选矿厂磨矿S7-300PLC控制系统梯形图软件设计

河北联合大学轻工学院

QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY

毕业设计说明书

设计题目：选矿厂磨矿S7-300PLC控制系统梯形图软件设计 学生姓名：*** 学 号：****** 专业班级：*****

学 部：信息科学与技术部 指导教师：*** 教授

2012年05月20日

摘 要 摘 要

选矿厂磨矿自动化主要围绕提高产量与品位，节能降耗，增加效益为目标。磨矿环节主要包括磨矿、分级、磁选、浓缩脱水、过滤、精矿输送等工序，从而筛选出高质量精矿。在工业生产中，常以可编程控制器（PLC）为下位机、以工业计算机为上位机，组成选矿厂磨矿环节集散控制系统。本设计正是完成基于西门子S7-300 PLC为控制器的选矿厂磨矿控制系统梯形图软件设计。

本设计中以S7-300 PLC为核心控制器，着重说明了选矿厂磨矿环节的控制流程、控制系统硬件配置、梯形图程序设计及整体系统的调试等情况。

关键词：磨矿；S7-300；STEP7 ；梯形图

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Abstract Abstract

Ore dressing plant grinding automation focuses on increasing yield and quality, saving energy and reducing consumption, increase benefit to be a target. Grinding process includes grinding, classification, separation, dewatering, filtration,

concentrate transportation process, thereby screening out high quality concentrate. In industrial production, often with programmable controller ( PLC ) for the lower machine, industrial computer as upper machine, comprising part of the ore dressing plant distributed control system. The design is completed based on Siemens S7-300PLC as the controller of the ore dressing plant ladder diagram of control system software design.

This design using S7-300PLC as the core controller, emphasize the ore dressing plant process control process, control system hardware configuration, ladder diagram program design and system debugging etc.

Key words: grinding; S7-300; STEP7; ladder diagram

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目 录 目 录

摘 要 ............................................................................................................................... I Abstract ......................................................................................................................... II 0 引 言 ...................................................................................................................... 1 1 绪 论 ...................................................................................................................... 2

1.1 磁铁矿选矿介绍 .............................................................................................. 2 1.2 选矿工艺及设备介绍 ...................................................................................... 2 2 选矿厂自动化系统总体设计方案 ............................................................................ 4

2.1 系统总体设计思想 .......................................................................................... 4 2.2 系统的基本功能 .............................................................................................. 4 2.3 系统的组成环节 .............................................................................................. 4 2.4 现场控制与远程控制 ...................................................................................... 5 3 可编程控制器和软件系统概述 ................................................................................ 7

3.1 可编程控制器（PLC）概述 .......................................................................... 7 3.2 STEP 7概述 ..................................................................................................... 9 3.3 状态法编程概述 ............................................................................................ 10 4 磨矿环节及其梯形图程序设计 .............................................................................. 12

4.1 磨矿环节控制流程 ........................................................................................ 14

4.1.1 远程控制 .............................................................................................. 15 4.1.2 现场控制 .............................................................................................. 16 4.1.3 系统启停顺序 ...................................................................................... 16 4.2 磨矿环节I/O点数统计及符号表 ................................................................ 17 4.3 磨矿环节PLC硬件系统组态和模块选型 .................................................. 23 4.4 磨矿环节梯形图程序 .................................................................................... 27

4.4.1 主循环程序块 OB1 ............................................................................ 27 4.4.2 模式控制程序块FC1 .......................................................................... 28 4.4.3 给料自动运行程序块 FC13 ............................................................... 30 4.4.4 手动模式程序块 FC114 ..................................................................... 32

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目 录 4.5 磨矿环节报警和复位 .................................................................................... 34

4.5.1料位报警程序块FB141 ....................................................................... 34 4.5.2给水报警程序块FB142 ....................................................................... 35 4.5.3磨机报警程序块FB143 ....................................................................... 37 4.6 磨矿环节模拟量处理 .................................................................................... 41

4.6.1 磨矿环节模拟量处理 .......................................................................... 41 4.6.2皮带秤压力信号标度变换模块FB101 ............................................... 43 4.6.3模拟量输入转换程序块FB102 ........................................................... 45 4.6.4模拟量输出转换程序块FB191 ........................................................... 47 4.7 磨矿环节PID 控制 ...................................................................................... 48 5 选矿厂磨矿环节系统模拟运行 .............................................................................. 55

5.1 WinCC 6.0组态监控软件简介 .................................................................. 55 5.2 S7-PLCSIM仿真软件简介 ............................................................................ 55 5.3 系统模拟运行 ................................................................................................ 56 结 论 ........................................................................................................................ 60 参考文献 ...................................................................................................................... 61 谢 辞 ........................................................................................................................ 62

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0引 言 0 引 言

选矿是根据矿石中不同矿物的物理、化学性质，把矿石破碎磨细以后，采用重选法、浮选法、磁选法、电选法等，将有用矿物与脉石矿物分开，并使各种共生的有用矿物尽可能相互分离，除去或降低有害杂质，以获得冶炼或其他工业所需原料的过程。选矿使有用组分富集，减少冶炼或其他加工过程中的燃料、运输等的消耗，使低品位的贫矿石能得到经济利用。

国内的一些选矿厂设备单一、陈旧，选矿技术落后，采用粗放的发展模式，生产力十分有限。随着计算机技术，自动控制技术，检测技术，等科学技术的发展，对选矿中的的破碎、磨碎、分级、选别、过滤脱水、精矿出厂和尾矿处理等过程进行的自动控制。实现选矿生产过程自动化，可以大大提高劳动生产率，提高选矿回收率和精矿品位，改善劳动条件，降低药剂和电能的消耗。使选矿生产更加经济合理。

