专利名称：浓缩机控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电气自动控制技术领域，尤其适用于煤炭、化工、建材和污水 处理工业中，对悬浮液进行浓縮和净化的一种浓縮机控制系统。
背景技术：
浓縮机广泛用于煤炭、化工、建材和污水处理等工业中，对悬浮液进行浓 缩和净化。特别是在能源、资源短缺的今天，污水处理、精矿提取等行业对浓 縮机的需求将会越来越大。
浓縮池内的悬浮液中的固体颗粒在重力作用下沉降，使固液得以分离，上 部则为澄清水。沉积于浓缩池底部的沉淀物由刮集装置连续地刮集到池底中心 的排矿口排出，而澄清水则由浓縮池溢流堰溢出收集到泵房水池内循环利用。 物料经给料桥架上的给料槽经入料管进入中心筒，在稳流装置内经缓冲后，一 部分较大的颗粒直接进入下部沉降区，在集料锥坑中沉淀，另一部分细小颗粒 经径向分流管进入池中平流沉降，大部分物料沉降在池的中心区域，随着转动 桥架的回转，刮集装置和副耙装置将沉淀的矿泥刮入池底锥坑中，由底流泵排 出。
早期的电气控制系统为继电器-接触器控制系统，经济但控制落后，操作维
修困难。随着可编程逻辑控制器PLC (Program Logic Control)的广泛应 用，PLC控制系统取代了继电器-接触器系统；但由于设备为中心回转装置，除 转盘座固定在中心水泥柱上外，其它主要组件如转盘、转动桥架、刮集装置和 液压驱动机构等均为转动部件，所以要求电控柜必须安装在转动机构上，集电 装置采用安装维护方便的安全滑触线。PLC控制系统的应用虽然提高了系统稳定性，却仍然存在操作困难、维修不方便等问题，因此控制系统的提高、改进 成为提高整机自动化水平的关键所在。
发明内容
鉴于浓缩机设备的特点，改进以往操作人员需爬上浓縮机主体进行操作的困 难，本发明提供一种浓缩机控制系统，使操作人员可在地面控制室中操作设备， 并能监视设备运行。其成本低、功能全、自动化程度高、操作维护方便、高可 靠性及抗干扰能力强的专用智能自动化系统。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下所述的技术方案
所述的浓縮机控制系统，包括现场控制柜、供电电源、无线通讯和远程操
作台，现场控制柜的采集系统将浓縮机运行状态的电信号，通过控制系统、存
储系统、执行系统，使浓縮机的旋转桥架、刮集装置、液压系统自动通过程序
工作；现场控制柜通过集电装置连接供电电源；该浓縮机运行状态的电信号通
过无线通讯传输到远程操作台，远程操作台通过无线通讯操纵现场控制柜控制
浓縮机的运行，完成旋转桥架控制、刮集装置控制、液压系统控制、故障报
警及连锁控制；并具有本柜和远程控制，本柜控制又分自动和手动控制。
所述的浓缩机控制系统，现场控制柜的控制系统为可编程控制PLC， PLC
将设备运行情况通过PLC输入模块采集起来，然后通过程序设定控制浓縮机的
运行状态。
所述的浓縮机控制系统，无线通讯为无线的工业以太网无线通讯，由无线 通讯组件与控制系统CPU构成，使转动状态的PLC控制柜通过工业以太网与地 面触摸屏间的无线通讯；无线通讯组件包括无线通讯模块W744和无线通讯 模块W788，并由通讯向导设定无线通讯模块W744、 W788与控制系统CPU的 IP地址。
所述的浓缩机控制系统，工业以太网通讯还可由以太网通讯模块CP243-1 作为控制系统CPU与无线通讯组件构成。所述的浓縮机控制系统，现场控制柜的执行系统为电液一体化控制系统， 包括电气系统由可编程控制PLC本身自带的接口 IO点控制液压驱动电机、 提耙电机及接收柜面的主令信号；由D工/DO扩展模块和D工扩展模块电连接每 个耙架的提升位置的定位和驱动；液压系统由液压站通过两个液压马达驱动双 桥，液压马达上设置有一个同步阀，使两个马达的负载均衡和同步，使桥架运 行平稳，且可调整其流量的大小，使桥架的旋转在一定的范围内实现无极调速， 其底流浓度符合工况要求。
