基于PLC的選礦廠調(diào)度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 PAGE43 / NUMPAGES43基于PLC的選礦廠調(diào)度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)院 系信息與控制工程學(xué)院專 業(yè)電氣工程與其自動(dòng)化班 級(jí)電氣0901學(xué) 號(hào)0903040104姓 名宋文祿指導(dǎo)教師海軍負(fù)責(zé)教師石油化工大學(xué)2013年6月摘 要選礦生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控，對(duì)于改進(jìn)選礦廠的生產(chǎn)管理水平，保障生產(chǎn)安全，提高生產(chǎn)效益，節(jié)約人力物力有極其重要的意義。近年來(lái)，隨著選礦技術(shù)的日益成熟，選礦設(shè)備的日益先進(jìn)，對(duì)選礦生產(chǎn)的監(jiān)控要求就顯得越來(lái)越高，對(duì)各類設(shè)備的管理水平要求更為苛刻。同時(shí)，隨著控制技術(shù)理論水平、計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)、通信技術(shù)的更加成熟，以與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在各方面的成功應(yīng)用，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種儀表、傳感器都

2、朝著數(shù)字化、信息化、智能化的方向發(fā)展，這樣使得監(jiān)控系統(tǒng)底層就更加完善，形成了基于 PLC、現(xiàn)場(chǎng)總線等的各種控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。 本文首先分析了項(xiàng)目的應(yīng)用背景和應(yīng)用現(xiàn)狀，然后介紹了礦區(qū)的實(shí)際情況和選礦流程，根據(jù)某深坑鐵礦的具體情況和實(shí)際需求，給出了系統(tǒng)的具體技術(shù)要求分析和系統(tǒng)架構(gòu)。最后詳細(xì)論述了選礦監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)和組態(tài)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程。系統(tǒng)設(shè)計(jì)最底層都是各種本質(zhì)安全的數(shù)據(jù)采集傳感器，采用了歐姆龍公司的可編程控制器作為下位機(jī)，上位機(jī)采用三維力控科技的力控組態(tài)軟件作為監(jiān)控軟件，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，構(gòu)成了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)且具備辦公自動(dòng)化功能的監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)提供了歷史數(shù)據(jù)的查詢和打印功能，還能根

3、據(jù)要求提供系統(tǒng)報(bào)警。由于礦山生產(chǎn)設(shè)備跨越的地域較大、分布不集中、電機(jī)等設(shè)備眾多等這些特點(diǎn)，若用普通的有線集中式數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，將對(duì)系統(tǒng)的投資、施工、維護(hù)、通訊等提出嚴(yán)峻考驗(yàn)，于是提出用GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)作為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)南敕ā?本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)目前已經(jīng)投入運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間，從運(yùn)行情況來(lái)看，效果良好，較大程度提高了選礦廠的自動(dòng)化水平，保障了生產(chǎn)的安全穩(wěn)定，節(jié)約了生產(chǎn)成本。關(guān)鍵詞：鐵選礦 監(jiān)控系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集 可編程控制器 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸 組態(tài)軟件Abstract Its very meaningful to carry on automatic monitoring in ore dressing pre

4、cess topromote the level of production management,ensure the production safety,increaseproduction benefit,economize resource,etc.In recent years,along with the improvement of ore dressing technology and equipments,the higher requirement is needed for production process monitoring and equipment manag

5、ement.On the other hand,along with the development of control theory,computer and communication technology,as well as the successful application of computer supervisory systems,the site instruments are developing toward the digital,information and intelligent,which makes monitoring perfected gradual

6、ly.Industry control networks based on PLC,FCS are formed. Firstly this thesis analyses the project background and application status,and thenpresent the actual circumstance of the iron mine and mineral processing. Meanwhile,according to thecircumstances and actual requirement of Shenkeng iron mine,p