选矿综合自动化系统的投入可以大大提高企业的经济效益和社会效益，提高企业的装备技术水平，提高企业的管理水平。通过选矿综合自动化系统的实施，可以提高产品产量、质量以及合格率，降低能源消耗，减少设备维护费用，缩短设备检修时间，提高设备运转率，提高劳动生产率，减少岗位人员的数量，降低环境污染等。[1]

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河北联合大学轻工学院 1 绪 论

1.1 磁铁矿选矿介绍

磁铁矿在我国铁矿物的储量中占了很大的比例，达到了48.8％。找出合理的选矿工艺及选矿设备来处理磁铁矿物对于我们国家矿山的发展及整个钢铁业的发展都有着极为重要的意义。近年来我国的选矿工作者经过了不懈的努力使磁铁矿选矿工艺及设备有了很大的发展，铁精矿品位有了很大的提高。个别选矿厂已经达到了70％，全国平均提高了l％以上；而且杂质含量明显下降，有的选矿厂应用单一磁选法把二氧化硅含量降到了2％以下。 但选矿行业仍存在以下问题： 磨矿产品细度不尽合理； 磨矿设备单一；选别作业存在问题；[2]

1.2 选矿工艺及设备介绍

选矿工艺技术与选矿设备的发展是同步的，设备的技术水平不仅是工艺水平的最好体现，其生产技术状态也直接影响着生产过程、产品的质量和数量以及综合经济效益。 （1） 破碎筛分工艺

破碎是大块物料在机械力作用下粒度变小的过程。破碎是矿物加工过程的重要环节。破碎可分为四个阶段：破碎、超细破碎、超微破碎。破碎过程是高能耗的作业，破碎过程的基本原则是“多碎少磨”。现在工业中应用的破碎设备种类繁多，其分类方法也有多种。破碎设备可按工作原理和结构特征划分为：颚式破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎机、冲击式破碎机等。

振动筛是工业中普遍采用的一种筛子，应用范围广，适用于中、细碎的预先和检查筛分。根据筛框运动轨迹特点，可分为圆运动振动筛和直线振动运动筛两类。前者包括单轴惯性振动筛、自定中心振动筛和重型振动筛；后者包括双轴惯性振动筛和共振筛，按筛网层数还可以分为单层筛和双层筛两类。 （2）磨矿工艺

对选矿而言，采用一段或两段磨矿，便可经济地把矿石磨至选矿所需要的任何粒度。两段以上的磨矿，通常是由进行阶段选别的要求决定的。 1.球磨机

各种规格子型球磨机的构造基本相同，球磨机的筒体用厚约18～36毫米的钢板卷制焊成，它的两端焊有铸钢制的法兰盘 ，筒体内装有衬板，用锰钢、铬钢、耐磨铸铁或橡胶等材料制成，其中高锰钢应用较广，使用橡胶尚处于试制阶

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1 绪 论 段。衬板厚约50～130毫米，与筒壳之间有10～14毫米的间隙，用胶合板、石棉

垫、或塑料极或橡皮铺在其中，用来减缓钢球对简体的冲击。 2.棒磨机

目前选矿厂使用的棒磨机，只有溢流型和开口型两种，前者用得较普遍，后者现已停止制造。棒磨机的构造与溢流型球磨机大致相同。所用磨矿介质为长圆棒。

3.螺旋分级机

螺旋分级机是借助于固体粒大小不同，比重不同，因而在液体中的沉降速度不同的原理，细矿粒浮游在水中成溢流出，粗矿粒沉于槽底。由螺旋推向上部排出，来进行机械分级的一种分级设备，能把磨机内磨出的料粉级于过滤，然后把粗料利用螺旋片旋片旋入磨机进料口，把过滤出的细料从溢流管子排出。该机底座采用槽钢，机体采用钢板焊接而成。螺旋轴的入水头、轴头、采用生铁套，耐磨耐用，提升装置分电动和手动两种。 （3）磁选工艺

磁选机的工作原理：

矿浆经给矿箱流入槽体后，在给矿喷水管的水流作用下，矿粒呈松散状态进入槽体的给矿区。在磁场的作用，磁性矿粒发生磁聚而形成“磁团”或“磁链”，“磁团”或“磁链”在矿浆中受磁力作用，向磁极运动，而被吸附在圆筒上。由于磁极的极性沿圆筒旋转方向是交替排列的，并且在工作时固定不动，“磁团”或“磁链”在随圆筒旋转时，由于磁极交替而产生磁搅拌现象，被夹杂在“磁团”或“磁链”中的脉石等非磁性矿物在翻动中脱落下来，最终被吸在圆筒表面的“磁团”或“磁莲”即是精矿。精矿随圆筒转到磁系边缘磁力最弱处，在卸矿水管喷出的冲洗水流作用下被卸到精矿槽中。非磁性或弱磁性矿物被留在矿浆中随矿浆排出槽外，即是尾矿。[3]

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河北联合大学轻工学院 2 选矿厂自动化系统总体设计方案

2.1 系统总体设计思想

选矿自动化主要围绕提高产量与品位，节能降耗，增加效益为目标。选矿自动化系统是指运用各种自动控制技术完成破碎筛分、磨矿、分级、选别、浓缩脱水、过滤、精矿输送等工序，从而筛选出高质量精矿的控制系统。稳定性、准确性是系统必备的要素。该系统在工业生产中常以可编程控制器（PLC）来完成控制功能。在工业生产中大力开发使用PLC完成控制功能的选矿自动化系统是非常必要的。[3,4]本设计正是完成基于PLC为控制器的选矿厂综合自动化系统设计。

2.2 系统的基本功能

（1） 上位机监视、控制、操作系统的功能； （2） 中控室操作台— 操作、控制系统的单个设备启停的功能； （3） 手动模式—操作台控制的功能； （4） 自动模式—上位机控制的功能； （5） 现场模式—现场控制柜控制的功能； （6） 自动模式下故障的自动检测和报警；