所述的浓缩机控制系统，现场控制柜的采集系统由传感器将液压站的温度、 液位、压力的每个电信号，传输到D工扩展模块。
所述的浓縮机控制系统，远程操作台由控制室的人机界面HMI触摸屏 MP277和无线通讯模块W788连接构成；触摸屏完成设备的监视及远程控制， 真实地反映设备的运行状态。
所述的浓縮机控制系统，集电装置由模压成型的绝缘塑胶环上镶嵌着导电筒
环与集电器接触构成，绝缘塑胶环固定在中心进料筒上，集电器通过支架固定
在桥架中心得转盘上；供电电缆沿料槽连接导电筒环，导电筒环与集电器接触
通过电缆向现场控制柜供电，控制柜位于旋转的桥架上。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性 该浓縮机控制系统，具有自动逐次提耙的特点，可实现机械清池功能， 避免传统的放水清池方法，减少了浪费，并节约了时间，大大地提高了用 户的经济效益。选择工业以太网无线通讯技术来实现转动状态的PLC控制 柜与地面触摸屏间的通讯。这是因为工业以太网是世界范围内局域网应用 中的领先网络，抗千扰、抗辐射性能强特别适合现场恶劣的工业环境。在 工业领域的应用越来越广泛，采用工业以太网方便接入全厂自动化系统， 提升了自动化水平。使该控制系统成功试用于武钢金山店铁矿GNJ — 70浓 縮机中。为该设备的推广应用打下了良好的基础。
图1是整个PLC核心控制系统的硬件平台的系统方框图。 图2是集电装置连接的示意图。
图中l-桥架；2-电缆；3-固定支架；4-集电器；5-中心进料筒；6-导电 筒环。 '
具体实施例方式
如图l、 2所示该浓縮机控制系统，主要是将浓縮机设备运行情况通过可
编程控制器PLC控制浓缩机设备的运行状态；通过触摸屏完成设备的监视及远
程控制，真实地反映设备的运行状态；即该浓縮机运行状态的电信号通过无线
通讯传输到远程操作台，远程操作台通过无线通讯操纵现场控制柜控制浓縮机
的运行，完成旋转桥架控制、刮集装置控制、液压系统控制、故障报警及连锁
的控制。该系统包括现场控制柜、供电电源、无线通讯和远程操作台，现场
控制柜的采集系统将浓縮机运行状态的电信号，通过控制系统、存储系统、执
行系统，使浓縮机的旋转桥架、刮集装置、液压系统自动通过程序工作；现场
控制柜通过集电装置连接供电电源来实现。
所述的现场控制柜的控制系统为可编程控制PLC，型号为S7-200PLC，可
编程控制PLC将设备运行情况通过PLC输入模块采集起来，然后通过程序设定 控制浓缩机的运行状态。
所述的无线通讯为无线的工业以太网无线通讯，由无线通讯组件与可编程 控制器PLC的控制系统CPU构成，是核心部件，使转动状态的PLC控制柜通 过工业以太网与地面触摸屏间的无线通讯；这是因为工业以太网在工业领域的 应用越来越广泛，采用工业以太网方便接入全厂自动化系统，提高了全厂的自 动化水平。无线通讯技术在此设备上的应用解决了其"自动化孤岛"的尴尬处 境。无线通讯组件选用西门子无线通讯模块W788-1PR0和W744-1PR0作为 通讯组件。并由通讯向导设定无线通讯模块W744、 W788与控制系统CPU的 IP地址。所述的工业以太网通讯还可用以太网通讯模块0>243-1作为控制系统CPU 与无线通讯组件构成。因选可编程控制PLC型号为S7-200 CPU只能提供PPI、 MPI、' PROFIBUS-DP和自由口通讯，所以采用一块CP243-1作为S7-200 CPU 与无线通讯组件见的工业以太网通讯连接。通过工业以太网与S7200以太网通 讯模块CP243-1连接，并在编程软件中利用通讯向导设定与CP243-1的IP地址， 程序中调用即可。
