低，除了流程生产对仪表的依赖程度不同外
18、，制约选矿自动化发展的几个主要因素在于：1)选矿过程的传感器缺乏创新性，而且质量达不到要求。一些选矿关键过程传感器仍然存在安装复杂、可靠性低、测量精度低等老问题，这是影响选矿自动化应用和发展的最重要的因素。另外由于选矿环境比较差导致传感器使用寿命短，检测数据误差大也是一个原因。2)选矿自动控制设计、开发不合理。这是许多控制系统不能长期正常运行甚至无法运行的主要原因。有的设计开发不切合实际，主要表现在控制过程的程序设计不合理；仪表选型不合理，不能充分发挥其性能，对仪表可能出现的问题没有充分估计。3)一些控制系统投运后需要大量的维护工作，维护成本较高。有的需要维河北联合大学轻工学院4护人员频繁处理
19、或频繁更换仪表。许多选矿厂在对自动化系统的长期使用和维护方面缺乏必要的重视，没有长久的系统维护计划，缺乏相关专业的技术人员进行自动化系统的维护，无法自行解决系统可能出现的故障。一旦系统开发方的技术支持减弱，系统很可能因为设备故障、工况变化、人员变化等情况而难以正常运行。一些选矿厂认为控制系统投运后就可一劳永逸，不作备品备件，出现问题后既不更换也不维修，特别是一些关键的仪表，出现故障后相关的控制回路甚至整个控制系统无法正常运行。1.4 选矿厂破碎工艺流程及流程图当前我们国内选矿厂处理的铁矿石主要有磁铁矿和赤铁矿两大类，其中磁铁精矿产量约占我国铁精矿产量的 3/4，而且国内大部分铁矿山在选矿技术革新方面针对的也主要是这两类矿石。在铁矿资源中，鞍山式铁矿分布最广，是我国最重要的铁矿床，其储量约占全国铁矿石总储量的一半以上，而且规模一般比较大，其矿石类型以磁铁矿为主，是当前国内厂最主要的入选矿石类型。近年来出现的比较成功的新工艺具有代表性的主要有：“阶段磨矿弱磁选反浮选工艺”，“全磁选选别工艺”，“超细碎湿式磁选抛尾工艺”。 2本设计依据磁铁矿选矿厂进行，整个工艺分为破碎筛分、磨矿分级两各阶段。 3图1 破碎环节工艺流程图图1 破碎环节工艺流程图破碎环节是选矿的第一环节，其工艺流程如图1所示。矿石由矿山经传送带8#皮带
