提升机控制系统中的主控及监控PLC采用西门子公司功能强大的SIMATIC系列S7—416PLC。主控制PLC控制系统包括安全控制、提升过程控制、全行程一速度包络线控制（包络线曲线见图3）、调速系统外部控制、闸系统控制、辅助设备控制、装矿站控制、提升机生产过程参数的记录与统计，提升过程和变流器驱动系统的状态、报警、故障的登录，摩擦轮直径磨损的检测计算与报警等。同时根据提升机运行状况，增加了全行程速度包络线双重冗余保护控制技术、防止提升容器关闭不到位的控制技术、防止提升机重载下滑的控制等技术。主控PLC可以完成如下的运行方式：全自动；手动开车自动停车（半自动）；手动开车手动停车（手动）；过卷回收，手动运行；箕斗检修平台的就地慢上、慢下，远距离操作等方式。
监控PLC主要完成全行程速度与位置的连续监控；位置同步检验；等速段超速，加、减速段超速的全行程超速保护，与主PLC构成全行程包络线保护冗余；上、下过卷保护，并与主控PLC和井筒过卷开关构成三重保护：钢丝绳打滑监控等功能。
闸系统执行原件采用原系统的各类机械液压件，新增制动闸系统控制柜，替换原有故障频发的制动闸系统控制柜。在消化吸收原AEG闸控系统原理的基础上，控制柜中采用SIMATIC系列S7—315PLC代替原有的继电器线路的控制系统。调试完成后经测试表明：闸系统运行安全可靠，安全保护正确齐全，当出现异常情况时，闸系统能及时发出各种故障报警指令，并及时可靠抱闸。后期的几次现场异常故障再次充分证明了闸系统的可靠性。
井下装载站控制系统包括了计量漏斗及其液压系统、给矿皮带、给矿机的控制。采用西门子SIMATIC系列的S7—315PLC，实现皮带的安全保护、装载系统的自动运行以及与主控PLC的通讯，可以实现集中自动控制，就地集中控制和检修控制三种控制方式。在给矿机、传动皮带主回路系统中采用了ABB ACS800系列的变频调速控制装置。
人一机界面上位机监控系统是基于Windows XP Professional SP2的软件环境下，采用SIMATIC WINCC6．OSP3开发的功能全面的监控系统。主要包含主画面、提升画面、系统参数画面、电流曲线画面、安全回路画面、装载站、液压站包络线图、速度曲线图、闸压力图、电机温度曲线及各类报表等画面。在趋势曲线上，采用了独特的包络线跟踪算法，配合函数坐标方法，完整的解决了提升机包络线描绘时不连续的断点现象，采用了独特的报表技术，定期保存EXCEL格式的提升机报表至本地硬盘。
5网络通信系统
主控PLC与变频器控制器之间采用PROFIBUS—DP现场总线方式通讯，主控PLC与操作台之间采用PROFIBUS—DP现场总线方式通讯，主控PLC与装卸载之间采用PROFIBUS—DP现场总线方式通讯，主控PLC与制动闸系统控制柜之间采用PROFIBUS—DP现场总线方式通讯。主控PLC与人机界面之间采用PROFIBUS—DP现场总线方式通讯。
6提升机安全保护系统
提升机的各种急停控制保护。改造过程中将9个急停按钮状态输入到主控PLC，同时串联到继电器安全回路，改造后经测试，9个急停按钮均可使提升机紧急停车。
提升机具有三个过卷保护，即程序软过卷、监控器过卷和机械过卷，三套装置均可发生作用。
提升机错向保护。假如提升机的实际转动方向与控制指令相反。连续超过设定时间，控制系统发出紧停指令。
闸弹簧断、闸瓦磨损、闸弹簧疲劳速度保护。提升机在运行过程中出现闸弹簧断、闸瓦磨损、闸弹簧疲劳，速度将被降为3．5 m／s，当故障排除后限速被解除。
在改造方案设计中新增了部分安全保护系统，解决了以往提升机运行中经常出现的故障。主要有箕斗安全挂钩未挂好的监测装置和尾绳保护检测装置。并将两装置的反馈信息送人主控PLC及上位操作台，提升机过程控制系统根据反馈信息对提升机进行相关的控制。
挂钩未挂好主要原因是箕斗斗箱没有复位或没有完全复位，箕斗安全挂钩未挂好的监测装置可以减少箕斗脱钩事故的发生。当安全挂钩挂不上时，接近开关检测不到挂钩轮，开关的动作信号反馈到机房操作台上显示，并引起提升机自动停机。该装置在现场多次动作，有效地避免了箕斗挂钩脱钩引起的设备事故。