所述的现场控制柜的执行系统为电液一体化控制系统，包括电气系统由 可编程控制PLC本身自带的接口工0点控制液压驱动电机、提耙电机及接收柜 面的主令信号完成；但因十多个耙架的提升位置的定位和驱动需要大量的 DI/DO模±央，所以增加两个16点DI/DO扩展模块和一个16点D工扩展模块 电连接每个耙架的提升位置的定位和驱动；液压系统由液压站通过两个液压马 达驱动双桥，液压马达上设置有一个同步阀，使两个马达的负载均衡和同步， 使桥架运行平稳，且可调整其流量的大小，使桥架的旋转在一定的范围内实现 无极调速，其底流浓度符合工况要求。
所述的现场控制柜的采集系统由传感器将液压站的温度、液位、压力的每 个电信号，传输到可编程控制的DI扩展模块。即液压站本身有温度、液位、压 力等信号，所以采用一个16点D工扩展模块和一个8点D工扩展模块；
所述的远程操作台由控制室的人机界面HM工触摸屏MP277和无线通讯模块 W788连接构成；天线布置在控制室顶部，和桥架上的天线在同一水平面。W744 和W788利用PST-Tool软件设定IP地址。触摸屏完成设备的监视及远程控制， 真实地反映设备的运行状态。人机界面HMI的选择上考虑到通讯形式的要求、 画面的生动性和操作性，最终选用MP277作为控制室的人机界面。
至此构成了浓縮机控制系统的整个PLC核心控制系统的硬件平台，采用西 '门子硬件配置共计S7-200 CPU1个，各类扩展模块5块，因CPU 226 CN 最多可以带7个扩展模块，人机界面1台。该浓缩机控制系统的运行
首先供电电源通过集电装置向现场控制柜供电。集电装置由模压成型的绝缘 塑胶环上镶嵌着导电筒环(6)与集电器(4)接触构成，绝缘塑胶环固定在中 心进料筒(5)上，集电器(4)通过支架(3)固定在桥架(1)中心得转盘上；
即由供电电缆沿料槽连接导电筒环(6)，导电筒环与集电器(4)接触通过电缆 (2)向现场控制柜供电，控制柜位于旋转的桥架(1)上。
一. 旋转桥架控制由可编程控制PLC本身自带的接口工O点控制液压系 统的液压驱动电机及接收柜面的主令信号；在液压系统中通过液压马达驱动双 桥，两个液压马达共享一个液压站，运行时由同步阀保持两个马达的负载均衡 和同步，保持桥架的平稳运行，并且可调整其流量的大小，使桥架的旋转在一 定的范围内实现无极调速，确保底流浓度符合工况要求。
二. 刮集装置控制由浓縮机控制系统PLC本身自带的接口工O点控制提耙 电机及接收柜面的主令信号；由D工/DO扩展模块和D工扩展模块电连接每个耙 架的提升位置的定位和驱动。
刮集装置的工作过程
1 .浓缩机正常工作时，所有刮集装置上的刮泥板在最低位工作。
2 .随着矿泥沉淀厚度增加或浓縮机物料的改变，运行油路油压随之升高 a.当压力超过提升设定值SP2时，压力传感器把油压信号转换为电信号，
通过PLC控制发出指令，使液压缸动作，将刮集装置提升至一定高度；
输入采集装置是将浓缩机设备运行情况通过现场控制柜的采集系统由传感 器将液压站的温度、液位、压力的每个电信号采集起来，传输到D工扩展模块。 然后通过可编程控制器PLC程序的设定，控制浓缩机设备的运行。即液压站本 身的温度、液位、压力等信号，采用一个16点DI扩展模块和一个8点DI扩 展模块采集；通过PLC控制发出指令，由DI/DO扩展模块和DI扩展模块电连 接每个耙架的提升位置的定位和驱动。使液压缸动作，将刮集装置提升至一定高度。
