選礦廠是冶金行業(yè)的水電能耗大戶， 選礦生產(chǎn)過(guò)程中用水量大，產(chǎn)生的廢水含有殘留選礦藥劑對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染，因此對(duì)水資源的循環(huán)利用就顯得非常重要  。 山東華聯(lián)礦業(yè)有限公司選礦廠生產(chǎn)用水主要有新水、環(huán)水和尾礦庫(kù)回水。 選礦廠水平衡控制系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝的檢測(cè)儀表和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥， 對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的用水量平衡計(jì)算和控制， 這樣就實(shí)現(xiàn)了節(jié)約用水和保護(hù)環(huán)境的目的。

 

1 選礦廠水平衡控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1．1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

        山東華聯(lián)礦業(yè)公司選礦廠生產(chǎn)清水供水點(diǎn)一共 16 處，地理位置分散，每個(gè)供水點(diǎn)都設(shè)有泵站，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的需求要集中到選礦廠中央控制室遠(yuǎn)程監(jiān)控。 選礦廠主要供水管道上都安裝電磁流量計(jì)，采集瞬時(shí)流量和累計(jì)量。 當(dāng)選礦生產(chǎn)過(guò)程中水量和水壓出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)， 水平衡控制系統(tǒng)可以控制水量的增減保證選礦正常生產(chǎn)用水。 沂河清水供水、一廠水井供水、三號(hào)尾礦壩供水、四號(hào)尾礦壩供水、五號(hào)尾礦壩供水這五個(gè)供水點(diǎn)安裝電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制供水量，水泵電機(jī)電流和頻率，其他 11 個(gè)地點(diǎn)僅采集管道瞬時(shí)流量和累計(jì)流量值。

 

        由于選廠供水點(diǎn)分散，且供水點(diǎn)多達(dá) 16 處之多，選礦廠水平衡控制系統(tǒng)采用了西門子 PLC 控制系統(tǒng)。 選礦廠水平衡控制系統(tǒng)設(shè)置一個(gè) PLC 300 主站位于選礦廠主廠房配電室中，在每個(gè)供水點(diǎn)泵站處設(shè)置一個(gè) PLC 200 分站，根據(jù)每個(gè)供水點(diǎn)的分布情況設(shè)置 11 個(gè) PLC 分站用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集。 各個(gè)分站采用工業(yè)以太網(wǎng)光纖傳輸方式與主站進(jìn)行通訊， 所有數(shù)據(jù)集中到選廠中央控制室的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示 。 選礦廠水平衡系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖 1 所示。

        系統(tǒng)的軟件采用西門子監(jiān)控組態(tài)軟件 WinCC 7．0 和 PLC編程軟件 STEP7 。工業(yè)控制組態(tài)軟件 WinCC 7．0 用于人機(jī)界面的編寫， PLC 編程軟件 STEP7 用于系統(tǒng) PLC 硬件配置、參數(shù)設(shè)置、通信定義和控制程序的編寫。

 

1．2 功能設(shè)計(jì)

        通過(guò)對(duì)選礦廠生產(chǎn)過(guò)程用水的自動(dòng)化控制， 使選礦廠的水資源得到循環(huán)利用， 減少?gòu)U水對(duì)周圍環(huán)境的影響， 并且節(jié)能降耗，給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 山東華聯(lián)礦業(yè)有限公司選礦廠

水平衡控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下功能：

        1 ）通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)各供水泵站的設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停，并對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證設(shè)備的安全運(yùn)行，如圖 2 所示。

        2 ）對(duì)重要的工藝參數(shù)如：管道流量、管道壓力、泵池液位、給水泵電流等進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)和顯示，并用歷史曲線圖來(lái)記錄，便于查詢。 對(duì)管道給水流量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，保證各選廠用水流量和壓力恒定，從而保證了選礦廠生產(chǎn)工藝流程的穩(wěn)定  。

        3 ）當(dāng)工藝參數(shù)、設(shè)備狀況或網(wǎng)絡(luò)通訊出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警提示操作人員進(jìn)行檢查，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采取相應(yīng)措施。

        4 ） 由于現(xiàn)場(chǎng)安裝在供水管道上的流量計(jì)分布比較分散，系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程抄表功能，自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)并形成日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表，減輕了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

 

2 主要實(shí)現(xiàn)方法

2．1 泵站過(guò)程控制

        選廠生產(chǎn)過(guò)程中水量和水壓經(jīng)常出現(xiàn)波動(dòng)， 以往都是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人工調(diào)整水泵頻率和閥門開度來(lái)控制水量。 由于供水管道過(guò)長(zhǎng)和人工調(diào)整的滯后性， 會(huì)造成選礦工藝流程用水波動(dòng)大從而影響正常生產(chǎn)，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。在選礦廠新水取水點(diǎn)和尾礦壩回水取水點(diǎn)都設(shè)有泵站，在每個(gè)泵站都設(shè)有 PLC 分站， 用于對(duì)泵站設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，保證選礦廠生產(chǎn)用水的需求  。 中央控制室監(jiān)控計(jì)算機(jī)可以遠(yuǎn)程控制水泵電機(jī)頻率，保證供水管道的壓力。 在供水管道上安裝有電磁流量計(jì)和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，可以實(shí)現(xiàn)水量的 PID 閉環(huán)調(diào)節(jié)，保證水量恒定，滿足選礦廠生產(chǎn)的要求。

