彝良驰宏矿业有限公司昭通选矿厂自动化系统.pdf

2 3 8 有色金属 选矿部分2 0 1 1 年增刊1 D O I 1 0 3 6 3 9 ，j ．I s s n l 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 1 1 ．z 1 ．0 5 5 彝良驰宏矿业有限公司昭通选矿厂自动化系统 高扬，赵浩，郭振宇 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 7 0 摘要介绍彝良驰宏矿业有限公司昭通选矿厂的自动化系统。选矿自动化系统是基于现场总线的D C S 系统。集成工 业以太网、P r 蕊b m - D P 、M o d b u s 等总线，通过嵌入系统的多媒体、设备管理等基本模块为体的技术设备，实现全厂的远 程监控和管理。 关键词选矿；现场总线；网络架构；组态；集成 中图分类号1 1 9 2 8 ．9文献标识码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 1 S 0 - 0 2 3 8 - 0 0 3 A u t o m a t i o nS y s t e mf o rZ h a o t o n gC o n c e n t r a t o ro fY i l i a n gC h i h o n gM i n i n gC o ．，L t d G A O ] r a n g ，Z H A OH a o ，G U OZ h e n y u B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n g ＆M e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ea u t o m a t i o ns y s t e mi nZ h a o t o n gC o n c e n t r a t o ro fY i l i a n gC h i h o n gM i n i n gC o ．．L t di S i n t r o d u c e T h em i n e r a lp r o c e s s i n gc o n t r o ls y s t e mf o rt h ec o n c e n t r a t o ri sa m u l t i p l e f i e l d b u sb a s e do n d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m D C S ，i n t e g r a t i n go t h e rf i l e d b u s ，s u c ha si n d u s t r i a lE t h e r n e t 。P r o f i b u s - - D P ，M o d b u s a n de t c ．T h er e m o t em o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n to ft h ep l a n ti sr e a l i z e dt h r o u g ht h et e c h n o l o g ye q u i p m e n t s c o m p o s e db ys o m eb a s i cm o d u l e ss u c ha se m b e d d e dm u l t i m e d i as y s t e m ，e q u i p m e n tm a n a g e m e n ta n de t c ． K e yw o r d s m i n e r a lp r o c e s s i n g ；f i e l d b u s ；n e t w o r ks t r u c t u r e ；c o n f i g u r a t i o n ；i n t e g r a t i o n 随着我国有色金属矿山浅部资源的枯竭，开采 深度的不断增加，矿石品位的下降，导致矿山生产 规模增大，工艺复杂化，设备趋向大型化，使得矿 山生产工艺、设备及自动化趋向一体化，为矿山生 产过程自动化创造了条件。同时，随着控制理论、 计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换的领 域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理 等各个层次，从工段、车间、工厂、企业乃至世界 各地的市场H 剖。 