选矿厂碎矿生产过程计算机监控系统

1、 金属矿山Series N o. 379 January 2008总 第 379期2008年第 1期M ETA LM INE选矿厂碎矿生产过程计算机监控系统李永伦2昌1李( 11 广东科学技术职业学院; 21 东北大学 )摘 要 根据选矿厂碎矿生产工艺的控制要求, 采用 PLC和工控组态软件设计开发了一套计算机监控系统。其中, 下位机采用 GE9030 PLC, 实现了生产设备操作的自动控制, 联锁保护, 实时数据采集等功能; 上位机监控站采用 C itect组态软件, 设计实现了过程信息的集中显示和处理, 还提供了生产数据统计、自动报表、在线操作指警监测等较为全面的功能。实际运行表明, 该系

2、统功能设计合理, 运行可靠, 易于操作, 方便管理, 显著提高了生产效率。 关键词碎矿过程PLC 监控系统 组态软件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我国矿山企业要走出科技创新、经济效益好、可 持续发展的新型工业化道路, 实现和提高生产过程自动化水平是一个很重要的手段。国内不少矿山企 业对此已经有了充分认识, 加快了自动化技术应用和改造的步伐。当今自动化技术发展日新月异, 新产品新设备层出不穷, 可供选择的方案很多。在市场经济环境下的企业, 出于自身条件和效益的考虑, 往往要求自动化系统结构简单, 功能实用, 操作可靠, 成本较低。优先应用在生产过程中有助于取得明显效益的层次, 避免采用大型 DCS 带来的系统复杂、投资大、运营维护成本高的缺点。 在现阶段采用可

7、编程控制器( PLC ) , 工控微机和组态软件相搭配, 是满足企业上述需求的优选方案。PLC 技术成熟, 灵活通用, 价格低廉, 非常适合生产过程数据采集和输出控制; 工控组态软件实现人 /过程接口, 显示工业流程及控制参数, 直观生动。 这类系统不仅成本低, 而且开发周期短, 产出投入比高, 经济效益显著。据此思想, 本系统设计开发了一套计算机监控系统, 应用于某选矿厂碎矿生产过程自动控制, 获得了良好的效果。 1 工艺与控制要求碎矿工段采用三段一闭路流程, 如图 1所示。原矿从原矿仓通过重型板式给矿机送入颚式破碎机进 行粗碎, 然后由 1#皮带给入标准圆锥破碎机进行中碎, 再由 2# 皮

8、带给入振动筛, 筛上产品经 3# 皮带返回短头圆锥破碎机进行细碎, 细碎产品汇入 2#皮带, 与振动筛构成闭路; 筛下合格产品由 4# 皮带送至粉矿仓。整条生产线分粗碎、中细碎、筛分和粉矿仓 4 个车间, 中间皮带廊连接, 全长 120 m。 李 昌 ( 1972) ) , 男, 广东科学技术职业学院机械与电子工程系, 工程师, 硕士, 519090 广东省珠海市金湾区。 89# 金属矿山总第 379期2008年第 1期3 系统配置根据生产线设备的布置情况和控制要求, 确定本监控系统采用集中式的控制结构, 分为过程监控站、PLC控制器、现场电气驱动和信号检测 3部分。 图 1 碎矿工段流程1-

9、 原矿仓; 2- 给矿机; 3 - 颚式破碎机; 4- 1# 皮带;5- 圆锥破碎机; 6 - 2#皮带; 7- 3# 皮带;8- 振动筛; 9 - 4#皮带; 10- 粉矿仓 碎矿生产过程在控制上主要是对破碎、筛分及输 送设备的起 /停控制、联锁控制及保护, 以及对设 备运行状态和关键参数的监测记录。由于作业线长, 粉尘、噪音污染大, 要求实现在控制室进行全线的集中监控。 2I/O点统计根据前述的生产工艺和控制要求, 对系统的I /O点数和种类做了统计确定, 分为开关量输入、开关量输出、模拟量输入 3类, 如表 1所示。 图 2 监控系统配置结构监控站采用研华工控机, 配置 W indows

10、操作系统, 运行澳大利亚的 C itect过程监控组态软件。PLC 控制器采用 GE 公司的 90- 30 PLC 和 I /O 扩展箱。该 PLC性能价格比高, 采用模块化结构, 配置灵活, 具有很强的功能, 运行维护简单。根据统计的 I/O 点数目, 配 16 通道 24V. DC 输入模块 4, 16 通道24V. DC输出模块 3,4 通道模拟量输入 1, 6 通道RTD输入 1; 来自电气柜中间继电器的辅助接点信号(如接触器合闸确认, 热继电器动作) 直接联入PLC柜对应的开关量输入模块, 而接触器接通的控制信号经相应 PLC开关量输出模块输出来控制对应的中间继电器, 其接点联线通过