尾绳保护检测装置主要防止尾绳拉坏及相互缠绕。
7效果效益分析
（1）单斗载重量由原来的每斗23吨提高到改造后的平均每斗26．5吨。
（2）提升速度由原10m／s提高到12m／s的设计速度，实现装矿一提升一卸矿过程的全自动运行、缩短了提升周期，降低了岗位操作人员的劳动强度；小时提升量由原来的690吨／小时提高到目前的874．5吨／小时。
（3）监控PLC的投入，实现了全数字行程一速度包络线保护系统，使提升机有两套行程一速度包络线保护装置，消除了安全隐患，并使提升机控制系统符合相关行业规范的要求。
8结束语
投产后的系统运行稳定可靠，经济指标满足安全生产要求，全面改善了西主井提升系统的集中及安全精确控制等要求。提升了安全生产效率、优化了人力资源配置、降低了设备的维护成本、进一步提升了矿山的设备及安全生产管理水平。
参考文献
［1］马小亮．大功率交交变频调速及矢量控制技术．机械工业出版社，2004年7月第三版
［2］何凤有，谭国俊．矿井直流提升机计算机控制技术．中国矿业大学出版社，2003
［3］王改娟等．超化矿提升系统技术改造实践．矿山机械．2006年第2期
作者简介：
王正祥，男，1973年出生，甘肃静宁人，硕士。金川集团有限公司二矿区机动能源科，工程师，主要从事矿山自动控制技术的应用和研究工作。通讯地址：甘肃金川集团公司二矿区机动能源科；邮编：737100；E—mail：wzxbtbu2003@126．com。
集散控制系统在高浓度管道输送自流充填中的应用
朱正泽 朱强强 姚秀芳 郭彩守
（1．金川集团有限公司二矿区 金昌 737100；
2．金川镍钻研究院 金昌 737102）
摘要：充填作业是矿山采充生产中最重要的一个环节，特别是在应用下向分层胶结充填采矿法的矿山中，由于充填体作为下一层的顶板，充填体质量的优劣直接影响矿山的安全生产和建设。高浓度管道输送自流充填工艺是目前矿山最主要的充填方式。如何采用先进而实用的自动化控制技术，优化充填物料配比，稳定控制充填料浆浓度，是降低充填成本和提高充填质量最有效的手段之一。本文介绍了先进集散控制系统在高浓度管道输送自流充填工艺中的应用，就如何优化控制方案，制定控制目标，实现系统组成，完成主要回路的控制原理和系统组态作了详细介绍。
关键词：高浓度 管道输送 自流充填 集散控制系统 组态
0引言
充填作业是矿山生产中最重要的一个环节，特别是在应用下向分层胶结充填采矿法的矿山中，充填体质量的优劣直接影响矿山作业的安全和建设。因此，采用先进而实用的自动化控制技术，优化充填物料配比，稳定控制充填料浆浓度，无疑是降低充填成本和提高充填质量最有效的手段之一。
Honeywell SCAN3000 NT／S900集散控制系统由经长期被现场运行检验的SCAN3000监控与网络软件包和极为可靠的S9000回路控制器构成。该控制系统设计、组态灵活可靠，监视控制功能强。既有模拟量控制又有开关量控制，系统构成根据用户生产需求可大可小。SCAN3000服务器软件可运行在中英文WindowsNT网络操作系统环境下，采用视窗化个人操作站（WIPS）用于SCAN3000人机操作及进行S9000控制器的组态，编程方便，易维护，性价比高，该系统无疑成为最经济而有效的控制系统。本文针对金川公司二矿一期搅拌站高浓度管道输送自流充填作业的控制来说明该系统的应用。
1 控制方案及目标
金川公司二矿区采用下向胶结充填采矿法，年产矿石350万吨，年充填量达120万立方米，现主要以高浓度管道输送自流充填（料浆重量浓度78％）为主。充填物料主要是棒磨砂，水泥。一期搅拌站原用单元仪表控制，由于单元仪表的局限性，沙、水泥、浓度、液位只设计了单回路控制，但在实际情况生产中，砂中含水量较大（含水量5％～10％），砂量输出非常不稳，使砂量难以进行自动化控制，砂与水泥配比很难控制在技术标准内，同时也极大地影响了料浆浓度的控制，使料浆也难以稳定控制在技术标准内（料浆重量浓度78％）。在现有条件下只有提高自动化控制技术，改进控制方案，稳定控制料浆浓度，严格控制水泥与砂的配比，才能降低充填成本，保证充填质量。