7、roposed a system architecture according to the needs analysis.At last,elaborates in detail the data acquisition layouts and software design courses.There are all intrinsically safe data acquisition sensors in the bottom of the system,which uses Omron PLC as lower PC.In the upper PC,uses force contro

8、l configuration software of Sunway Force Control TechnologyCo.Ltd in Beijing as monitoring software.The system communicates by FCS,and can monitor real time,which has an office automation function.The system also provides inquire and print function,as well as alerting as the need.Because the equipme

9、nt in mineproduction equipmentacross theregionis larger,distribution is notconcentrated,motor and so onmanyof these characteristics,if thecablecentralized datatransmission systemof ordinary,thesystem ofinvestment,construction,maintenance,communicationput forwarda severe test,sowe use GPRStransmissio

10、n networkforremote data transmission. The monitoring system designed in this thesis have been used in the actual for about long time.According to the operation result,the system greatly improves the iron mines automation level,guarantees the safety of production and save the production cost.Keywords

11、:Iron dressing Monitoring system Data acquisition PLC GPRS SCADAIII基于PLC的選礦廠調(diào)度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc6714 摘 要 PAGEREF _Toc6714 2 HYPERLINK l _Toc25033 Abstract PAGEREF _Toc25033 3 HYPERLINK l _Toc29778 基于PLC的選礦廠調(diào)度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄 PAGEREF _Toc29778 4 HYPERLINK l _Toc31495 第1章 緒論 PAGEREF _Toc31

12、495 6 HYPERLINK l _Toc32301 1.1本文研究背景 PAGEREF _Toc32301 6 HYPERLINK l _Toc30815 1.2文本研究的現(xiàn)狀與前景 PAGEREF _Toc30815 6 HYPERLINK l _Toc25226 1.3文本研究的目的和意義 PAGEREF _Toc25226 8 HYPERLINK l _Toc11960 1.4論文闡述容 PAGEREF _Toc11960 8 HYPERLINK l _Toc11090 第2章 PLC、GPRS、RS485、Modbus簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc11090 10 HYPERLIN

13、K l _Toc20101 2.1 PLC技術(shù)概述 PAGEREF _Toc20101 10 HYPERLINK l _Toc9364 2.1.1 PLC的發(fā)展歷史 PAGEREF _Toc9364 10 HYPERLINK l _Toc866 2.1.2 PLC的硬件和軟件 PAGEREF _Toc866 10 HYPERLINK l _Toc9271 2.1.3 PLC的通訊聯(lián)網(wǎng) PAGEREF _Toc9271 11 HYPERLINK l _Toc10598 2.1.4 PLC的注意事項(xiàng) PAGEREF _Toc10598 11 HYPERLINK l _Toc17541 2.2 GP

14、RS技術(shù)概述 PAGEREF _Toc17541 12 HYPERLINK l _Toc3609 2.2.1 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc3609 12 HYPERLINK l _Toc20405 2.2.2 GPRS工作原理 PAGEREF _Toc20405 13 HYPERLINK l _Toc8772 2.3 RS485協(xié)議概述 PAGEREF _Toc8772 14 HYPERLINK l _Toc19743 2.4 Modbus通訊協(xié)議概述 PAGEREF _Toc19743 14 HYPERLINK l _Toc27364 第3章 選礦廠工藝流程分析 PAGEREF

15、 _Toc27364 16 HYPERLINK l _Toc25797 3.1 選礦流程簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc25797 16 HYPERLINK l _Toc13061 3.2 淺析選礦廠需求 PAGEREF _Toc13061 17 HYPERLINK l _Toc13385 3.3 數(shù)據(jù)采集的分類 PAGEREF _Toc13385 20 HYPERLINK l _Toc19811 第4章 基于GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc19811 21 HYPERLINK l _Toc18581 4.1 整體方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc18581 21 HYPERL