11、电气柜, 统一连入相应电机的控制回路; 仪表模拟量信号则直接进入PLC的通用模拟量输入模块。 监控站和 PLC 之间通讯使用 GE Fanuc的 SNP 协议, 通过 RS - 232 /RS - 485 转换器从工控机RS232串口连接到 PLC 上 RS485口, 通讯速率设置在 19 200 bits/ s。 4 控制功能和逻辑设计监控系统从安全可靠、高效灵活的原则出发, 设置计算机控制、就地控制 2种功能, 相互独立, 并可无扰切换。 4. 1 计算机控制 这是正常运行方式, 操作员通过监控站画面掌握过程实时信息, 点击画面按钮实现设备联动、单动、紧急停止功能。为保证物料流的畅通处理,

12、 防止设备堵料, 皮带堆料, 控制满足以下联锁逻辑。 ( 1)联动启车先启动粗、中、细碎设备, 然后再按逆物料流方向启动其他设备;( 2)联动停车按顺物料流方向自动停下全线设 表 1系统的 I /O 点数统计开 关 量 输 入 序 号123456789类 别 设备起停状态监测热继电器状态监测频敏变阻器状态监测稀油站工作状态监测 信 号 制24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC数 量991241318460自动除铁装置状态监测除尘风机起停状态监测变频器工作状态监测操作台开关、按钮输入 信号联络系统输入 小计开

13、 关 量 输 出 1234567主设备电机起停继电器驱动辅助设备起停继电器驱动信号联络系统输出 粉矿仓料位状态输出控制室报警器驱动 设备异常车间报警电铃驱动 启车车间电笛驱动 24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC24V. DC955316130小计模 拟 量 输 入 123小 计 电机工作负荷电流粉矿仓料位 4 20 mA4 20 mA RTD( 热电阻)31610设备轴瓦温度 90# 李昌等: 选矿厂碎矿生产过程计算机监控系统2008年第 1期了生产过程的各种信息, 为全线监视提供了更为快 捷明了的形式。 备;( 3) 单动启动某台设备时应满足

14、其下游设备已经运转;( 4) 单动停止某台设备时应按启动方向停下本身及其上游所有设备。 圆锥破碎机是重要设备, 还受轴瓦温度、电机负荷电流和稀油站工作的信号的联锁, 在信号超限时自动停机, 以防止设备爆轴和烧毁皮带, 同时驱动现场和控制室声、光报警, 由计算机自动记录。 4. 2 就地控制 可以在现场机旁电气开关实现设备的启 /停, 这是备用控制方式, 满足设备检修、试车、紧急事故处理的需要。 4. 3 无扰切换 为防止设备在上面 2 种功能切换瞬间电气掉电, 专门设计了切换预置按钮和切换开关。在切换之前, 先按下预置按钮, 如果当前为就地控制, 各设备PLC 控制输出接通, 随后可将切换开关

15、打到计算机控制方式; 如切换之前为计算机控制, 则切换开关打到就地控制, 规定时间到后 PLC 控制输出断开; 规定时间内未进行切换, 则仍保留原来的控制方式。 以上控制功能和逻辑采用 GE 公司的 Log icM as- ter 90软件编程, 这是用于 90- 30PLC 组态编程的软件, 提供系统配置, 离线 /在线编程, 程序上装 /下装, 程序启动 /停止控制等功能。编写好的梯形图程序通过串口下装到 PLC中, 启动运行。 5 监控软件设计监控软件采用澳大利亚的 C itect组态软件。C -i tect采用开放式结构, 提供包括 GE SN P协议在内的100多种通信协议, 支持多

16、种型号的 PLC 和 I /O 设备。我们利用它的面向对象的图形组态技术和丰富的用户自定义库类和函数, 设计了生动形象的流程画面, 以及生产数据统计、自动报表、在线操作指导等非常实用的功能。 5. 1 流程动态画面 流程画面显示整个碎矿工段从原矿仓到粉矿仓的生产流程, 设备的运转状态用红、黄色, 并加以闪烁、动画切换等动态特性, 形象生动, 使操作人员注意力集中; 操作人员点击按钮可以实现全线设备单动起 /停、联动起 /停、紧急停车、现场询问; 把一些次要的信息, 如设备运转的统计数据, 热继电器状态, 设备电机工作负荷电流, 设备轴瓦温度, 粉矿仓料位等信号, 利用子窗口显示; 还设计了总览

17、画面, 综合 图 3 系统流程动态画面5. 2 生产数据统计 设备的启 /停时间记录, 运转时间、启 /停次数累计, 班运转时间、启 /停次数累计等信息对于合理安排生产和设备检修具有重要意义。以往这些都是手 工记录, 即烦琐又不准确; 因此需要设计软件程序自动实现这些功能。 在设计生产数据统计功能时, 使用了/ 虚变量 0 映射的方法。监控软件使用两种类型的数据变量, 和实际过程的数据( 开关量、模拟量 ) 对应, 有相应PLC控制器 I/O 地址标识的称为/ 实变量 0; 还有一种是基于计算机内部资源的基础上, 用来存储临时性数据, 和虚 I/O 地址对应的, 称为/ 虚变量 0。利用 C

