選礦廠碎礦生產(chǎn)過程計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

1、 金屬礦山Series N o. 379 January 2008總 第 379期2008年第 1期M ETA LM INE選礦廠碎礦生產(chǎn)過程計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)李永倫2昌1李( 11 廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院; 21 東北大學(xué) )摘 要 根據(jù)選礦廠碎礦生產(chǎn)工藝的控制要求, 采用 PLC和工控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)了一套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。其中, 下位機(jī)采用 GE9030 PLC, 實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)設(shè)備操作的自動(dòng)控制, 聯(lián)鎖保護(hù), 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集等功能; 上位機(jī)監(jiān)控站采用 C itect組態(tài)軟件, 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了過程信息的集中顯示和處理, 還提供了生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)報(bào)表、在線操作指警監(jiān)測等較為全面的功能。實(shí)際運(yùn)行表明, 該系

2、統(tǒng)功能設(shè)計(jì)合理, 運(yùn)行可靠, 易于操作, 方便管理, 顯著提高了生產(chǎn)效率。 關(guān)鍵詞碎礦過程PLC 監(jiān)控系統(tǒng) 組態(tài)軟件Computer M onitoring System for Cru shing P rocess in ConcentratorsL i Chang1L iYong lun2( 1.Guangdong Vocational College of Science and T echnology; 2.N ortheas tern University )Abstrac t In light o f the requirement fo r the crush ing proce

3、ss contro l o f concentra tors, a computer contro l system w as developed by using PLC and industrial contro l configuration so ftware. GE9030 PLC w as adopted as slave computer to realize the autom atic contro l of the production equipm en,t inter locking pro tection and rea l tim e data co llectio

4、n; and ho st compu ter superv ision station adopted C itect configuration softw are to des ign and realize the concentrated d isp lay and processing o f process inform ation, and prov ide fu ll functions such as production data statistics, autom atic repo rt g eneration, on- line ope -r a tion gu id

5、ance, a larm ing and m on itoring. Th is sy stem has proved itself in rea l operation to be rationa l in system function design, re liable inoperation, easy to ope rate and conven ient for m anag emen,t and able to ev idently improve the productione fficiency.K eywords Crush ing process, PLC, M on i

6、tor ing system,Con figura tion softw are我國礦山企業(yè)要走出科技創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)效益好、可 持續(xù)發(fā)展的新型工業(yè)化道路, 實(shí)現(xiàn)和提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化水平是一個(gè)很重要的手段。國內(nèi)不少礦山企 業(yè)對此已經(jīng)有了充分認(rèn)識, 加快了自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用和改造的步伐。當(dāng)今自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展日新月異, 新產(chǎn)品新設(shè)備層出不窮, 可供選擇的方案很多。在市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境下的企業(yè), 出于自身?xiàng)l件和效益的考慮, 往往要求自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單, 功能實(shí)用, 操作可靠, 成本較低。優(yōu)先應(yīng)用在生產(chǎn)過程中有助于取得明顯效益的層次, 避免采用大型 DCS 帶來的系統(tǒng)復(fù)雜、投資大、運(yùn)營維護(hù)成本高的缺點(diǎn)。 在現(xiàn)階段采用可

7、編程控制器( PLC ) , 工控微機(jī)和組態(tài)軟件相搭配, 是滿足企業(yè)上述需求的優(yōu)選方案。PLC 技術(shù)成熟, 靈活通用, 價(jià)格低廉, 非常適合生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集和輸出控制; 工控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)人 /過程接口, 顯示工業(yè)流程及控制參數(shù), 直觀生動(dòng)。 這類系統(tǒng)不僅成本低, 而且開發(fā)周期短, 產(chǎn)出投入比高, 經(jīng)濟(jì)效益顯著。據(jù)此思想, 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)了一套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng), 應(yīng)用于某選礦廠碎礦生產(chǎn)過程自動(dòng)控制, 獲得了良好的效果。 1 工藝與控制要求碎礦工段采用三段一閉路流程, 如圖 1所示。原礦從原礦倉通過重型板式給礦機(jī)送入顎式破碎機(jī)進(jìn) 行粗碎, 然后由 1#皮帶給入標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)進(jìn)行中碎, 再由 2# 皮