（7） 关键设备电机的轴温、电流等参数的上位机显示和报警功能； （8） 磨矿环节给水量的PID闭环调节功能； （9） 磨矿环节给料量的PID闭环调节功能；

2.3 系统的组成环节

本设计按照实际情况将选矿厂分为破碎和磨矿两个独立的环节，但两个环

节又以传送皮带和物料缓冲仓为纽带构成一个整体的选矿厂系统。

设计时本着“集中管理,分散控制”为原则,分别将每个环节分为三个紧密的部分：

第一部分 上位机（工业控制计算机）

由工业控制计算机作为系统主机，上位机中央控制系统,包括1台工业控制机,显示器,UPS电源,打印机和操作键盘等是系统的中枢,它接收下位机的信号,除显示打印存储外,还按照程序要求回馈下位机运行方式和数据。 第二部分 下位机（S7—300 PLC）

下位机采用抵抗工业恶劣环境能力强且可靠性高的S7—300 PLC实现。

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2 选矿厂自动化系统总体设计方案 第三部分 生产车间

上位机和下位机通过MPI总线联系通信；下位机和生产车间设备则通过数据电缆通信；这样这三个部分便构成了整个生产管理及控制体系。上位机系统完成数据集中管理任务。下位机系统用于采集和处理各种信号,并输入上位机,完成独立系统的分散控制功能。[4,6]

图2—1 系统组成示意图

2.4 现场控制与远程控制

现场设备控制柜设有启停等操作按钮，为继电接触器控制系统； 远程中控室设置操作台和上位机，操作台上分别设置每个设备的启停等操

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河北联合大学轻工学院 作按钮，这些操作按钮连接PLC输入端，由按钮通过PLC控制设备运行；

远程中控室设置操作台设有“现场”和“手动”和“自动”切换开关： 当开关放在“现场”位置时远程中央控制失效，由操作员现场本地操作控制；

当开关放在“手动”位置时，操作员可通过中控室操作台人工操作控制系统运行；

当开关放在“自动”位置时，操作员可通过中控室上位机组态监控软件Wincc操作控制系统。

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3 可编程控制器和软件系统概述 3 可编程控制器和软件系统概述

3.1 可编程控制器（PLC）概述

（1）PLC的由来和特点

1969年，美国数字设备公司(DEC) 研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。

多年来，可编程控制器(以下简称PLC)从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃，其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都己大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。[5] 1.高可靠性；

2.丰富的I/O接口模块；

3.采用模块化结构为了适应各种工业控制需要； 4.编程简单易学； 5.安装简单，维修方便； （2） PLC的应用

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。目前，PLC使用情况主要分为如下几类： 1.开关量逻辑控制

取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2.工业过程控制

在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量)，PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得

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河北联合大学轻工学院 较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 3.运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4.数据处理

PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、造纸、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 5.通信及联网

PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。[17] （3）S7-300的组成

西门子S7系列PLC产品中S7-200是针对低性能要求的小型PLC，S7-300是模块式中小型PLC，最多可以扩展32个模块，S7-400是大型PLC，可以扩展300多个模块。S7-300/400可以组成MPI, PROFIBUS和工业以太网等。[5]

S7-300主要组成部分有：导轨、中央处理单元模板、接口模板(IM)、信号模板(SM)、功能模板(FM)等。S7－300组成如下图所示。[7]

图3—1 S7-300组成

1.负载电源模块(PS)：用于将S7-300连接到120/230V交流电源，或24V等直流电源。

2.中央处理单元(CPU)：不同的CPU有不同的性能，有的CPU上集成有I/O点，有的CPU上集成有PROFIBUS－DP通讯接口等。 3.信号模块(SM)：用于数字量和模拟量输入/输出。 4.通讯处理器(DP)：用于连接网络和点对点连接

5.功能模块(FM)：用于高速计数，定位操作(开环或闭环定位)和闭环控制。 6.接口模块(IM)：用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架(ER)。S7-300 通过分布式的主机架(CR)和3个扩展机架(ER)，可以操作多达32个模块。

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3 可编程控制器和软件系统概述 3.2 STEP 7概述

PLC控制软件使用西门子STEP7软件开发，STEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器的组态和编程的标准软件包。标准软件包运行在操作系统Windows下并与Windows的图形对象和面向对象的操作原则相匹配。标准软件包的功能： 标准软件支持自动任务创建过程的各个阶段 。基于此，本设计选用STEP7 V5.3进行程序开发。STEP 7 包括以下组件：

1.SIMATIC管理器，用于集中管理所有工具以及自动化项目数据； 2.程序编辑器，用于以LAD、FBD和STL语言生成用户程序； 3.符号编辑器，用于管理全局变量； 4.硬件组态，用于组态和参数化硬件； 5.硬件诊断，用于诊断自动化系统的状态； （1）STEP 7中PLC程序的基本结构

本系统的PLC软件采用了STEP 7语言中的类似于一般高级语言子程序的功能，STEP 7将用户程序分成不同的块类型。程序块分为两大类：系统块和用户块。系统块是存储在CPU操作系统中预定义的功能或功能块，可以被用户程序调用。用户块也称程序块，是提供给用户用于管理用户程序代码和数据的区域。用户块包括：

OB：组织块； FB：功能块； FC：功能； DB：数据块。

主程序可以放入“组织块”(0B)中，而子程序可以放入“功能块”(FB或FC)中。OB1是主程序，通过\调用语句，依次调用各模块，达到组织整个程序的目的。PLC采用循环执行用户程序的方式。OB1是用于循环处理的组织块(主程序)，它可以调用别的逻辑块，或被中断程序(组织块)中断。在起动完成后，不断地循环调用OB1，在OB1中可以调用其它逻辑块(FB, SFB, FC或SFC) 。循环程序处理过程可以被某些事件中断。

在循环程序处理过程中，CPU并不直接访问I/O模块中的输入地址区和输出地址区，而是访问CPU内部的输入/输出过程映像区。批量输入、批量输出。 （2）STEP 7的编程语言

