现场总线在选矿自动化中的应用研究VIP

1、第 16 卷 第 2 期2007 年 6 月 矿冶 M INING & M ET ALLURGYVol. 16, No. 2June 2007文章编号: 1005- 7854( 2007) 02- 0085- 03现场总线在选矿自动化中的应用研究 夏平( 北京矿冶研究总院, 北京 100044)摘 要: 在选矿自动化中, 现场总线做为新的传输方式, 现已应用在选矿厂部分工艺过程中。由于它自身相对于传统传输模式的优越性, 已经得到了各方面的广泛认同。在高新技术不断发展的今天, 现场总线在选矿自动化中起着非常重要的作用。本文以PROFIBUS 总线技术为例, 较为详细地介绍了现场总线是如何应用在选

2、矿领域, 使工艺设备达到良好的工作状态, 最终实现达产达标。 关键词: 可编程逻辑控制器; 通讯速率; 网络结构; PROFIBUS中图分类号: TD9281 9 文献标识码: ARESEARCH AND APPL ICAT ION OF FIELD BUS IN AUT OMAT IZAT ION FOR M INERAL PROCESSINGXIA Ping( Beij ing Gener al Research Institute of M ining and Metallurgy, Beij ing 100044, China)ABSTRACT: In the f ield of au

3、tom at izat ion for mineral processing, as a new mode of transmission, the field bus has been used in the factory of m ineral processing1 Better than the t raditional mode of t ransm ission, it has been accepted by others1 As hig h- tech developing, f ield bus is playing a very im portant role in au

4、tomatization of mineral processing1 T his paper taking the profibus for exam ple describes how to use f ield bus in m ineral proces- ing clearly, and how to make the equipment be a good state1 All this ef forts is for the f inal target: Achieving high quality1KEY WORDS: prog rammable logic controlle

5、r; communication speed; netw ork structure ; PROFIBU S1 引言随着选矿厂现代化水平的不断提高, 人们对选矿回收率及精矿品位也提出了更高要求, 为保证以上两个指标, 自动化无疑在其中扮演着十分重要的角色。一个选矿厂能否达标达产, 自动化水平的高低将起到重要作用。 传统的选矿自动化模式为现场仪表检测, DI 信号通过 4- 20mA 信号进入PLC 系统, 然后控制器在根据程序进行运算, 再经过DO 信号输出给执行机构。近年来, 随着选矿厂对自动化要求逐步升高, 检测及控制点数成倍的增加, 对于这种传统模式, 势 必导致高额的工程、装配、维护费

6、用。现场总线正是 在这个大背景下孕育而生的, 它实现了数字和模拟输入/ 输出模块、智能信号装置和过程调节装置与可编程逻辑控制器( PLC) 和 PC 之间的数据传输, 把I/ O 通道分散到实际需要的现场设备附近。标准化的现场总线具有/ 开放0的通讯接口、/ 透明0的通讯协议, 允许用户选用不同制造商生产的分散 I/ O 装置和现场设备。现场总线满足了生产过程现场级数 据可存取性的重要要求, 一方面它覆盖了传感器/ 执行器领域的通讯需求, 另一方面又具有单元级领域的所有网络通信功能。特别在/ 分散 I/ O0 领域, 现场总线对于传统标准信号有着很大的优势。 收稿日期: 2006- 10- 1

7、0作者简介: 夏 平, 信息技术与自动化研究所研究员。 86 #矿冶 2 现场总线技术的特点及现状随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展, 信息交换沟通的领域正在迅速覆盖工厂的现场设备层、控制层、管理层的各个层面。现场总线是应用在生产现场, 在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统, 也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表, 使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力。数字化、智能化的现场仪表和装置( 如传感器、执行器等) 不仅替代了 4 20mA 模拟系统, 更主要的是可以在现场设备中实现控制和设备管理功能, 而且有了

