選礦廠是冶金行業的水電能耗大戶， 選礦生產過程中用水量大，產生的廢水含有殘留選礦藥劑對環境產生嚴重污染，因此對水資源的循環利用就顯得非常重要  。 山東華聯礦業有限公司選礦廠生產用水主要有新水、環水和尾礦庫回水。 選礦廠水平衡控制系統通過現場安裝的檢測儀表和電動調節閥， 對生產過程中的用水量平衡計算和控制， 這樣就實現了節約用水和保護環境的目的。

 

1 選礦廠水平衡控制系統設計

1．1 系統總體設計

        山東華聯礦業公司選礦廠生產清水供水點一共 16 處，地理位置分散，每個供水點都設有泵站，根據現場生產的需求要集中到選礦廠中央控制室遠程監控。 選礦廠主要供水管道上都安裝電磁流量計，采集瞬時流量和累計量。 當選礦生產過程中水量和水壓出現波動時， 水平衡控制系統可以控制水量的增減保證選礦正常生產用水。 沂河清水供水、一廠水井供水、三號尾礦壩供水、四號尾礦壩供水、五號尾礦壩供水這五個供水點安裝電動調節閥控制供水量，水泵電機電流和頻率，其他 11 個地點僅采集管道瞬時流量和累計流量值。

 

        由于選廠供水點分散，且供水點多達 16 處之多，選礦廠水平衡控制系統采用了西門子 PLC 控制系統。 選礦廠水平衡控制系統設置一個 PLC 300 主站位于選礦廠主廠房配電室中，在每個供水點泵站處設置一個 PLC 200 分站，根據每個供水點的分布情況設置 11 個 PLC 分站用于現場數據采集。 各個分站采用工業以太網光纖傳輸方式與主站進行通訊， 所有數據集中到選廠中央控制室的工業控制計算機上實時顯示 。 選礦廠水平衡系統網絡架構圖如圖 1 所示。

        系統的軟件采用西門子監控組態軟件 WinCC 7．0 和 PLC編程軟件 STEP7 。工業控制組態軟件 WinCC 7．0 用于人機界面的編寫， PLC 編程軟件 STEP7 用于系統 PLC 硬件配置、參數設置、通信定義和控制程序的編寫。

 

1．2 功能設計

        通過對選礦廠生產過程用水的自動化控制， 使選礦廠的水資源得到循環利用， 減少廢水對周圍環境的影響， 并且節能降耗，給企業帶來經濟和社會效益。 山東華聯礦業有限公司選礦廠

水平衡控制系統實現了以下功能：

        1 ）通過控制系統對各供水泵站的設備實現遠程啟停，并對設備運行狀態實時監控，保證設備的安全運行，如圖 2 所示。

        2 ）對重要的工藝參數如：管道流量、管道壓力、泵池液位、給水泵電流等進行實時自動檢測和顯示，并用歷史曲線圖來記錄，便于查詢。 對管道給水流量實現自動控制，保證各選廠用水流量和壓力恒定，從而保證了選礦廠生產工藝流程的穩定  。

        3 ）當工藝參數、設備狀況或網絡通訊出現異常時，系統將發出報警提示操作人員進行檢查，并根據現場情況采取相應措施。

        4 ） 由于現場安裝在供水管道上的流量計分布比較分散，系統具備遠程抄表功能，自動記錄數據并形成日報表和月報表，減輕了現場操作人員的勞動強度。

 

2 主要實現方法

2．1 泵站過程控制

        選廠生產過程中水量和水壓經常出現波動， 以往都是通過現場人工調整水泵頻率和閥門開度來控制水量。 由于供水管道過長和人工調整的滯后性， 會造成選礦工藝流程用水波動大從而影響正常生產，同時現場操作人員勞動強度大。在選礦廠新水取水點和尾礦壩回水取水點都設有泵站，在每個泵站都設有 PLC 分站， 用于對泵站設備進行實時在線監控，保證選礦廠生產用水的需求  。 中央控制室監控計算機可以遠程控制水泵電機頻率，保證供水管道的壓力。 在供水管道上安裝有電磁流量計和電動調節閥，可以實現水量的 PID 閉環調節，保證水量恒定，滿足選礦廠生產的要求。

 

2．2 流量計 MODBUS 通訊

        電磁流量計一般具有標準的 MODBUS 通訊接口， 波特率通常設置為 9600 。 通過 MODBUS 通訊網絡， PLC 主站可以采集瞬時流量和累積流量等參數  。 電磁流量計采用的串口參數：1 位起始位， 8 位數據位， 1 位停止位。

 

        電磁流量計的 MODBUS 通訊接口在物理結構上采用電氣隔離方式，能夠克服工業現場的各種干擾，保證通訊網絡的可靠運行。 電磁流量計標準 MODBUS 通訊網絡是總線型網絡結構，支持 1 到 99 個電磁流量計組網，在網絡最遠的電磁流量計通常要在通訊線兩端并聯一個 120Ω 的終端電阻， 標準通訊連接介質為屏蔽雙絞線。 MODBUS 協議是主從通訊方式，每次通訊由PLC 主站發起，電磁流量計作為從站響應主站命令并回傳數據。

 

        電磁流量計僅采用 MODBUS 功能碼 04 ， 用來讀取讀電磁流量計實時信息，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，向電磁流量計發送命令并接收數據。 PLC 讀取電磁流量計瞬時流量的數據格式見表 1 和表 2 

 

2．3 報表功能設計

        在工業生產中報表一直是非常重要的， 它用來記錄現場的工藝參數和統計數據。 早期的生產報表一般采用人工記錄和統計，工作量大，而且還容易出錯。 隨著計算機和工業控制軟件的發展，報表已經實現計算機自動記錄統計。

 

        WinCC 作為一款監控組態軟件，針對需求提供了報表組態功能，可以根據客戶的不同需求設計不同的表格樣式，并支持在線打印。 選礦廠水平衡控制系統根據現場的需求，設計了日報表和月報表，還可以自定義時間查詢。 日報表分小時記錄各供水管道流量計的瞬時流量和累計流量，并自動統計當天的用水量。

 

        WinCC 自帶的歷史數據查詢控件不能夠滿足報表的要求，因此需要通過 WinCC OLE DB 方法連接 WinCC 歷史數據庫讀取數據，并采用 VBS 和 SQ 相結的編程方式  。 報表的形式采用 Excel 表格的，日報表和月報表均可以保存為 Excel 文件，作為數據檔案保存。 首先要制作 Excel 母本，內容包括各供水管道流量計的瞬時流量和累計流量，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 的表格內容，并使用 Excel 自帶的功能統計用水量。

 

3 結束語

        山東華聯礦業有限公司選礦廠水平衡控制系統于 2014 年4 月上線，實現了選礦廠生產用水動態管理、泵站設備遠程自動控制、設備狀態監控、水量統計以及報表自動統計打印功能。 系統運行效果顯示： 該系統提高了選礦廠用水效率和企業現代化管理水平，提高了企業信息化水平，使水資源得到循環利用。