16、INK l _Toc27631 4.1.1 GPRS數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的選擇 PAGEREF _Toc27631 22 HYPERLINK l _Toc18877 4.1.2 DTU終端接入方式的選擇 PAGEREF _Toc18877 22 HYPERLINK l _Toc1204 4.1.3 調(diào)度監(jiān)控中心接入方式選擇 PAGEREF _Toc1204 22 HYPERLINK l _Toc4828 4.1.4 GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc4828 23 HYPERLINK l _Toc14000 4.1.5 GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn) PAGEREF _Toc1400

17、0 24 HYPERLINK l _Toc32257 4.2 調(diào)度監(jiān)控中心設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc32257 24 HYPERLINK l _Toc30358 4.3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc30358 25 HYPERLINK l _Toc11370 第5章 數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc11370 27 HYPERLINK l _Toc19105 5.1 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)分布 PAGEREF _Toc19105 27 HYPERLINK l _Toc5528 5.2 PLC數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc5528 28 HYPERLINK l _Toc219

18、67 第6章 組態(tài)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc21967 30 HYPERLINK l _Toc15363 6.1 力控組態(tài)軟件簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc15363 30 HYPERLINK l _Toc13899 6.2 軟件開(kāi)發(fā)流程 PAGEREF _Toc13899 30 HYPERLINK l _Toc7289 6.2.1 組態(tài)畫(huà)面布局設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7289 30 HYPERLINK l _Toc6092 6.2.2 虛擬仿真 PAGEREF _Toc6092 30 HYPERLINK l _Toc21869 6.2.3 實(shí)際測(cè)試與修正 PAGEREF _Toc2

19、1869 31 HYPERLINK l _Toc8747 6.3 組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc8747 31 HYPERLINK l _Toc11712 6.3.1 組態(tài)軟件變量表 PAGEREF _Toc11712 31 HYPERLINK l _Toc28040 6.3.2 組態(tài)數(shù)據(jù)處理 PAGEREF _Toc28040 32 HYPERLINK l _Toc7880 6.3.3 組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7880 33 HYPERLINK l _Toc12466 6.3.4 報(bào)表曲線設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc12466 34 HYPERLINK l _Toc2

20、5508 6.3.5 報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc25508 36 HYPERLINK l _Toc17327 6.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc17327 37 HYPERLINK l _Toc24606 第7章 總結(jié) PAGEREF _Toc24606 38 HYPERLINK l _Toc8080 7.1 工作總結(jié) PAGEREF _Toc8080 38第1章 緒論1.1本文研究背景隨著社會(huì)的快速發(fā)展，世界各國(guó)對(duì)鋼鐵的需求量越來(lái)越大，導(dǎo)致鋼鐵以與鐵礦石價(jià)格一路上升，進(jìn)而導(dǎo)致制造成本加大，利潤(rùn)率下降。在這種情況下，更好更多地開(kāi)采鐵礦石就顯得格外緊迫。在同等的自然條件下，選

21、礦自動(dòng)化技術(shù)能很大程度上提高選礦的效率和效益，節(jié)約人力成本，有更高的安全保障。選礦自動(dòng)化技術(shù)自20 世紀(jì) 40 年代以來(lái)，已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，從根本上轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)選礦技術(shù)落后的局面。選礦過(guò)程控制是指為了滿足選礦生產(chǎn)過(guò)程的各類需求（包括生產(chǎn)安全性、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效益、環(huán)境保護(hù)和操作規(guī)模等）而采用的連續(xù)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制技術(shù)。由于選礦生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜特性和一些客觀因素，一定程度上限制了選礦自動(dòng)化技術(shù)的普與圍、應(yīng)用水平和發(fā)展速度，與其他行業(yè)相比較而言仍然顯得有些落后。但由于選礦自動(dòng)化技術(shù)在提高選廠生產(chǎn)效率、提高精礦品位和回收率、降低制造成本等方面效果顯著，因此今年來(lái)日益受到重視 在選礦過(guò)程中，經(jīng)常需要對(duì)某