8、帶給入振動(dòng)篩, 篩上產(chǎn)品經(jīng) 3# 皮帶返回短頭圓錐破碎機(jī)進(jìn)行細(xì)碎, 細(xì)碎產(chǎn)品匯入 2#皮帶, 與振動(dòng)篩構(gòu)成閉路; 篩下合格產(chǎn)品由 4# 皮帶送至粉礦倉。整條生產(chǎn)線分粗碎、中細(xì)碎、篩分和粉礦倉 4 個(gè)車間, 中間皮帶廊連接, 全長 120 m。 李 昌 ( 1972) ) , 男, 廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院機(jī)械與電子工程系, 工程師, 碩士, 519090 廣東省珠海市金灣區(qū)。 89# 金屬礦山總第 379期2008年第 1期3 系統(tǒng)配置根據(jù)生產(chǎn)線設(shè)備的布置情況和控制要求, 確定本監(jiān)控系統(tǒng)采用集中式的控制結(jié)構(gòu), 分為過程監(jiān)控站、PLC控制器、現(xiàn)場電氣驅(qū)動(dòng)和信號檢測 3部分。 圖 1 碎礦工段流程1-

9、 原礦倉; 2- 給礦機(jī); 3 - 顎式破碎機(jī); 4- 1# 皮帶;5- 圓錐破碎機(jī); 6 - 2#皮帶; 7- 3# 皮帶;8- 振動(dòng)篩; 9 - 4#皮帶; 10- 粉礦倉 碎礦生產(chǎn)過程在控制上主要是對破碎、篩分及輸 送設(shè)備的起 /?？刂?、聯(lián)鎖控制及保護(hù), 以及對設(shè) 備運(yùn)行狀態(tài)和關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測記錄。由于作業(yè)線長, 粉塵、噪音污染大, 要求實(shí)現(xiàn)在控制室進(jìn)行全線的集中監(jiān)控。 2I/O點(diǎn)統(tǒng)計(jì)根據(jù)前述的生產(chǎn)工藝和控制要求, 對系統(tǒng)的I /O點(diǎn)數(shù)和種類做了統(tǒng)計(jì)確定, 分為開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入 3類, 如表 1所示。 圖 2 監(jiān)控系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)監(jiān)控站采用研華工控機(jī), 配置 W indows

10、操作系統(tǒng), 運(yùn)行澳大利亞的 C itect過程監(jiān)控組態(tài)軟件。PLC 控制器采用 GE 公司的 90- 30 PLC 和 I /O 擴(kuò)展箱。該 PLC性能價(jià)格比高, 采用模塊化結(jié)構(gòu), 配置靈活, 具有很強(qiáng)的功能, 運(yùn)行維護(hù)簡單。根據(jù)統(tǒng)計(jì)的 I/O 點(diǎn)數(shù)目, 配 16 通道 24V. DC 輸入模塊 4, 16 通道24V. DC輸出模塊 3,4 通道模擬量輸入 1, 6 通道RTD輸入 1; 來自電氣柜中間繼電器的輔助接點(diǎn)信號(如接觸器合閘確認(rèn), 熱繼電器動(dòng)作) 直接聯(lián)入PLC柜對應(yīng)的開關(guān)量輸入模塊, 而接觸器接通的控制信號經(jīng)相應(yīng) PLC開關(guān)量輸出模塊輸出來控制對應(yīng)的中間繼電器, 其接點(diǎn)聯(lián)線通過

11、電氣柜, 統(tǒng)一連入相應(yīng)電機(jī)的控制回路; 儀表模擬量信號則直接進(jìn)入PLC的通用模擬量輸入模塊。 監(jiān)控站和 PLC 之間通訊使用 GE Fanuc的 SNP 協(xié)議, 通過 RS - 232 /RS - 485 轉(zhuǎn)換器從工控機(jī)RS232串口連接到 PLC 上 RS485口, 通訊速率設(shè)置在 19 200 bits/ s。 4 控制功能和邏輯設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)從安全可靠、高效靈活的原則出發(fā), 設(shè)置計(jì)算機(jī)控制、就地控制 2種功能, 相互獨(dú)立, 并可無擾切換。 4. 1 計(jì)算機(jī)控制 這是正常運(yùn)行方式, 操作員通過監(jiān)控站畫面掌握過程實(shí)時(shí)信息, 點(diǎn)擊畫面按鈕實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)動(dòng)、單動(dòng)、緊急停止功能。為保證物料流的暢通處理,