8、数字通讯, 在控制室可以获Works( LON Local Operating System 局部操作系统) 、Control Net 、Prof ibus ( Process Fieldbus) 、De- viceNet 、CAN ( Controller Area Netw ork 控制器局域网络) 、Interbus 、H ART ( H ighway Addres able Re- mote Tranducer 可寻址远程传感器数据通路) 等。现今两种主流现场总线是Profibus 和Dev iceNet。 3 PROFIBUS 总线的介绍PROFIBU S( Proces Field

9、bus) 由德国西门子公司 1987 年推出, 主要应用于 PLC, 是一种作为德国国家标准DIN 19245 和欧洲标准EN 50170 的国际得现场设备的诸多信息, 如诊断、量程、组态和标识等。 性的开放式的现场总线。 现场总线技术的出现, 使得原来需要大量电缆进行点到点连接的众多现场设备信号可通过一根网络电缆来传输, 可以显著减少电缆的使用量及降低相关的材料和安装费用。现场总线技术的出发点就是要为用户提供开发性、可互操作性、可互换性和统一标准的测量和控制产品, 克服传统DCS 和PLC 等含有专利性技术的控制系统所带来的封闭性问题, 择优选择不同公司的产品, 集成最佳的生产过程控制系统,

10、 降低工程项目的建造和运营成本, 提高企业的竞争力。同传统 DCS 和 PLC 控制系统相比, 以现场总线技术为基础的控制系统FCS 具有互操作、分散、可靠、精确、开放、经济、可维护等特点。 自 80 年以来, 有几种现场总线技术已逐渐形成 ISO/ OSI 通信标准模型由七层组成, 并分成两类: 一类是面向用户的第五层到第七层, 另一类是面向网络的第一层到第四层。第一层到第四层描述数 据从一个地方传输到另一个地方, 第五层到第七层给用户提供适当的方式去访问网络系统。 PROFIBU S 根据应用特点分为三个兼容版本: PROFIBU S- DP、PROFIBUS - PA、PROFIBUS

11、-FM S。 ( 1) PROFIBU S- DP 使用了 ISO/ OSI 通信标准模型的第一层和第二层, 这种精简的结构保证了数据的高速传送, 特别适合可编程控制器与现场分散I/ O 设备之间的通讯。在有效的距离内, 能以较高的速率进行数据传输。图 1 为Profibus 的网络示意图。 图 1 网络示意图Fig11Chart of networ k( 2) PROFIBU S- PA 用于过程行业从站之间的通讯。使用扩展的PROFIBU S- DP 协议进行数 夏 平: 现场总线在选矿自动化中的应用研究# 87 #据传输, 此外, 它还执行规定现场设备特性的PA 设备行规。传输技术依据I

12、EC1158- 2172标准, 确保本质安全地通过总线对现场设备供电。使用 DP/ PA 藕合器和 DP/ PA LINK 很容易将 PA 设备集成到PROFIBUS- DP 网络之中。对于需要小电流的电源和电路, 采用本安保护有许多优点, 它可以在危险区带电运行时进行测量和校正, 并且开发和制造本安型设备是经济的, 本安型防护是唯一的包括设备外部电缆防护在内的保护类型。 ( 3) PROFIBUS- FM S 用于主站之间的通讯, 解决车间级通用性通信任务, 提供大量的通信服务, 完成中等传输速度的循环和非循环通信任务。 4 PROFIBUS总线在选矿工程中的应用411 会泽选矿回水处理41

13、111 工艺流程 选矿废水处理流程见图 2。 图 2 选矿废水处理工艺流程Fig1 2Flow of w astwarter treatment for mineral processsing41112PROFIBUS- PA 总线的应用 在选矿废水处理工艺中有 18 处需要进行流量的检测,且检测点较为分散, 如果用标准信号( 4- 20mA) 进行传输, 不但要占用多个PLC 的模拟量输入模块, 还需要较长的电缆, 关键是修改仪表参数时必须到现场操作, 因流量计安装在管道上, 不便于维护。而 PROFIBUS- PA 总线彻底解决了这些问题: 所有流量计都挂接在同一条总线上; 整个电缆长度得