b.当压力降至设定压力SP2以下时，停止提耙，刮集装置就在此位置继续
工作；
3. 随着底流排料，油压下降，
a. 当压力低于正常压力设定值SP1时，刮泥耙会降到最低位置正常工作。 在此期间电气设有延时保护，不会出现即提即降现象。
b. 如出现异常，压力升高至最高设定值SP3时，刮泥耙将升至上部终止位，
c. 当运行停止，发生故障时，并发出声光报警信号；待异常处理后方可开 机运行。
4. 当需要停止刮泥行走时，各刮泥板自动提升至最高位置--水面。
5. 重新启动运行机构时，各刮集装置边运转边下降至工作高度--池底，并 设定内侧第一个刮集装置先下降到工作位置进行刮泥工作，其余的刮集装置逐 次降至工作位置，这样就避免启动冲击，设备得到很好的保护。
根据设备控制和实际性能要求，设备设有本柜和远程控制，本柜控制又分 自动和手动控制。
手动方式通过控制柜上操作按钮、转换开关，可人工控制浓縮机的运行、 停止、提耙、降耙等操作，可实现单个耙架的高度定位。在设备检修时用此工 作方式，将耙架提升至最高位置，浓缩池不放水或放少量水就能实现单个耙架 的检修维护；W744布置在随桥架旋转的控制柜中，天线布置在桥架顶部。W788 布置在地面控制室操作台上，天线布置在控制室顶部与桥架上的天线在同一水 平面。选用通讯距离可达100米的外接全向天线ANT795-6MR布置在桥架上；
自动方式通过压力控制器设定SP1为工作压力下限、SP2为压力高报警 及SP3为压力高高停机，并将其信号分别送至PLC中，由程序自动控制装置行 走和升降。同时在PLC系统中，设有故障锁存功能及行走过载、电机过载、升 降超时、接近开关故障等完善的保护功能，相应每一种保护，系统停机后PLC
10系统均能及时有效的锁存事故的原因，保持对应的声光报警信号，为专业人员 检修设备，査明事故原因提供方便。
远程监控方式用户在远端操作台(在100米范围内的操作室)可通过触摸 屏完成信号监测，状态指示，报警、故障和重要参数的归档等。远程控制主要 由无线通讯来实现。在此系统中主要采用了西门子的无线通讯模块W788和
W744来实现通讯，如下
由于W744自带的全向天线ANT795-4MR的有效通讯距离为30米，而浓 縮机的直径为70米，且桥架旋转运行，所以选用通讯距离可达100米的外接全 向天线ANT795-6MR布置在桥架上；通过工业以太网与S7200以太网通讯模块 CP243-1连接，并在编程软件中利用通讯向导设定与CP243-1的IP地址，程序 中调用即可。在控制室有触摸屏MP277和W788连接，天线布置在控制室顶部， 和桥架上的天线在同一水平面。W744和W788利用PST-Tool软件设定IP地址。
此无线通讯的实现就好像直接使用以太网网线把PLC和触摸屏连接起来一 样，可使操作员可以通过实时的参数，对设备和生产能及时了解，随时对生产 进行有效调整。出现故障报警时操作人员按动消警按钮后切断报警器。如在规 定时间内故障仍未排除，报警系统会重新启动并启动报警器，以催促操作人员 或维修人员及时排除^l障。当设备恢复正常后警报自动解除。例如当行走或提 耙出现故障时会在触摸屏上出现醒目的文字、画面提示，操作员可明确故障原 因、位置，方便维修。
本系统具有自动逐次提耙的特点，可实现机械清池功能，避免传统的放水 清池方法，减少了浪费并显着地节约了时间，大大地提高了用户的经济效益。
权利要求