在标准的 STEP 7 软件包中包括LAD、FBD、STL这几种编程语言表示类型，也可购买作为可选软件包的其它的编程语言。

梯形图LD(Ladder diagram)：西门子简称为LAD。图形编程语言梯形逻辑

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河北联合大学轻工学院 是基于电路图表示法的基础之上，在程序段中将电路图中的元素如常开触点和常闭触点组合而成。一个逻辑块的程序部分由一段或多段程序组成。梯形逻辑编程语言包含在 STEP 7 标准软件包中。梯形逻辑程序是用增量编辑器生成。梯形逻辑程序是用增量编辑器生成。[18]

在本设计中，主要选择梯形图LAD编程。

3.3 状态法编程概述

状态法编程的思想来源于—“顺序控制继电器指令” ，而顺序控制继电器指令也称状态器，顺序控制继电器指令也用于步进顺序控制指令。状态法编程的可以这样描述：对于较为复杂的控制过程，可将它分割为一个个小的状态，分别对每个小的状态编程后，再根据这些小状态的联系将程序连接起来，用以实现总的控制任务。状态法指令就是针对小状态及小状态指令的联系安排的。每段小程序开头的第一个内部点置位（得电）则标志着该状态程序段的开始，每段小程序最后一个相应内部点复位（失电）则标志着该程序段的结束。

图3—2 状态法编程示例

状态法编程如上图所示：当M0.1置位（得电）时，该段小程序运行，首先将M10.0置位，若内部点M10.0驱动输出点Q8.0则这时Q8.0得电，同时Q8.0驱动的接触器也得电同时该继电器驱动的设备也相应得电运行。这时延时5秒，等待接触器的返回信号（辅助触点做返回信号），若正常情况下接触器得电的同

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3 可编程控制器和软件系统概述 时，相应辅助触点也得电返回信号，那么5秒钟之后，置位下一个状态M0.2(得电)，同时复位本状态M0.1（失电），若非正常情况，接触器无返回信号则证明接触器无动作，设备也相应的无动作出现故障，那么内部点M11.0和M3.6得电，其中M11.0驱动报警，M3.6置位该状态表示顺序停止。与此同时复位M0.1(失电)，本状态程序段运行结束。这就是状态法编程的基本步骤和基本思想。

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河北联合大学轻工学院 4 磨矿环节及其梯形图程序设计

磨矿、分级过程的自动控制是一个比较复杂的控制过程，我们通过对给矿量的调节、各加水点加水量的控制来实现两段球磨（棒磨）机磨矿浓度的控制，使矿浆的粒度达到工艺要求的指标，并在保证粒度的前提下，实现磨机处理量的最佳化。

磨矿分级自动控制系统有降低电能、钢球（钢棒）的损耗，提高金属的回收率，提高磨机的处理量，提高分级溢流粒度的合格率，降低工人的劳动强度等特点，是选矿综合自动化控制系统中非常重要的子系统。磨矿环节工艺流程图如下图：

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4 磨矿环节及其梯形图程序设计

加水阀一段磨浓度计磨头筛物料缓冲仓螺旋分级机圆盘给料装料仓置筛下物1#皮带尾矿和杂质脱水机二段磨浓度计磨头筛二磁矿浆泵磨机功率磨音轴温尾矿和杂质尾矿回收机脱磁器磁聚机重力磁选机三磁四磁吸干机一磁筛上物高频筛或振网筛精矿2#皮带杂质图4-1 磨矿环节工艺流程图

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河北联合大学轻工学院 4.1 磨矿环节控制流程

如同破碎环节一样，在磨矿环节的车间设置中控室，中控室设操作台，操作台上分布各个设备的启停控制按钮和指示灯。系统启动之前，操作员首先应在操作台上选择“自动” 、“手动” 或“现场”三个操作模式中的一个。

图4-2 磨矿环节布局示意图

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4 磨矿环节及其梯形图程序设计

图4-3 磨矿环节系统启动说明图

启动前准备

磨矿中控室向现场发启动前问询信号，现场操作人员收到信号后： 检查料仓出料进磨皮带是否有堆积并清除； 分别检查两个磨机润滑油油质如何并开启油泵；

以上工作做好后，现场操作员向中控室发响应信号，当磨矿中控室操作员收到现场响应信号后首先在操作台上选择操作模式，准备启动系统。

4.1.1 远程控制

当选择“自动”模式时，操作台上控制按钮开关等失效且现场的控制柜上只有急停按钮起作用，其他控制按钮失效。操作员可在上位机上通过WinCC组态监控界上一键控制系统的启停。并且该模式具有自动检测故障，报警的功能。显示器和上位机分别置于操作台上，在上位机上通过STEP 7软件编写好程序后经通信电缆（MPI）下载到下位机PLC里。现场的仪表柜和控制柜通过信号电缆将输入信号给PLC，PLC又通过MPI传给上位机，通过WinCC组态监控界面里显示出设备的运行/停止状态和一些关键设备的参数，如电流、电压、温度等。

当选择“手动”模式时，上位机操作和现场操作均失效。操作员只有在操作台上通过设置的按钮开关来控制设备的运行。该模式是为了集中调试方便而

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河北联合大学轻工学院 使用。

4.1.2 现场控制

当选择“现场”模式时，上位机和操作台操作均失效，操作员只有在现场通过现场控制柜上的按钮控制设备运行。

该模式是为了现场调试方便而使用。这时，现场控制柜上的急停按钮有效，可供现场操作员及时处理事故时紧急停车使用。

4.1.3 系统启停顺序

图4-4 磨矿环节系统启停顺序

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4 磨矿环节及其梯形图程序设计 4.2 磨矿环节I/O点数统计及符号表