12、 防止設(shè)備堵料, 皮帶堆料, 控制滿足以下聯(lián)鎖邏輯。 ( 1)聯(lián)動(dòng)啟車先啟動(dòng)粗、中、細(xì)碎設(shè)備, 然后再按逆物料流方向啟動(dòng)其他設(shè)備;( 2)聯(lián)動(dòng)停車按順物料流方向自動(dòng)停下全線設(shè) 表 1系統(tǒng)的 I /O 點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)開 關(guān) 量 輸 入 序 號123456789類 別 設(shè)備起停狀態(tài)監(jiān)測熱繼電器狀態(tài)監(jiān)測頻敏變阻器狀態(tài)監(jiān)測稀油站工作狀態(tài)監(jiān)測 信 號 制24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC數(shù) 量991241318460自動(dòng)除鐵裝置狀態(tài)監(jiān)測除塵風(fēng)機(jī)起停狀態(tài)監(jiān)測變頻器工作狀態(tài)監(jiān)測操作臺(tái)開關(guān)、按鈕輸入 信號聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)輸入 小計(jì)開

13、 關(guān) 量 輸 出 1234567主設(shè)備電機(jī)起停繼電器驅(qū)動(dòng)輔助設(shè)備起停繼電器驅(qū)動(dòng)信號聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)輸出 粉礦倉料位狀態(tài)輸出控制室報(bào)警器驅(qū)動(dòng) 設(shè)備異常車間報(bào)警電鈴驅(qū)動(dòng) 啟車車間電笛驅(qū)動(dòng) 24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC955316130小計(jì)模 擬 量 輸 入 123小 計(jì) 電機(jī)工作負(fù)荷電流粉礦倉料位 4 20 mA4 20 mA RTD( 熱電阻)31610設(shè)備軸瓦溫度 90# 李昌等: 選礦廠碎礦生產(chǎn)過程計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)2008年第 1期了生產(chǎn)過程的各種信息, 為全線監(jiān)視提供了更為快 捷明了的形式。 備;( 3) 單動(dòng)啟動(dòng)某臺(tái)設(shè)備時(shí)應(yīng)滿足

14、其下游設(shè)備已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn);( 4) 單動(dòng)停止某臺(tái)設(shè)備時(shí)應(yīng)按啟動(dòng)方向停下本身及其上游所有設(shè)備。 圓錐破碎機(jī)是重要設(shè)備, 還受軸瓦溫度、電機(jī)負(fù)荷電流和稀油站工作的信號的聯(lián)鎖, 在信號超限時(shí)自動(dòng)停機(jī), 以防止設(shè)備爆軸和燒毀皮帶, 同時(shí)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場和控制室聲、光報(bào)警, 由計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄。 4. 2 就地控制 可以在現(xiàn)場機(jī)旁電氣開關(guān)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟 /停, 這是備用控制方式, 滿足設(shè)備檢修、試車、緊急事故處理的需要。 4. 3 無擾切換 為防止設(shè)備在上面 2 種功能切換瞬間電氣掉電, 專門設(shè)計(jì)了切換預(yù)置按鈕和切換開關(guān)。在切換之前, 先按下預(yù)置按鈕, 如果當(dāng)前為就地控制, 各設(shè)備PLC 控制輸出接通, 隨后可將切換開關(guān)

15、打到計(jì)算機(jī)控制方式; 如切換之前為計(jì)算機(jī)控制, 則切換開關(guān)打到就地控制, 規(guī)定時(shí)間到后 PLC 控制輸出斷開; 規(guī)定時(shí)間內(nèi)未進(jìn)行切換, 則仍保留原來的控制方式。 以上控制功能和邏輯采用 GE 公司的 Log icM as- ter 90軟件編程, 這是用于 90- 30PLC 組態(tài)編程的軟件, 提供系統(tǒng)配置, 離線 /在線編程, 程序上裝 /下裝, 程序啟動(dòng) /停止控制等功能。編寫好的梯形圖程序通過串口下裝到 PLC中, 啟動(dòng)運(yùn)行。 5 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)監(jiān)控軟件采用澳大利亞的 C itect組態(tài)軟件。C -i tect采用開放式結(jié)構(gòu), 提供包括 GE SN P協(xié)議在內(nèi)的100多種通信協(xié)議, 支持多