鉴于充填地表现场环境和上述的控制系统构成及配置，本控制系统服务器采用研华610工业控制计算机，用于SCAN3000软件运行组态，控制操作，优化控制参数，显示动态参数，生成参数趋势图，生产报表打印，对主控机S9000进行组态编程和监控。可配置多个工作站，用于控制多个系统同时运行。
主控机S9000用于采集现场仪表数据，实现各回路及开关量的控制，输出控制信号给现场执行机构。
2控制原理
2．1水泥与沙的控制
水泥与砂的控制有3种方式，手动开环给定控制，自动闭环给定控制，水泥与砂双闭环比值控制。前两种控制方式需人工计算水泥与沙的配比值，随时改变水泥与砂的设定值。在双闭环比值控制方式下，只设定水泥的给定量和水泥与砂的比值系数，即可稳定控制砂量。
在这种控制方式下，设定水泥参数，水泥流量检测信号在与水泥设定参数比较调节水泥量输出的同时，又乘以水泥与沙的比值系数去控制沙量输出。使砂量实时跟踪水泥量的变化而变化，保证水泥与砂配比稳定准确，不至于使水泥消耗超标而影响生产成本，也不至于水泥添加不足而影响充填质量。并且这种控制方式在这套集散控制系统中很容易组态实现。而且不需别的控制回路就可实现上述3种控制方式的任意切换。
2．2充填料浆浓度控制
充填料浆浓度是影响充填质量的另一个主要因素，如何将料浆浓度稳定控制在技术标准内（即重量浓度78％），尽量减少充填时的下水量，是这一控制的主要任务。在实际生产中，影响充填料浆浓度的干扰主要来自两方面。一方面是调节水的波动，另一方面是沙量的波动及砂中含水不均（含水量5％～10％），因此比较好的方法是采用串级控制。
副调节器根据水流量检测信号控制调节阀，这样就可以在水流量波动的情况下，仍能保持给水的稳定，但副调节器的给定值则受主调节器的控制。主调节器根据料浆浓度改变调节水流量给定值，从而保证在发生砂量渡动的情况下，仍能保持浓度稳定，满足生产要求。
3控制回路的组态
个人视窗操作站（WIPS）可同时运行SCAN3000操作站软件和S9000组态软件，在完成S9000控制器的组态并同时将该组态下装到控制器后，同时也就建立了相应的SCAN3000的硬件和组态点的数据库。S9000集成了回路控制、逻辑控制和顺序控制。
S9000控制器中采用连续控制图（CCC）来完成回路调节功能的组态。只需根据控制原理简单地将所选的功能块放在屏幕上并用软接线将它们互相连接起来，后填写各控制功能块的参数即可。控制功能块采用类似SAMA图的控制功能块来表示仪表类型控制功能，很容易使工程技术人员理解掌握。连续控制图提供了9类50多种功能模块。每种功能模块完成一定的控制与计算功能。输入输出引脚供信号互连引用。同时提供模拟量／数字量的操作员点供监控调用。
3．1水泥与沙的比值控制组态
水泥与砂的调节器应用两个PID1模块，PID1模块具有比例、积分、微分控制功能，组态成水泥和沙两个闭环控制回路。再应用MUL乘法模块，组态成水泥和沙的双闭环比值控制回路。
3．2浓度串级控制组态
浓度串级控制调节器应用两个PID2模块，PID2模块具有比例、积分、微分、串级控制功能。PID21是主调节器，PID22是副调节器。
4操作界面的组态
一旦模拟点、开关量点组态好，组态点的数据驻留在SCAN3000数据库中，便可调用其事先组态好的操作环境中的许多标准显示画面和功能，也可根据自己的工艺流程及操作习惯，调用SCAN3000图形组态工具包组态自己的工艺流程图和工作操作界面。将过程控制和电器控制组态在同一屏的操作画面中，极大地方便了岗位人员的操作和监控。这种组态方式充分利用了S9000控制功能，改变了以往集散控制系统只实现过程控制操作，电器控制在电器控制台操作的这种过程控制与电器控制相互分离的方式。
5 SCAN3000标准显示和功能
报警汇总显示 事件汇总显示 操作组显示
趋势图显示 报表汇总 记事本信息显示