表4-1磨矿环节I/O点数统计及符号表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 符号名 MC SM HandRun AM FaultRecovery EStAlarm FaultAlarm AlarmReset AllReset DebugFz StopMode TapeRunMode AutoRunMode HandRunMode PreStopSubMode TapeRun TapeStop TapePulse TapeStepOn TapeStep0 TapeStep1 TapeStep2 AutoRunStep1 AutoRunStep2 AutoRunStep3 AutoRunStep4 AutoPulse AutoRunStepOn AutoRunStep0 I/O地址 类型 M0.0 M0.1 M0.2 M0.3 M1.0 M1.1 M1.2 M1.3 M1.4 M2.0 BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL 注释 模式切换 现场模式 手动运行命令 自动模式 中控室操作台故障恢复 中控室操作台紧急停车 中控室操作台故障报警 中控室操作台报警复位 中控室操作台总复位 仿真 停止模式 皮带自动运行模式 自动运行模式 手动模式 预停子模式 皮带自动运行命令 皮带自动停止命令 皮带启动脉冲 皮带启动条件 自动控制皮带操作0 自动控制皮带操作1 自动控制皮带操作2 自动运行步骤1 自动运行步骤2 自动运行步骤3 自动运行步骤4 计算机运行脉冲 计算机运行条件 自动运行步骤0 M10.0 BOOL M10.1 BOOL M10.2 BOOL M10.3 BOOL M10.4 BOOL M11.0 BOOL M11.1 BOOL M12.0 BOOL M12.1 BOOL M12.2 BOOL M12.3 BOOL M12.4 BOOL M13.0 BOOL M13.1 BOOL M13.2 BOOL M13.3 BOOL M14.2 BOOL M14.3 BOOL M14.4 BOOL -17-

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30 31 32 33 34 35 Stop AutoRun AutoStop DiscFeedStop_c DiscFeedRun_c M20.0 BOOL M20.1 BOOL M20.2 BOOL 计算机停止命令 计算机自动运行命令 计算机自动停止命令 M21.0 BOOL 圆盘给料电机中控室操作台停止 M21.1 BOOL 圆盘给料电机中控室操作台启动 圆盘给料电机启停 DiscFeedMotorOut M21.2 BOOL 36 DiscFeedMotorState M21.3 BOOL 圆盘给料电机运行状态返回信号 37 38 39 Mill_WaterPipeOut M23.2 BOOL Mill_WaterRun_c_1 M23.3 BOOL Mill_WaterRun_c_1 M23.4 BOOL 进水阀门启停 进水阀门启动 进水阀门停止 进水阀门状态返回 一段磨电机中控室停止 一段磨电机中控室启动 一段磨电机启停 一段磨电机启动返回信号 一段磨电机运行 一段磨电机运行状态返回信号 一段磨电机紧急停车 一段磨电机过载 40 Mill_WaterPipeState M23.5 BOOL 41 42 43 44 45 46 47 48 49 MillStop_c_1 MillRun_c_1 MillMotorOut_1 MillRunState_1 MillMotoOn_1 MillOnState_1 MillMotorES_1 MillMotorFR_1 Mill_DewaterStop_c_2 M25.0 BOOL M25.1 BOOL M25.2 BOOL M25.3 BOOL M25.4 BOOL M25.5 BOOL M25.6 BOOL M25.7 BOOL M27.0 BOOL 二段磨前脱水机中控室操作台停止 50 Mill_DewaterRun_c_2 M27.1 BOOL 二段磨前脱水机中控室操作台启动 51 Mill_DewaterOut_2 M27.2 BOOL 二段磨前脱水机电机启停 二段磨前脱水机电机运行状态返回信号 二段磨电机中控室操作台停止 二段磨电机中控室操作台启动 二段磨电机启停 二段磨电机启动返回信号 二段磨电机运行 二段磨电机运行状态返回信号 二段磨电机紧急停车 52 Mill_DewaterState_2 M27.3 BOOL 53 54 55 56 57 58 59 MillStop_c_2 MillRun_c_2 MillMotorOut_2 MillRunState_2 MillMotoOn_2 MillOnState_2 MillMotorES_2 M28.0 BOOL M28.1 BOOL M28.2 BOOL M28.3 BOOL M28.4 BOOL M28.5 BOOL M28.6 BOOL -18-

4 磨矿环节及其梯形图程序设计 60 61 62 63 64 65 66 67 MillMotorFR_2 M28.7 BOOL 二段磨电机过载 磁选机停止模式 磁选机手动模式 磁选机顺序启动模式 磁选机计算机启动 磁选机计算机停止 MagneticStopMode M30.0 BOOL MagneticHandMode M30.1 BOOL MagneticSxqMode M30.2 BOOL MagneticRUN MagneticSTOP M30.4 BOOL M30.5 BOOL MagneticStop_c_1 M31.0 BOOL 1#磁选机电机中控室操作台停止 MagneticRun_c_1 M31.1 BOOL 1#磁选机电机中控室操作台启动 1#磁选机电机启停 68 MagneticMotorOut_1 M31.2 BOOL 69 70 71 73 74 75 MagneticState_1 M31.3 BOOL 1#磁选机电机运行状态返回信号 MagneticStop_c_2 M32.0 BOOL 2#磁选机电机中控室操作台停止 MagneticRun_c_2 M32.1 BOOL 2#磁选机电机中控室操作台启动 2#磁选机电机启停 MagneticState_2 M32.3 BOOL 2#磁选机电机运行状态返回信号 MagneticStop_c_3 M33.0 BOOL 3#磁选机电机中控室操作台停止 MagneticRun_c_3 M33.1 BOOL 3#磁选机电机中控室操作台启动 3#磁选机电机启停 72 MagneticMotorOut_2 M32.2 BOOL 76 MagneticMotorOut_3 M33.2 BOOL 77 78 79 MagneticState_3 M33.3 BOOL 3#磁选机电机运行状态返回信号 MagneticStop_c_4 M34.0 BOOL 4#磁选机电机中控室操作台停止 MagneticRun_c_4 M34.1 BOOL 4#磁选机电机中控室操作台启动 4#磁选机电机启停 80 MagneticMotorOut_4 M34.2 BOOL 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 92 93 GraMagStop_c GraMagRun_c GraMagMotorOut MagneticState_4 M34.3 BOOL 4#磁选机电机运行状态返回信号 M36.0 BOOL 重力磁选机电机中控室操作台停止 M36.1 BOOL 重力磁选机电机中控室操作台启动 M36.2 BOOL 重力磁选机电机启停 GraMagMotorState M36.3 BOOL 重力磁选机电机运行状态返回信号 MagneticStep1 MagneticStep2 MagneticStep3 MagneticStep4 MagneticStep5 MagneticStep6 MagneticStep7 M37.0 BOOL M37.1 BOOL M37.2 BOOL M37.3 BOOL M37.4 BOOL M37.5 BOOL M37.6 BOOL -19-