 

2．2 流量計(jì) MODBUS 通訊

        電磁流量計(jì)一般具有標(biāo)準(zhǔn)的 MODBUS 通訊接口， 波特率通常設(shè)置為 9600 。 通過(guò) MODBUS 通訊網(wǎng)絡(luò)， PLC 主站可以采集瞬時(shí)流量和累積流量等參數(shù)  。 電磁流量計(jì)采用的串口參數(shù)：1 位起始位， 8 位數(shù)據(jù)位， 1 位停止位。

 

        電磁流量計(jì)的 MODBUS 通訊接口在物理結(jié)構(gòu)上采用電氣隔離方式，能夠克服工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種干擾，保證通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行。 電磁流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn) MODBUS 通訊網(wǎng)絡(luò)是總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持 1 到 99 個(gè)電磁流量計(jì)組網(wǎng)，在網(wǎng)絡(luò)最遠(yuǎn)的電磁流量計(jì)通常要在通訊線兩端并聯(lián)一個(gè) 120Ω 的終端電阻， 標(biāo)準(zhǔn)通訊連接介質(zhì)為屏蔽雙絞線。 MODBUS 協(xié)議是主從通訊方式，每次通訊由PLC 主站發(fā)起，電磁流量計(jì)作為從站響應(yīng)主站命令并回傳數(shù)據(jù)。

 

        電磁流量計(jì)僅采用 MODBUS 功能碼 04 ， 用來(lái)讀取讀電磁流量計(jì)實(shí)時(shí)信息，寄存器地址定義為 4112 （ 0x1010 ）。S7－200 的 MODBUS 通訊是使用 200PLC 的自由口通訊功能，向電磁流量計(jì)發(fā)送命令并接收數(shù)據(jù)。 PLC 讀取電磁流量計(jì)瞬時(shí)流量的數(shù)據(jù)格式見表 1 和表 2 

 

2．3 報(bào)表功能設(shè)計(jì)

        在工業(yè)生產(chǎn)中報(bào)表一直是非常重要的， 它用來(lái)記錄現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。 早期的生產(chǎn)報(bào)表一般采用人工記錄和統(tǒng)計(jì)，工作量大，而且還容易出錯(cuò)。 隨著計(jì)算機(jī)和工業(yè)控制軟件的發(fā)展，報(bào)表已經(jīng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄統(tǒng)計(jì)。

 

        WinCC 作為一款監(jiān)控組態(tài)軟件，針對(duì)需求提供了報(bào)表組態(tài)功能，可以根據(jù)客戶的不同需求設(shè)計(jì)不同的表格樣式，并支持在線打印。 選礦廠水平衡控制系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需求，設(shè)計(jì)了日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表，還可以自定義時(shí)間查詢。 日?qǐng)?bào)表分小時(shí)記錄各供水管道流量計(jì)的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，并自動(dòng)統(tǒng)計(jì)當(dāng)天的用水量。

 

        WinCC 自帶的歷史數(shù)據(jù)查詢控件不能夠滿足報(bào)表的要求，因此需要通過(guò) WinCC OLE DB 方法連接 WinCC 歷史數(shù)據(jù)庫(kù)讀取數(shù)據(jù)，并采用 VBS 和 SQ 相結(jié)的編程方式  。 報(bào)表的形式采用 Excel 表格的，日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表均可以保存為 Excel 文件，作為數(shù)據(jù)檔案保存。 首先要制作 Excel 母本，內(nèi)容包括各供水管道流量計(jì)的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，并定義字體大小、行列寬度、紙張類型、打印方向等。 Excel 母本定義好后，用 Wincc VBS 腳本編輯 Excel 的表格內(nèi)容，并使用 Excel 自帶的功能統(tǒng)計(jì)用水量。

 

3 結(jié)束語(yǔ)

        山東華聯(lián)礦業(yè)有限公司選礦廠水平衡控制系統(tǒng)于 2014 年4 月上線，實(shí)現(xiàn)了選礦廠生產(chǎn)用水動(dòng)態(tài)管理、泵站設(shè)備遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、水量統(tǒng)計(jì)以及報(bào)表自動(dòng)統(tǒng)計(jì)打印功能。 系統(tǒng)運(yùn)行效果顯示： 該系統(tǒng)提高了選礦廠用水效率和企業(yè)現(xiàn)代化管理水平，提高了企業(yè)信息化水平，使水資源得到循環(huán)利用。