22、些變量的值進(jìn)行恒定控制，防止其浮動(dòng)，比如球磨機(jī)物料的濃度，必須要控制在一個(gè)水平才能使磨選效果最好。但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，有很多因素會(huì)對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行干擾，這我們就必須對(duì)這些變量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。以往這種調(diào)節(jié)都是人工進(jìn)行的，人工調(diào)節(jié)的誤差和延時(shí)性都比較大，而自動(dòng)控制就能克服這些缺點(diǎn)，它具有精度高、反應(yīng)快等特點(diǎn)，因此它也成為最近的選礦發(fā)展方向。1.2文本研究的現(xiàn)狀與前景由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器水平的迅速發(fā)展，以與自動(dòng)控制技術(shù)的更廣泛應(yīng)用，使得計(jì)算機(jī)控制技術(shù)取得了極其飛速的發(fā)展。到上世紀(jì)七十年代中期，出現(xiàn)了集散型控制系統(tǒng)（DCS），它以微處理器為核心。DCS 的出現(xiàn)使工控領(lǐng)域得到了很大的改變，并

23、且迅速應(yīng)用到了各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。到 70 年代末的時(shí)候，DCS 開(kāi)始運(yùn)用到了選礦過(guò)程中。進(jìn)入 21 世紀(jì)后，傳統(tǒng)的礦業(yè)大國(guó)如美國(guó)、南非、俄羅斯等在一些大中型選礦廠采用自動(dòng)化選礦技術(shù)已經(jīng)非常普遍，其應(yīng)用圍已經(jīng)覆蓋從破碎到脫水的各個(gè)環(huán)節(jié)，測(cè)控參數(shù)包括所有的需測(cè)量。在控制方案上也從以往的單參數(shù)、單機(jī)、單作業(yè)段控制向全流程、全車間、全廠圍的多級(jí)控制和管控一體化方向發(fā)展。近年來(lái)的計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展以與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，為選礦自動(dòng)化的發(fā)展提供了更加良好的發(fā)展條件。 選礦自動(dòng)化技術(shù)自上世紀(jì)出現(xiàn)以來(lái)，已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，從根本上使得傳統(tǒng)選礦技術(shù)的落后局面得到了改觀。按傳統(tǒng)的操作方式，工人們都是憑以往的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)

24、設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，這樣既不與時(shí)又不準(zhǔn)確，所以較難獲得好的控制效果，同時(shí)也會(huì)造成工人們的工作條件很惡劣。自動(dòng)檢測(cè)能夠與時(shí)準(zhǔn)確的指示選礦過(guò)程各參數(shù)的變化；自動(dòng)調(diào)節(jié)能夠與時(shí)根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，準(zhǔn)確的對(duì)有關(guān)變量進(jìn)行調(diào)節(jié)，這兩項(xiàng)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用提高了選礦指標(biāo)，節(jié)約了能耗，改善了勞動(dòng)條件。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的選礦自動(dòng)化技術(shù)能夠綜合考慮選礦過(guò)程中各項(xiàng)影響因素，隨著入選礦石性質(zhì)的變化而自動(dòng)改變對(duì)各變量的控制，使選礦指標(biāo)達(dá)到最佳值。 盡管選礦過(guò)程控制有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際選礦過(guò)程中，過(guò)程控制的應(yīng)用遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期的效果。制約其發(fā)展速度的的幾個(gè)主要環(huán)節(jié)在于：（1）傳感器和各類檢測(cè)儀表沒(méi)有創(chuàng)新，顯得相對(duì)落后，一些大設(shè)備