磁选机顺序启动步骤1 磁选机顺序启动步骤2 磁选机顺序启动步骤3 磁选机顺序启动步骤4 磁选机顺序启动步骤5 磁选机顺序启动步骤6 磁选机顺序启动步骤7

河北联合大学轻工学院 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 MagneticStep8 MagneticStep9 MagneticStep10 MagneticPulse MagneticStepOn MagneticStep0 MagneticStep11 MagneticStep12 MagneticStep13 MagneticStep14 MagneticStep15 BeltStop_c_9 BeltRun_c_9 BeltMotorOut_9 M37.7 BOOL M38.0 BOOL M38.1 BOOL M38.2 BOOL M38.3 BOOL M38.4 BOOL M38.5 BOOL M38.6 BOOL M38.7 BOOL M39.0 BOOL M39.1 BOOL M41.0 BOOL M41.1 BOOL M41.2 BOOL 磁选机顺序启动步骤8 磁选机顺序启动步骤9 磁选机顺序启动步骤10 磁选机脉冲信号 磁选机启动条件 磁选机顺序启动步骤0 磁选机顺序启动步骤11 磁选机顺序启动步骤12 磁选机顺序启动步骤13 磁选机顺序启动步骤14 磁选机顺序启动步骤15 9#皮带电机中控室操作台停止 9#皮带电机中控室操作台启动 9#皮带电机启停 9#皮带电机运行状态返回信号 BeltMotorState_9 M41.3 BOOL BeltStop_c_10 BeltRun_c_10 M42.0 BOOL 10#皮带电机中控室操作台停止 M42.1 BOOL 10#皮带电机中控室操作台启动 10#皮带电机启停 皮带秤流量信号 皮带测皮步骤0 皮带测皮 皮带测皮结束 皮带测皮脉冲 累积量清零 皮带机手动模式 皮带机停止模式 BeltMotorOut_10 M42.2 BOOL BeltTraffic_9 MeasureStep0 MeasureMode endMeasure MeasurePulse Init_Total TapeHandMode TapeStopMode M43.0 BOOL M43.1 BOOL M43.2 BOOL M43.3 BOOL M43.4 BOOL M43.5 BOOL M45.0 BOOL M45.1 BOOL 112 BeltMotorState_10 M42.3 BOOL 10#皮带电机运行状态返回信号 ClassifierStop_c M51.0 BOOL 螺旋分级电机中控室操作台停止 ClassifierRun_c M51.1 BOOL 螺旋分级电机中控室操作台启动 螺旋分级电机启停 振网筛电机中控室操作台停止 振网筛电机中控室操作台启动 123 ClassifierMotorOut M51.2 BOOL 124 125 126 VsieveStop_c VsieveRun_c M52.0 BOOL M52.1 BOOL -20-

ClassifierState M51.3 BOOL 螺旋分级电机运行状态返回信号 4 磨矿环节及其梯形图程序设计 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 VSieveMotorOut VSieveState DemagStop_c DemagRun_c DemagMotorOut DemagState DryStop_c DryRun_c DryMotorOut DryState RecoveryStop_c RecoveryRun_c RecoveryMotorOut RecoveryState M52.2 BOOL 振网筛电机启停 M52.3 BOOL 振网筛电机运行状态返回信号 M53.0 BOOL 脱磁器电机中控室操作台停止 M53.1 BOOL 脱磁器电机中控室操作台启动 M53.2 BOOL M53.3 BOOL 脱磁器电机启停 脱磁器电机运行状态返回信号 M54.0 BOOL 吸干机电机中控室操作台停止 M54.1 BOOL 吸干机电机中控室操作台启动 M54.2 BOOL 吸干机电机启停 M54.3 BOOL 吸干机电机运行状态返回信号 M55.0 BOOL 回收机电机中控室操作台停止 M55.1 BOOL 回收机电机中控室操作台启动 M55.2 BOOL 回收机电机启停 M55.3 BOOL 回收机电机运行状态返回信号 1#磁选机矿浆泵中控室操作台停止 1#磁选机矿浆泵中控室操作台启动 1#磁选机矿浆泵启停 1#磁选机矿浆泵运行状态返回信号 2#磁选机矿浆泵中控室操作台停止 2#磁选机矿浆泵中控室操作台启动 2#磁选机矿浆泵启停 2#磁选机矿浆泵运行状态返回信号 Mag_SluPumpStop_c_1 M56.0 BOOL Mag_SluPumpRun_c_1 M56.1 BOOL 143 Mag_SluPumpMotorOut_1 M56.2 BOOL 144 145 146 Mag_SluPumpState_1 M56.3 BOOL Mag_SluPumpStop_c_2 M57.0 BOOL Mag_SluPumpRun_c_2 M57.1 BOOL 147 Mag_SluPumpMotorOut_2 M57.2 BOOL 148