1、一种浓缩机控制系统，其特征在于包括现场控制柜、供电电源、无线通讯和远程操作台，现场控制柜的采集系统将浓缩机运行状态的电信号，通过控制系统、存储系统、执行系统，使浓缩机的旋转桥架、刮集装置、液压系统自动通过程序工作；现场控制柜通过集电装置连接供电电源；该浓缩机运行状态的电信号通过无线通讯传输到远程操作台，远程操作台通过无线通讯操纵现场控制柜控制浓缩机的运行，完成旋转桥架控制、刮集装置控制、液压系统控制、故障报警及连锁控制；并具有本柜和远程控制，本柜控制又分自动和手动控制。
2、 根据权利要求1所述的浓縮机控制系统，其特征在于现场控制柜的控 制系统为可编程控制PLC, PLC将设备运行情况通过PLC输入模块采集起来， 然后通过程序设定控制浓縮机的运行状态。
3、 根据权利要求1所述的浓縮机控制系统，其特征在于无线通讯为无线 的工业以太网无线通讯，由无线通讯组件与控制系统CPU构成，使转动状态的 PLC控制柜通过工业以太网与地面触摸屏间的无线通讯；无线通讯组件包括-无线通讯模块W744和无线通讯模块W788，并由通讯向导设定无线通讯模块 W744、 W788与控制系统CPU的IP地址。
4、 根据权利要求3所述的浓縮机控制系统，其特征在于工业以太网通讯 还可由以太网通讯模块CP243-1作为控制系统CPU与无线通讯组件构成。
5、 根据权利要求1所述的浓縮机控制系统，其特征在于现场控制柜的执 行系统为电液一体化控制系统，包括电气系统由可编程控制PLC本身自带的 接口工O点控制液压驱动电机、提耙电机及接收柜面的主令信号；由D工/DO扩 展模块和DI扩展模块电连接每个耙架的提升位置的定位和驱动;液压系统由液压站通过两个液压马达驱动双桥，液压马达上设置有一个同步阀，使两个马达 的负载均衡和同步，使桥架运行平稳，且可调整其流量的大小，使桥架的旋转 在一定的范围内实现无极调速，其底流浓度符合工况要求。
6、 根据权利要求1所述的浓縮机控制系统，其特征在于现场控制柜的采 集系统由传感器将液压站的温度、液位、压力的每个电信号，传输到DI扩展模 块。
7、 根据权利要求1所述的浓縮机控制系统，其特征在于远程操作台由控 制室的人机界面HMI触摸屏MP277和无线通讯模块W7.88连接构成；触摸屏完 成设备的监视及远程控制，真实地反映设备的运行状态。
8、根据权利要求1所述的浓縮机控制系统，其特征在于集电装置由模压 成型的绝缘塑胶环上镶嵌着导电筒环(6)与集电器(4)接触构成，绝缘塑胶 环固定在中心进料筒(5)上，集电器(4)通过支架(3)固定在桥架(1)中 心得转盘上；供电电缆沿料槽连接导电筒环(6)，导电筒环与集电器(4)接触 通过电缆(2)向现场控制柜供电，控制柜位于旋转的桥架(1)上。
全文摘要
本发明提供一种浓缩机控制系统，由现场控制柜的采集系统将浓缩机运行状态的电信号，通过控制系统、存储系统、执行系统，使浓缩机的旋转桥架、刮集装置、液压系统自动通过程序工作；现场控制柜通过集电装置连接供电电源；该浓缩机运行状态的电信号通过无线通讯传输到远程操作台，远程操作台通过无线通讯操纵现场控制柜控制浓缩机的运行，完成旋转桥架控制、刮集装置控制、液压系统控制、故障报警及连锁控制；具有远程、自动和手动控制。本发明能够自动逐次提耙，实现机械清池功能，避免放水清池，减少浪费，大大地提高了用户的经济效益。远程操作采用以太网来实现转动状态的PLC控制柜与地面触摸屏间的无线通讯。
文档编号B01D21/30GK101537272SQ20091006443
公开日2009年9月23日 申请日期2009年3月12日 优先权日2009年3月12日
发明者涛 张, 朱建峰, 赵爱东 申请人:中信重工机械股份有限公司;洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司