14、到了有效地控制; 接线简单, 只需要通过 DP/ PA 耦合器实现 PROFIBUS- DP 和 PROFIBU S-PA 之间的信息传送和介质转换, 实现现场设备和可编程逻辑控制器( PLC) 的连接; 通过 SIMATIC PDM 软件可在上位机上对仪表参数化和诊断, 当现场工艺参数有变化时可以随时修改流量计的量程等 参数, 具有很强的灵活性。选矿废水处理PA 总线的连接见图 3 所示。 412 尼古拉选矿厂的冗余系统41211 选矿厂的自动化需求 由于尼古拉选矿厂工艺流程较为复杂, 检测点和控制点很多, 大约 2000 多个。所以需采用更高水平的可编程逻辑控制器( PLC) 。本系统有三

15、个最大的特点: ( 1) 采用 2 个主站若干从站的方式; ( 2) 用光纤构成PROFIBUS- DP 的环网; ( 3) 冗余系统。 对于点数庞大的系统来讲, 使用单一控制器是无法达到要求的。因此, 必须采用主站下挂从站的方式进行扩展, 而主站和从站之间采用 Profibus- DP 总线的连接可以保证通讯的实时性和可靠性。 图 3 PA 总线连接图F ig1 3Chart of PA field bus connectivity由于 PROFIBU S- DP 为电气连接, 但实际工程应用中经常会遇到各个子站间有数公里的情况, 因此可以用光纤收发器( OLM ) 进行光- 电转换, 使通

16、讯距离增长。具体的操作方法是, Profibus- DP信号从主站 PLC 模块中出来, 经过光纤收发器( OLM ) 转换成光信号, 经过一定距离的传输后, 再通过光纤收发器( OLM ) 转变成电信号进入从站PLC 中。( 下转至第 99 页)贾木欣: 国外工艺矿物学进展及发展趋势# 99 #物学相关标准的工作将逐渐展开。澳大利亚、加拿大、南非、美国、巴西、智利及欧洲等地的矿业研究及矿业开发机构之间有着紧密的联系, 这些国家间有的已结成了联合, 这种广泛的联系有利于技术的传播, 有利于在工艺矿物学工作规范上形成共识。尽管我国也是矿业大国, 但与国外的实质接触还欠缺。 3结语在国外工艺矿物学

17、取得了很大进展, 其原因在于国外矿山企业的发展模式。矿山企业的规模越来 越大, 其研发能力很强, 完全有能力对自己的选矿流程进行改进, 矿山企业重视其选矿流程的优化, 重视其资源利用的合理及高效性。只有巨大的矿山企业 才有能力组织完成从地质勘探到磨矿、选矿到出产 品这一整体过程的最优化, 保证资源的高效回收的同时, 也使工艺矿物学得到发展。 参考文献:112 Gottlieb P, W ilkie G, Sutherland D, et al1 U sing quanti- tat ive electron micr oscopy for process mineralog y applica

18、- tions J1 JOM , 2000, 52( 4) : 24- 251122 Gu Y1 Automated scanning electron microscope based min-eral liberation analysis J1 Jour nal of M iner als and M ateri-als Char acterizatio n and Engineering, 2003, 2( 1) : 33- 411132 M oen K, M alvik T , Breivik T , et al1 Particle texture analysis in proce

19、ss mineralogy C / / Onal G, Acarkan N, Celik S, et al1 XXI II IM PC Istanbul T ur key Septem- ber1 Promed Advertising Ag ency, 2006, 1: 242- 2461142 Lo tter NO, K owal DL, T uzun M A, et al1 Sampling andflotation testing of sudbur y basin drill cor e for process min- eralogy modelling J 1M inerals E

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