Mag_SluPumpState_2 M57.3 BOOL -21-

河北联合大学轻工学院 149 150 151 152 153 154 GraMag_SluPumpStop_c GraMag_SluPumpRun_c GraMag_SluPumpMotorOut GraMag_SluPumpState Recovery_SluPumpStop_c Recovery_SluPumpRun_c M58.0 BOOL M58.1 BOOL 重力磁选机矿浆泵中控室操作台停止 重力磁选机矿浆泵中控室操作台启动 M58.2 BOOL 重力磁选机矿浆泵启停 M58.3 BOOL M59.0 BOOL M59.1 BOOL 重力磁选机矿浆泵运行状态返回信号 回收矿浆泵中控室操作台停止 回收矿浆泵中控室操作台启动 回收矿浆泵启停 回收矿浆泵运行状态返回信号 尾矿泵电机中控室操作台停止 尾矿泵电机中控室操作台启动 尾矿泵电机启停 尾矿泵电机运行状态返回信号 真空泵电机中控室操作台停止 真空泵电机中控室操作台启动 真空泵电机启停 真空泵电机运行状态返回信号 料仓料位过高报警 料仓料位过低报警 155 Recovery_SluPumpMotorOut M59.2 BOOL 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 Recovery_SluPumpState TailPumpStop_c TailPumpRun_c TailPumpMotorOut TailPumpState Dry_VacPumpStop_c Dry_VacPumpRun_c Dry_VacPumpMotorOut Dry_VacPumpState LevelHighAlarm LevelLowAlarm LevelHighAlarmPulse LevelLowAlarmPulse WaterFlowHighAlarm M59.3 BOOL M60.0 BOOL M60.1 BOOL M60.2 BOOL M60.3 BOOL M61.0 BOOL M61.1 BOOL M61.2 BOOL M61.3 BOOL M70.0 BOOL M70.1 BOOL M70.2 BOOL 料仓料位过高报警脉冲 M70.3 BOOL 料仓料位过低报警脉冲 M71.0 BOOL 进水流量过高报警 -22-

4 磨矿环节及其梯形图程序设计 170 WaterFlowLowAlarm M71.1 BOOL 进水流量过低报警 171 WaterFlowHighAlarmPulse M71.2 BOOL 进水流量过高报警脉冲 172 173 WaterFlowLowAlarmPulse MillMotorAlarm M71.3 BOOL 进水流量过低报警脉冲 M72.0 BOOL 磨机报警 174 MillCurrentAlarmPulse_1 M72.1 BOOL 一段磨机电流报警脉冲 175 MillRodTempAlarmPulse_1 M72.2 BOOL 一段磨机轴温报警脉冲 176 MillCurrentAlarmPulse_2 M72.3 BOOL 二段磨机电流报警脉冲 177 MillRodTempAlarmPulse_2 M72.4 BOOL 二段磨机轴温报警脉冲 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 BeltScalePressure MillMotorCurrent_1 MillRodTemp_1 MillSound_1 MillMotorCurrent_2 MillRodTemp_2 MillSound_2 WaterOpenSet Mill_WaterFlow_1 DiscFeedLevel Mill_WaterPipeOut_1 DiscFeedBpqOut PIW100 WORD PIW102 WORD PIW104 WORD PIW106 WORD PIW108 WORD PIW110 WORD PIW112 WORD PIW114 WORD PIW128 WORD PIW130 WORD PIW200 WORD PIW202 WORD 皮带秤压力信号 一段磨电机电流 一段磨电机轴温 一段磨电机磨音 二段磨电机电流 二段磨电机轴温 二段磨电机磨音 水阀开度设定 进水流量 料仓料位信号 进水阀门开度 给料变频器压频输出 4.3 磨矿环节PLC硬件系统组态和模块选型

（1）电源模块的选型

S7-300需要24V直流电源。PS307负载电源模块将120V或230V交流电压转变为24V直流工作电压。24V直流电源用来为SIMATIC S7-300和传感器及执行元件供电。电源模块安装在 DIN导轨上(插槽1)，紧靠在CPU或IM 361(扩展机架上)的左侧。使用电源连接器 (已包括)连接到的CPU或IM 361上。本阶段选用电源模块为PS 307 5A 。 （2）CPU模块的选型

根据被控对象的I/O点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功能等方面的考虑，选用SIEMENS公司的S7-300系列PLC的CPU为315-2DP。CPU315－2DP是唯一带现场总线（PROFIBUS）SINEC L2-DP界面的CPU模板，具有48KB的RAM, 80KB的装载存储器，可用存储卡扩充装载存存储容量最大到512KB。最大可扩

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展1024点数字量或128个模拟量。（3）数字量输入模块的选型

数字I/O模块包括用于SIMATIC S7-300的数字输入和输出。通过这些模块，可将数字传感器和执行元件与SIMATIC S7-300相连。

SM321数字量输入模板将现场送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平，有四种型号模板可供选择，即直流16点输入，直流32点输入，交流8点输入，交流32点输入。因为磨矿阶段统计出 DI=73点，所以选直流32点输入的SM321数字量输入模块 3块。 （4）数字量输出模块的选型

SM322数字量输出模板将S7-300内部信号电平转换成所要求的外部信号电平，可直接驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等。因为磨矿阶段统计出 DO=24点，所以选择交直流16点继电器输出SM322数字量输出模块 2块。

（5）模拟量输入模块的选型

S7-300的模拟输入/输出模块用于完成包含模拟过程信号的较复杂任务；用于连接不带附加放大器的模拟执行元件和传感器模拟I/O模块包括用于S7-300的模拟输入和输出模块。通过这些模块可将模拟传感器和执行元件与S7-300相连。

SIMATIC S7-300的模拟输入用于连接电压和电流传感器、热电耦、电阻器和电阻式温度计。SM331模拟输入模块将扩展过程中的模拟信号转化为S7-300内部处理用的数字信号。电压和电流传感器、热电耦、电阻和电阻式温度计均可作为传感器与该模块相连。因为磨矿阶段统计出 AI=10点，所以本阶段选用SM331 AI 8×12位模拟量输入模块 2块。 （6）模拟量输出模块的选型