基于现场总线技术的选矿过程自动控制系统能 解决传统的生产操作方式不能解决的问题，能提高 产品质量，降低消耗、减轻劳动强度、提高经济效 益。为缩短我国传统有色金属采选企业与世界现代 化矿山的差距，参与国际竞争奠定了很好的基础。 ’1 现场总线系统在选矿行业的应用 计算机控制系统最薄弱的环节是与生产密切相 关的最底层模拟仪表的传感器、变送器和执行器。 一个变送器或一个执行器需要一对信号线实现单向 传送一个模拟信号。 现场总线控制系统采用智能现场设备，采用数 字信号代替模拟信号，可以实现一对电线上传输多 个信号，如运行参数值、多个设备状态、故障信息 等，同时又为多个设备提供电源，现场设备以外不 再需要A ／D ，D ／A 转换器件，为简化系统结构、节 约连接电缆与各种安装、维护费用创造条件。 P r o f i b u s D P 是一种高速通信方式，用于设备 级控制系统与分布I ／O 之间的数据传输，各主站 P L C ，P C 机 之间令牌传输，主站与从站 远程 I ／O 、H M I 、分析仪、智能M C C 、机电一体化大型 设备的P L C 智能接口等 之间主一从传送，还提供 智能化设备所需的非周期性通信，以便进行组态、 诊断和报警处理[ 3 】。 基于T C P ／I P 的工业以太网是一种标准的开放 收稿日期2 0 1 1 - 0 5 - - 0 6 作者简介高扬 1 9 8 2 一 。男，河北石家庄人，工程师。硕士，主要从事矿物加工技术等方面的研究。 万方数据 2 0 1 1 年增刊l高扬等彝良驰宏矿业有限公司昭通选矿厂自动化系统 式通信网络，世界上主流P L C 品牌和上位机组态 软件均集成工业以太网的通讯协议，从根本上解决 了不同厂商设备的兼容和互操作等问题。工业以太 网的低成本、可靠和易于组网，为信息层的设备联 接提供便利，同时，以太网可以通过光纤介质延长 传输距离，提高了信号传输的稳定性E 4 ] 。利用以 太网作为信息层设备互联的基础，可以方便把第三 方设备、第三方系统和其他计算机软件连接到信息 系统中，数据以实时方式与信息系统上的资源、应 用软件和数据库共享[ 纠。 现场总线控制系统的开放性、分散性和完全可 互操作性等特点，正成为新型工业控制系统的发展 方向，并逐渐被应用到选矿过程控制系统中。 2 选矿生产工艺 彝良驰宏矿业有限公司选矿厂碎矿流程采用两 段一闭路工艺，主体设备包括颚式破碎机、圆锥破 碎机、振动筛和4 条皮带输送机。磨矿浮选包括两 个系列，一段闭路磨矿分级由球磨机和高堰式双螺 旋分级机组成，溢流矿浆进入铅硫粗选作业，粗精 矿经过由球磨机和旋流器组成的二段磨矿分级工艺 进入铅硫精选作业，铅硫精选作业底流进入锌浮选 作业，铅硫精选作业泡沫经铅精选作业，分离得到 铅精矿和硫精矿。 铅精矿、锌精矿、硫精矿和尾矿分别进入4 台 浓密机，浓密机排矿由7 台陶瓷过滤机执行脱水处 理。浓密机和陶瓷过滤机回水，大部分进入回水处 理站进行中和、沉降除泥处理，小部分回水经加压 泵站输送至高位水池，直接应用于浮选流程。 3 选矿自动化系统 3 ．1 系统功能 根据选矿厂工艺流程，选矿自动化系统按照车 间、选厂两级监控的原则设计和实现。 在碎矿车间，实现生产工艺设备 颚式破碎机、 圆锥破碎机、振动筛、皮带输送机、电磁除铁器、 除尘风机等 的联锁起动，停机控制，提高系统开 车、停车效率，保障设备安全。 在磨浮车间，实现一段球磨机恒定给矿控制、 二段分级泵池液位和旋流器工作压力稳定控制、双 螺旋分级机溢流矿浆浓度控制、定量加药、浮选液 位自动控制等基础回路的稳定控制。 在浓缩脱水车间，实现浓密机、陶瓷过滤机、新 水提升泵站、回水加压泵站和水处理站等第三方设备 和机电设备的集中监控，实现水处理流程中调整池、 中和池和清水池的p H 值检测与稀硫酸自动添加控制。 每一个车间的控制室内，通过网络硬盘录像机 和前端摄像设备，实现本车间范围内的视频图像监控 功能。在选厂调度室内，上位机、大屏幕电视墙实 现选厂范围内全流程自动化和视频摄像集中监控。 3 ．2P L C 配置 按照各车间P L C 控制系统相对独立的原则， 碎矿、磨矿、浮选、加药、水处理控制柜中，分别 配置一台西门子3 1 5 _ 2 D PC P U ，在C P U 之后的安 装导轨上分别是以太网模块 C P 3 4 3 一1 、信号模块 D I ，D O ，A I ，A O 。 在磨矿、浮选、水处理系统，由于系统I O 点 数较多，分别扩展1 ，1 4 和4 个分布I O 柜，通过 P r o f i b u s - D P 总线与C P U 相连。 