25、的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的檢測(cè)仍然存在可靠性低的問(wèn)題。此外，傳感器安裝復(fù)雜、運(yùn)行壽命短也是制約選礦自動(dòng)化的關(guān)鍵因素。（2）很多選廠對(duì)傳感器件以與自動(dòng)化系統(tǒng)的定期維護(hù)缺乏重視，也非常缺乏專門(mén)人員進(jìn)行維護(hù)，這樣就使得系統(tǒng)僅能夠在投運(yùn)后的短期保持正常狀態(tài)。一旦缺乏技術(shù)支持，自動(dòng)化系統(tǒng)很可能就因?yàn)楦鞣N情況而出現(xiàn)故障。（3）自動(dòng)化系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的不合理。很多選廠的自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)都不切合實(shí)際情況，具體表現(xiàn)在控制程序不合理，儀表設(shè)備選擇不合理等等。（4）大多數(shù)人依然認(rèn)為中國(guó)勞動(dòng)力過(guò)剩，自動(dòng)化系統(tǒng)的存在沒(méi)有必要。這是一種傳統(tǒng)的落后觀念，實(shí)踐已慢慢證明這是錯(cuò)誤的。下面簡(jiǎn)要敘述當(dāng)前選礦控制領(lǐng)域的一些熱點(diǎn)，能大體概括近期

26、的發(fā)展趨勢(shì)：（1）軟傳感器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。此技術(shù)是指先測(cè)量一些間接參數(shù)，然后用數(shù)學(xué)方法來(lái)進(jìn)行處理，這樣就可以得到一些因客觀原因不便直接檢測(cè)的量的數(shù)據(jù)。該技術(shù)作為一種更簡(jiǎn)便、更經(jīng)濟(jì)的測(cè)量手段，目前正在進(jìn)一步發(fā)展。（2）計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展。上位機(jī)采用高可靠的工控機(jī)進(jìn)行直接控制。特別是近些年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛普與使得一些原來(lái)自動(dòng)化應(yīng)用基礎(chǔ)不錯(cuò)的選廠準(zhǔn)備采用基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制方案，這種控制方案能與因特網(wǎng)以與原有的信息管理系統(tǒng)相適應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)更深入的管控一體化。（3）計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用。該技術(shù)目前已能夠?qū)B續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制和生產(chǎn)管理。CMS 系統(tǒng)是選礦自動(dòng)化發(fā)展下去的遠(yuǎn)

27、期目標(biāo)。（4）新型選礦工藝和選礦設(shè)備。這些工藝和設(shè)備自身對(duì)自動(dòng)化水平的要求，促使自動(dòng)化技術(shù)日益成為選礦生產(chǎn)中不可或缺的手段。按 IEC 和現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。有通信就必須有協(xié)議，從這個(gè)意義上講，現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)質(zhì)上是一個(gè)定義了硬件接口和通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)。 現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)質(zhì)是以串行數(shù)字通信替代了傳統(tǒng)的 420mA 模擬信號(hào)的傳輸。它把通用或?qū)Ｓ玫奈⑻幚砥髦萌雮鹘y(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使之具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，采用一定的介質(zhì)作為通信總線，按照公開(kāi)、規(guī)的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)設(shè)備之間以與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)

28、傳輸和信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 在通信網(wǎng)絡(luò)中，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 制定了開(kāi)放式系統(tǒng)互連參考模型，定義了7層體系結(jié)構(gòu)。但對(duì)于工業(yè)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，7層模型過(guò)于復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)總線和實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)都參考ISO模型，采用了符合自己要求的協(xié)議模型?，F(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)是：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分散，單個(gè)節(jié)點(diǎn)信息量小，但實(shí)時(shí)性和快速性要求較高。所以現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)ISO模型做了大量的簡(jiǎn)化，只使用了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，如圖 1.1 所示： 圖 1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線通信模型現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：開(kāi)放性和互操作性數(shù)字通信抗干擾能力徹底的分散性對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性低成本1.3文本研究的目的和意義自從我