16、種型號的 PLC 和 I /O 設(shè)備。我們利用它的面向?qū)ο蟮膱D形組態(tài)技術(shù)和豐富的用戶自定義庫類和函數(shù), 設(shè)計(jì)了生動(dòng)形象的流程畫面, 以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)報(bào)表、在線操作指導(dǎo)等非常實(shí)用的功能。 5. 1 流程動(dòng)態(tài)畫面 流程畫面顯示整個(gè)碎礦工段從原礦倉到粉礦倉的生產(chǎn)流程, 設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)用紅、黃色, 并加以閃爍、動(dòng)畫切換等動(dòng)態(tài)特性, 形象生動(dòng), 使操作人員注意力集中; 操作人員點(diǎn)擊按鈕可以實(shí)現(xiàn)全線設(shè)備單動(dòng)起 /停、聯(lián)動(dòng)起 /停、緊急停車、現(xiàn)場詢問; 把一些次要的信息, 如設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù), 熱繼電器狀態(tài), 設(shè)備電機(jī)工作負(fù)荷電流, 設(shè)備軸瓦溫度, 粉礦倉料位等信號, 利用子窗口顯示; 還設(shè)計(jì)了總覽

17、畫面, 綜合 圖 3 系統(tǒng)流程動(dòng)態(tài)畫面5. 2 生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 設(shè)備的啟 /停時(shí)間記錄, 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、啟 /停次數(shù)累計(jì), 班運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、啟 /停次數(shù)累計(jì)等信息對于合理安排生產(chǎn)和設(shè)備檢修具有重要意義。以往這些都是手 工記錄, 即煩瑣又不準(zhǔn)確; 因此需要設(shè)計(jì)軟件程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)這些功能。 在設(shè)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能時(shí), 使用了/ 虛變量 0 映射的方法。監(jiān)控軟件使用兩種類型的數(shù)據(jù)變量, 和實(shí)際過程的數(shù)據(jù)( 開關(guān)量、模擬量 ) 對應(yīng), 有相應(yīng)PLC控制器 I/O 地址標(biāo)識的稱為/ 實(shí)變量 0; 還有一種是基于計(jì)算機(jī)內(nèi)部資源的基礎(chǔ)上, 用來存儲(chǔ)臨時(shí)性數(shù)據(jù), 和虛 I/O 地址對應(yīng)的, 稱為/ 虛變量 0。利用 C

18、icode命令編寫 1個(gè)程序, 在系統(tǒng)初始化時(shí)激活運(yùn)行, 只要檢測到設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)變化, 就自動(dòng)讀取系統(tǒng)時(shí)間, 記錄到/ 虛變量 0中。把/ 虛變量 0在監(jiān)控畫面顯示出來就可以掌握設(shè)備運(yùn)行信息。 5. 3 報(bào)表設(shè)計(jì) 在報(bào)表的設(shè)計(jì)中, 先編輯好報(bào)表格式文件, 在輸出數(shù)據(jù)的位置寫上和生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的 / 虛變量0。由于直接采用系統(tǒng)的字體, 打出來太小, 不宜閱讀, 因此, 重新定義字體( 建立字庫 ), 在報(bào)表格式文件的相應(yīng)位置, 加上 C icode 代碼段, 調(diào)用字體打印函數(shù) Printfon,t 就可以打印出所需的字體了。報(bào)表設(shè)為每 8 h定時(shí)打印 1次; 同時(shí), 在監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)了打印報(bào)表按

19、鈕, 可以在任何時(shí)候調(diào)用報(bào)表打印函數(shù), 執(zhí)行打印。 5. 4 在線操作指導(dǎo)設(shè)計(jì) 在線操作指導(dǎo)通過W indow s超級鏈接文本幫助的形式, 向操作人員提供了方便、快捷的查找關(guān)于生產(chǎn)工藝操作、軟件使用方法和設(shè)備維護(hù)等信息。這 個(gè)功能的設(shè)計(jì)首先用W ord字處理軟件將操作指導(dǎo) 91# 金屬礦山總第 379期2008年第 1期劃, 省去了人工記錄帶來的許多麻煩。 ( 4)在人員編制上, 在全長 120 m, 分布多臺(tái)大型設(shè)備的生產(chǎn)線上, 僅需要 2人, 和國內(nèi)同行業(yè)相比實(shí)現(xiàn)了最大限度的減員。 7 結(jié)論本系統(tǒng)從企業(yè)實(shí)際需要出發(fā), 采用了技術(shù)成熟, 性價(jià)比高的 PLC 和監(jiān)控軟件開發(fā)的碎礦生產(chǎn)過程計(jì)算機(jī)