3 ．3 上位机配置 每一个车间控制室中的上位机采用西门子 I P C 一5 4 7 C 工控机，工控机以太网接口通过P I E 柜 中的M O X A 交换机与P L C 系统的以太网模块相连， 组态软件采用以太网通讯方式读写P L C 中数据。 上位机安装网络版组态软件，实现本系统的用 户管理、设备监控、历史曲线查询、参数设置、运 行时间查询等功能，同时提供W e b 服务，用于接 入网络的其它授权用户可通过浏览器监控生产过 程。组态软件开放O P C 服务器功能，为选厂调度 室内网络版组态软件、数据报表系统提供数据源。 3 ．4 数据通讯 选厂范围内的全部电气设备、过程检测仪表和 执行机构，通过硬接线方式连人P L C 系统的I O 通 道，球磨机、陶瓷过滤机分别采用M o d b u s ， P r o f i b u s D P 的通讯方式接入各自车间的P L C 系统。 各车间P L C 系统、工控机、网络硬盘录像机 等，通过M O X A 光电转换器与选厂调度室内以太 网主交换机相连，选厂调度室内上位机和视频系统 与各车间控制系统构成星形网络结构。 选厂调度室内，安装一台视频转发服务器，直 接读取网络硬盘录像机的视频流数据，并转发给视 频解码器、视频监控计算机等设备，提高可访问视 频流的数量和系统可靠性。 3 ．5 自动化系统网络结构 选矿自动化系统是数字化、网络化的控制系 统，自动化系统采用3 2 网络结构三层设备、两 层网络。图l 是选厂自动化系统网络结构示意图。 3 ．5 ．1 三层设备 万方数据 2 4 0有色金属 选矿部分 _ 【％Ⅲ2”L 9 2 1 ∞B 1 ⋯1 ．| J _ I9 2 1 sH 1 ] 图l 选厂自动化系统网络结构 F i g ．1 N e t w o r ks t r u c t u r eo f p l a n tp r o c e s sc o n t r o ls y s t e m 第一层，执行层。这是面向现场设备的一层， 该层将P L C 控制器直接与智能设备，如传感器、 执行器、各种分布式远程I ／O 设备、机电一体化大 利设备等连接，传输数据量较小，安装比较简单。 第二层，控制层。这是操作所在的一层，通常 传输大量的I o 和对等通讯信息，它紧密地联系控 制器与I O 设备，使多个控制器能够共享输人数据， 实现对等通讯。 第三层，管理层。这是整个自动化网络的最高 层，也是埘现场采集到的数据和信息进行处理和管 理的一层，这是一个开放型的信息网络，包含操作 站、视频显示站，数据服务器等。 3 ．5 ．2 两层网络 控制网，现场设备与控制设备之间的通信连结 P r o f i b u s D P 、M o d b u s 。水处理站P L C 柜与新水 提升泵站、回水加压泵站、陶瓷过滤机等分布I O 子站距离较远，采用西fJ 子O l 。MG 1 1 和O L MG 1 2 转换器连接P r o f i b u s D P 子站．． 车间监控网，控制没备与操作设备之间的通信 连接 T C P ／I P 网络硬盘录像机、P L C 主站、操 作员站，视频转发服务器、视频监控汁算机等接人 调度室内的以太网主交换机，各车间控制室至选厂 办公楼调度室的距离较远，在各P L C 柜内，通过 光电转换器，延长以太网络的连接距离。 4 结论 以彝良驰宏矿业有限公司选矿生产过程控制系统 为基础，研究多种现场总线仪表、设备和系统在D C s 中的1 ．t 用，介绍现场总线系统在选矿过程自动控制系 统中的应用，说明选厂现场总线系统的构成和特点。 传统的过程自动化控制系统结构复杂、监测参数 少，控制系统的可靠性和准确性较低，实际生产过程 中，仍然需要人为因素的参‘j ，利用现场总线技术， 可以提升选矿过程控制系统的技术水平和应用效果。 参考文献 [ 1 ] 孙运洪．张光烈选矿I 业的进步i J ] 国外金属矿山， 2 0 0 “7 2 9 3 5 2 。T 长兴，韩龙实现选矿过程控制是选矿工业发展的 必由之路rJ 。旧外命届矿选矿．1 9 9 9 1 0 2 9 3 3 [ 3 ] 刘澍民，刘定邦现场总线控制技术及其在J i F - 自动化 中的应用[ J 有色冶金设讣与研究，2 0 0 4 ．2 5 2 2 l 一2 4 ．4 范恺现场总线技术在国内的廊用情况[ J ] 】。业控制 计算机，2 0 0 1 ．7 1 1 5 5J 阳宪惠丁业数据通信与控制网络M ] 北京清华大 学出版社，2 0 0 3 3 9 0 √1 4 6 万方数据