29、國(guó)加入 WTO 后，各種礦類產(chǎn)品市場(chǎng)也逐漸形成了國(guó)外一體化的新局面，到如今，這種局面更加深化。所有的礦山企業(yè)都面臨國(guó)外同行的直接競(jìng)爭(zhēng)，這對(duì)于我們來(lái)講是一個(gè)巨大而嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，但這同時(shí)也是我們的一個(gè)很好的發(fā)展機(jī)遇，可以趁機(jī)淘汰落后產(chǎn)能，做大做強(qiáng)優(yōu)勢(shì)企業(yè)，加強(qiáng)國(guó)礦山企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。但我們也看到，國(guó)的很多企業(yè)在設(shè)備、技術(shù)水平、管理能力和生產(chǎn)效率方面與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)相比，均存在比較大的距離。隨著新世紀(jì)的到來(lái)，各種資源逐漸顯得匱乏，礦產(chǎn)資源的可持續(xù)利用也就顯得日益重要，而選礦自動(dòng)化在保障生產(chǎn)、節(jié)能減排、降低成本、提高生產(chǎn)效率和環(huán)境保護(hù)等方面，都有很大的發(fā)揮空間。因此，提高自動(dòng)化技術(shù)在選礦行業(yè)的應(yīng)用水平具有重大

30、的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)國(guó)選礦自動(dòng)化水平和選礦工藝技術(shù)水平的提高，增強(qiáng)國(guó)礦山企業(yè)的綜合實(shí)力、建立現(xiàn)代企業(yè)制度，實(shí)現(xiàn)未來(lái)的可持續(xù)發(fā)展，必將產(chǎn)生十分積極的影響。1.4論文闡述容 根據(jù)相關(guān)背景和具體標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合礦山項(xiàng)目實(shí)際，設(shè)計(jì)了一套礦山自動(dòng)化調(diào)度控制系統(tǒng)。本論文主要完成以下工作：（1）項(xiàng)目背景以與相關(guān)技術(shù)的分析介紹。（2）介紹PLC、GPRS、RS485協(xié)議和Modbus通訊協(xié)議的相關(guān)知識(shí)。（3）介紹選礦流程，然后根據(jù)客戶的實(shí)際需求，對(duì)礦區(qū)需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)進(jìn)一下細(xì)致的分類。（4）根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)GPRS無(wú)線傳輸功能的實(shí)現(xiàn)做系統(tǒng)的闡述并對(duì)礦區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，提出總體的系統(tǒng)架構(gòu)和實(shí)施方

31、案。（5）列出所有的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，并描述PLC在選礦廠各生產(chǎn)車間（碎礦車間、磨礦車間與各泵站等）如何對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)控制與生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集；（6）介紹總體軟件架構(gòu)，完成中心調(diào)度室的組態(tài)軟件的編寫(xiě)，包括工藝部分、電力部分、故障報(bào)警部分和辦公自動(dòng)化部分。（7）最后對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)。第2章 PLC技術(shù)與GPRS技術(shù)2.1 PLC技術(shù)概述2.1.1 PLC的發(fā)展歷史在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，與大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第

32、二年，美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱PC）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡(jiǎn)稱PC。PLC的定義有許多種。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來(lái)在其部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操

33、作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器與其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為3040%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，是無(wú)法取代的。2.1.2 PLC的硬件

34、和軟件PLC的硬件構(gòu)成，從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。CPU的構(gòu)成：CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指

35、令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器與實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制與狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口與有關(guān)電路。存主要用于存儲(chǔ)程序與數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。 CPU速度和存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I/O數(shù)量與軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。I/O模塊：PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入（DI），

36、開(kāi)關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。2.1.3 PLC的通訊聯(lián)網(wǎng)依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來(lái)越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器的觀點(diǎn)說(shuō)法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以與其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些置有支持各自通信協(xié)議的接口。2.1.4 PLC的注意事項(xiàng)保證PLC的正常運(yùn)行，因此在使用中應(yīng)注意以下問(wèn)題。1、 工作環(huán)境1.1 溫度PLC要求環(huán)境溫度在055，安裝時(shí)不能放

