博伦矿业(七角井)破碎自动化实施方案

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

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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与动控制环节。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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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，及故障报警等唁息。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

研华IPC-610H/酷睿双核

工业控制计算机台2

1CPU3.OG/4G/5OOG

2液晶显示器22口寸宽屏飞利浦公2

3管理机联想系列台1

4操作台电脑臬（含2张操作椅）台2

台

5交换机EDS208A3

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HTB1100S只4

2矿用本安型显示控制器KJ302(A)-F台4含电源

三、»控设备

1水位传感器Zx

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WindowsXPProfessional套1

2操作系统WindowsServer2008套1

3数据库WindowsSQL2008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MHYVR1X4X42/0.15KM

2电源电缆MYQ0.3/0.53X2.5KM

3矿用阻燃光缆MGTSV-4BKM

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183019742020地表183019472020地表

水仓水位需要11AI1AI3A11AICPU224XPCN1111

水泵入水口真空度预留12AI2Al3Al1AICP243-11111

水泵出水口压力预留12AI2AI3AI1AIEM223/8DI/8D0rly1111

排水管流量预留12AI2AI3AI1AIEM231/8AI0010

水泵轴温度预留12AI2AI3AI1AI

电机温度预留12AI2AI3AI1AI

水泵电机开关状态需要1*24DI4DI61)12DI

控制方式选择检测需要1*33DI3DI3DI3D1CPU224XPCN

水泵电机开关控制需要1*24D04D06D02D0CP243-16GK7243-1EX00-0XE0

报警输出11D01D01D0IDOEM223/8DI/8D0rly6ES7-223-1PII22-0XA8

急停输入11DI1DI1DI1DIEM231/8AI6ES7-231-0HC22-0XA8

阀门的开关状态需要1*24DI4DI6DI2DI壳体及显示系统

阀门的开关控制需要1*24D04D06D02D0

阀门开关状态（停/开

到位/关到位/开过转1*48DI81)112DI41)1

矩/关过转矩）

真空泵状态1*241)14DI6DI21)1

真空阀开关1*24D14DI6D12DI

真空阀开关状态1*24DI4DI6DI2DI

阀门开到位/关到位/

1*36D06D09D03D0

过转矩控制

真空泵开关控制1*24D04DO6D021)0

真空泵球阀开关控制1*24D04D06D021)0

真空泵开关控制1*24D04D06D02D0

真空泵球阀开关控制1*24D04D06D02D0

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泵房排水自动化控制系统实施方案

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

工作流程说明：

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

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

液位计

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I：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、自挖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PLO。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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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)设在现场的雷达畴感器：用来采集料位信息，可在本地显示，也可反响4-20mA

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。

1.4.2KJ302(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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MAExim

•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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•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设计原则

泵房自动化控制系统的建设应遵循以下原则：

＞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自设备的开关信号，警铃开关信号

等。另外，控制器通过以太网通信接口与