18、icode命令编写 1个程序, 在系统初始化时激活运行, 只要检测到设备运转状态变化, 就自动读取系统时间, 记录到/ 虚变量 0中。把/ 虚变量 0在监控画面显示出来就可以掌握设备运行信息。 5. 3 报表设计 在报表的设计中, 先编辑好报表格式文件, 在输出数据的位置写上和生产统计数据关联的 / 虚变量0。由于直接采用系统的字体, 打出来太小, 不宜阅读, 因此, 重新定义字体( 建立字库 ), 在报表格式文件的相应位置, 加上 C icode 代码段, 调用字体打印函数 Printfon,t 就可以打印出所需的字体了。报表设为每 8 h定时打印 1次; 同时, 在监控画面设计了打印报表按

19、钮, 可以在任何时候调用报表打印函数, 执行打印。 5. 4 在线操作指导设计 在线操作指导通过W indow s超级链接文本帮助的形式, 向操作人员提供了方便、快捷的查找关于生产工艺操作、软件使用方法和设备维护等信息。这 个功能的设计首先用W ord字处理软件将操作指导 91# 金属矿山总第 379期2008年第 1期划, 省去了人工记录带来的许多麻烦。 ( 4)在人员编制上, 在全长 120 m, 分布多台大型设备的生产线上, 仅需要 2人, 和国内同行业相比实现了最大限度的减员。 7 结论本系统从企业实际需要出发, 采用了技术成熟, 性价比高的 PLC 和监控软件开发的碎矿生产过程计算机

20、控制系统, 以较低的成本, 在较短时间内投入使用, 显著提高了生产效率, 保证安全生产, 方便管理, 达到了减人增效的目的。这对于我国矿山企业摆脱技术水平低, 人员冗余, 社会负担重, 效率低的路子, 走出科技创新、可持续发展的新型工业化道路, 具有示范作用。 内容输入编排处理后生成 RTF文件, 通过使用 V is- ual Basic或 Borland C+ + 等软件提供的H C31. EXE (帮助文件编译生成器), 把 RTF格式文件编译成可被帮助阅读器 W inhelp. EXE直接访问的 W indows 帮助文件, 然后在监控画面设计一个/ H elp0按钮, 调用 C ico

21、de命令 W ndHe lp) , 打开编译好的操作指导文件 Gu ide. hlp就可以了。 6 运行效果系统投入运行后, 充分发挥了生产过程信息自动获取、传输和处理的作用, 取得以下效果。 ( 1) 程序逻辑设计正确, 实现了控制上的要求, 操作人员只需要在监控站上, 就可以很方便的实现设备联动起车 /停车, 紧急切断, 控制方式无扰转换, 以及现场信号联络等功能, 并且能够快速直观地了解生产过程的全部动态实时信息, 大大提高了工作的效率。 ( 2) 提高设备工作安全性。例如, 在监控系统投入使用前, 两台圆锥破碎机经常出现堵料, 造成电机超载、皮带烧毁以及爆轴的现象, 监控系统投运后,

22、监测电流和轴温信号, 一旦超限, 及时报警和联锁制动, 从而消除了上述现象。 ( 3) 便于生产管理。自动报表功能打印的设备 运转统计数据便于掌握生产进度, 合理安排生产计 参考 文 献 1周九宁. 可编程控制器在矿山设备中的应用 J 1 采矿技术, 2004, 4( 1) : 38-381李兆生. PLC在井冈山电厂输煤程控系统中的运用 J 1 可编程控制器与工厂自动化 ( PLC& FA ) , 2004( 1 ): 35-37.李晓岚, 曾云南 1 选矿自动化技术的新进展 J 1 金属矿山, 2006 ( 6) : 61-641褚 凡,楼, 张 蕾, 等 1 PLC 技术在北氵名河铁矿选矿厂的 应用 J 1 金属矿山, 2007 ( 7) : 57-601 2 3 42007-11-20)(收稿日期表 3 已知点使用自定义坐标系的 G PS成果的情况( 上接第 85页 )F xF y角 度闭合差导线总长/m相 对闭合差表 1GPS边长及实测边长在不同坐标系下的长度对比导线名/m/mGPS 二维平差后边长 检测边投影后边长 II16- 19 - 14d - 0. 067 - 0. 0173 7151 / 53 633边 名 自定义坐标系自定义坐标系WGS - 84实 测 W GS- 84由于导线近似南北方向, 已知点的投影基准面与导线边的投影基准面不一致