20、控制系統(tǒng), 以較低的成本, 在較短時(shí)間內(nèi)投入使用, 顯著提高了生產(chǎn)效率, 保證安全生產(chǎn), 方便管理, 達(dá)到了減人增效的目的。這對于我國礦山企業(yè)擺脫技術(shù)水平低, 人員冗余, 社會(huì)負(fù)擔(dān)重, 效率低的路子, 走出科技創(chuàng)新、可持續(xù)發(fā)展的新型工業(yè)化道路, 具有示范作用。 內(nèi)容輸入編排處理后生成 RTF文件, 通過使用 V is- ual Basic或 Borland C+ + 等軟件提供的H C31. EXE (幫助文件編譯生成器), 把 RTF格式文件編譯成可被幫助閱讀器 W inhelp. EXE直接訪問的 W indows 幫助文件, 然后在監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)一個(gè)/ H elp0按鈕, 調(diào)用 C ico

21、de命令 W ndHe lp) , 打開編譯好的操作指導(dǎo)文件 Gu ide. hlp就可以了。 6 運(yùn)行效果系統(tǒng)投入運(yùn)行后, 充分發(fā)揮了生產(chǎn)過程信息自動(dòng)獲取、傳輸和處理的作用, 取得以下效果。 ( 1) 程序邏輯設(shè)計(jì)正確, 實(shí)現(xiàn)了控制上的要求, 操作人員只需要在監(jiān)控站上, 就可以很方便的實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)動(dòng)起車 /停車, 緊急切斷, 控制方式無擾轉(zhuǎn)換, 以及現(xiàn)場信號聯(lián)絡(luò)等功能, 并且能夠快速直觀地了解生產(chǎn)過程的全部動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)信息, 大大提高了工作的效率。 ( 2) 提高設(shè)備工作安全性。例如, 在監(jiān)控系統(tǒng)投入使用前, 兩臺(tái)圓錐破碎機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)堵料, 造成電機(jī)超載、皮帶燒毀以及爆軸的現(xiàn)象, 監(jiān)控系統(tǒng)投運(yùn)后,

22、監(jiān)測電流和軸溫信號, 一旦超限, 及時(shí)報(bào)警和聯(lián)鎖制動(dòng), 從而消除了上述現(xiàn)象。 ( 3) 便于生產(chǎn)管理。自動(dòng)報(bào)表功能打印的設(shè)備 運(yùn)轉(zhuǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)便于掌握生產(chǎn)進(jìn)度, 合理安排生產(chǎn)計(jì) 參考 文 獻(xiàn) 1周九寧. 可編程控制器在礦山設(shè)備中的應(yīng)用 J 1 采礦技術(shù), 2004, 4( 1) : 38-381李兆生. PLC在井岡山電廠輸煤程控系統(tǒng)中的運(yùn)用 J 1 可編程控制器與工廠自動(dòng)化 ( PLC& FA ) , 2004( 1 ): 35-37.李曉嵐, 曾云南 1 選礦自動(dòng)化技術(shù)的新進(jìn)展 J 1 金屬礦山, 2006 ( 6) : 61-641褚 凡,樓, 張 蕾, 等 1 PLC 技術(shù)在北氵名河鐵礦選礦廠的 應(yīng)用 J 1 金屬礦山, 2007 ( 7) : 57-601 2 3 42007-11-20)(收稿日期表 3 已知點(diǎn)使用自定義坐標(biāo)系的 G PS成果的情況( 上接第 85頁 )F xF y角 度閉合差導(dǎo)線總長/m相 對閉合差表 1GPS邊長及實(shí)測邊長在不同坐標(biāo)系下的長度對比導(dǎo)線名/m/mGPS 二維平差后邊長 檢測邊投影后邊長 II16- 19 - 14d - 0. 067 - 0. 0173 7151 / 53 633邊 名 自定義坐標(biāo)系自定義坐標(biāo)系WGS - 84實(shí) 測 W GS- 84由于導(dǎo)線近似南北方向, 已知點(diǎn)的投影基準(zhǔn)面與導(dǎo)線邊的投影基準(zhǔn)面不一致