SIMATIC S7-300的模拟输出，用于连接模拟量调节器，执行机构；模拟输出模块将 S7-300的数字信号转换成控制需要的模拟量信号。因为磨矿阶段统计出 AO=2点，所以本阶段选用SM331 AO 4×12位模拟量输入模块1块。[11]

图4-5 PLC机架硬件组态示意图

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4 磨矿环节及其梯形图程序设计

图4-6 Step 7硬件组态示意图

图4-7 磨矿环节STEP 7编程界面

（1）OB1 主循环程序块； （2）OB35 中断循环程序块； （3）OB100 初始化程序块； （4）FB41 PID控制块； （5）FB100 检测调用块； （6）FB101 模拟量标度变换模块； （7）FB102 模拟量输入转换； （8）FB103 设备状态检测块； （9）FB110 手动运行调用块 （10）FB130 自动控制调用块； （11）FB131 PID计算块； （12）FB140 自动报警调用块 （13）FB141 料位报警； （14）FB142 给水报警； （15）FB143 磨机报警； （16）FB150累积量调用块；

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河北联合大学轻工学院 （17）FB151 累积量计算； （18）FB160 皮带测皮调用； （19）FB162 皮带测皮计算； （20）FB610 仿真调用块； （21）FB612 惯性仿真； （22）FC1 模式控制； （23）FC15 累积量清零； （24）FC111 磨机手动； （25）FC112 皮带手动； （26）FC113 磁选手动； （27）FC114 全局手动运行； （28）FC120 停止模式； （29）FC122 皮带停止； （30）FC123 磁选停止； （31）FC132 皮带自动； （32）FC133 磁选自动； （33）FC135 给料自动； （34）FC190 输出调用块； （35）FC191 模拟量输出转换； （36）FC611 手动运行返回仿真； （37）FC613 仿真数据初始化； （38）共享的数据块：DB10、DB13、DB15；

（39）FB的实例数据块：DB100、DB103、DB110、DB130、DB140、DB141、DB142、DB143、DB150、DB151、DB160、DB162、DB610、DB612、DB1002、DB1003、DB1004、DB1005、DB1007、DB1008、DB6121。

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4 磨矿环节及其梯形图程序设计 4.4 磨矿环节梯形图程序

4.4.1 主循环程序块 OB1

图4-8 调用模式控制程序

模式控制程序用来选择系统是否进入自动、手动、停止等模式，以执行相应的动作。

图4-9 调用自动运行程序

当通过模式控制程序使内部点M20.1得电后，内部点M10.2置位（得电），则

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河北联合大学轻工学院 系统调用自动模式程序块FB130。

图4-10 调用手动模式程序

“手动”模式一般情况为启动前设备调试或检修设备时临时调试使用。

4.4.2 模式控制程序块FC1

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4 磨矿环节及其梯形图程序设计

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河北联合大学轻工学院 图4-11 模式控制程序块FC1

在默认或者系统初次上电的情况下，系统置位停止模式，并复位其他模式，不执行任何动作。

4.4.3 给料自动运行程序块 FC13

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4 磨矿环节及其梯形图程序设计

图4-12 给料自动模式程序—系统启动指令

图4-13 给料自动模式程序—启动圆盘给料电机

由上段程序知，当操作员在上位机组态监控画面 WinCC上按下“给料启动”按钮时，内部点M20.1置位得电，进入本状态程序。

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河北联合大学轻工学院 内部点M20.1得电则立即使内部点M10.2置位（得电），进入给料自动运行模式。内部点M13.0置位（得电）同时接通定时器T51，定时器开始计时。2秒之后T51的常开点闭合,内部点M13.1置位（得电），同时内部点M13.0复位（失电），本步程序执行完毕，进入下一个步骤。以此类推，经过四步启动圆盘给料电机。

4.4.4 手动模式程序块 FC114

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4 磨矿环节及其梯形图程序设计

图4-14 手动模式程序

手动模式程序均采用“启动—保持—停止”程序模式，由外部操作台上的控制按钮I点输入操作控制内部点M，驱动输出Q点。从而控制相应设备。

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河北联合大学轻工学院 4.5 磨矿环节报警和复位

4.5.1料位报警程序块FB141

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4 磨矿环节及其梯形图程序设计

图4-15 料位报警处理程序

当料仓料位过高或者过低时，均会自动报警，只有料位在正常范围时不会报警。

4.5.2给水报警程序块FB142

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图4-16 给水报警处理程序

当给水流量过高或者过低时，均会自动报警，只有当水流量在正常范围时，才不会报警。

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4 磨矿环节及其梯形图程序设计 4.5.3磨机报警程序块FB143

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图 4-17 磨机报警处理程序

当磨机的电流过大或轴温过高的时候会自动使磨机进入急停状态，并且报警。

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4 磨矿环节及其梯形图程序设计

图4-18 报警处理程序

在磨矿环节中只有一个报警输出，在系统发生报警后，操作员必须认真查找出故障点并按下报警复位后才能启动系统。

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图4-19 复位处理程序

“BJFW”为全局变量，连接操作台报警复位输入按钮；M1.3为内部点，连接上位机WinCC组态监控界面报警复位按钮。

当操作员确定故障排除时，按下两个报警复位钮中任意一个即可复位内部中间点和报警输出线圈，消除报警。

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4 磨矿环节及其梯形图程序设计 4.6 磨矿环节模拟量处理

4.6.1 磨矿环节模拟量处理

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4 磨矿环节及其梯形图程序设计

图4-20 磨矿阶段模拟量处理程序

皮带秤的称重信号、给水的流量信号、料仓料位信号、磨机的电流、轴温、磨音信号通过模拟量输入模块SM331传入PLC，并经过此段程序处理后，显示在上位机界面。

4.6.2皮带秤压力信号标度变换模块FB101

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