37、在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大，基本單元和擴(kuò)展單元之間要有30mm以上間隔；開(kāi)關(guān)柜上、下部應(yīng)有通風(fēng)的百葉窗，防止太直接照射；如果周圍環(huán)境超過(guò)55，要安裝電風(fēng)扇強(qiáng)迫通風(fēng)。1.2 濕度為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對(duì)濕度應(yīng)小于85%（無(wú)凝露）。1.3 震動(dòng)應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動(dòng)源，防止振動(dòng)頻率為1055Hz的頻繁或連續(xù)振動(dòng)。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動(dòng)時(shí)，必須采取減震措施。1.4 空氣避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對(duì)于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝空氣凈化裝置。1.5 電源 PLC供電電源為50Hz、220

38、（110%）V的交流電，對(duì)于電源線來(lái)的干擾，PLC本身具有足夠的抵制能力。對(duì)于可靠性要求很高的場(chǎng)合或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境，可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。2.2 GPRS技術(shù)概述 由于選礦廠地理位置分散, 數(shù)據(jù)量大, 為了節(jié)省投資和便于系統(tǒng)擴(kuò)展不便于采用有線的通信方式,基于GPRS 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控是選礦廠遠(yuǎn)程監(jiān)控投資最少,效益最高, 穩(wěn)定性最佳的解決方案之一。2.2.1 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GPRS網(wǎng)絡(luò)首先是一個(gè)IP網(wǎng)被建立成一個(gè)IP環(huán)路,基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線接入,是在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)中增加三個(gè)主要組件:GG

39、SN(GatewayGPRS Supporting Node, GPRS 網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn))、SGSN (Serving GSN, GPRS 服務(wù)支持節(jié)點(diǎn))、PCU (Packet Control Unit,包控制單元),使用戶能夠在端到端分組方式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 用戶設(shè)備通過(guò)串行或無(wú)線的方式連接到GPRS終端上,GPRS終端與GSM基站通信。但與電路交換式的數(shù)據(jù)呼叫有所不同,GPRS分組是從基站發(fā)送到GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(SGSN),而不是通過(guò)移動(dòng)交換中心(MSC)連接到語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)上。SGSN與GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)進(jìn)行通信,GGSN對(duì)分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理,在發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò),如Int

40、er網(wǎng)或X2.5網(wǎng)絡(luò)。 來(lái)自Internet有移動(dòng)臺(tái)地址的IP包,由GGSN接收,并轉(zhuǎn)發(fā)到SGSN,繼而傳送到移動(dòng)臺(tái)上。 SGSN是GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn),它與MSC處于網(wǎng)絡(luò)體系中的同一層。SGCN與BTS項(xiàng)鏈?zhǔn)荊SM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與移動(dòng)臺(tái)之間的接口。SGSN的主要作用是記錄移動(dòng)臺(tái)的當(dāng)前位置信息,并且在移動(dòng)臺(tái)和GGSN間完成移動(dòng)分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。 GGSN通過(guò)基于IP協(xié)議的GPRS主網(wǎng)連接到SGSN上,它是連接GSM網(wǎng)絡(luò)外部分組交換網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)。GGSN主要是起網(wǎng)關(guān)作用,也可把它稱為GPRS的路由器。GGSN可以把GSM網(wǎng)絡(luò)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換,從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠(yuǎn)端的

41、TCP/IP或X.25網(wǎng)絡(luò)中去。 SGSN和GGSN利用GPRS隨道協(xié)議(GTP)對(duì)IP或X.25分組進(jìn)行封裝,實(shí)現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于具有GPRS業(yè)務(wù)功能的移動(dòng)終端,它本身具有GSM和GPRS業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商提供的地址,這樣,分組公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的終端利用數(shù)據(jù)網(wǎng)識(shí)別碼即可向GPRS終端直接發(fā)送數(shù)據(jù)。另外GPRS支持與基于IP的網(wǎng)絡(luò)互通,當(dāng)在TCP連接中使用數(shù)據(jù)報(bào)時(shí),GPRS提供TCP/IP報(bào)頭的壓縮功能。GPRS是GSM系統(tǒng)中提供分組業(yè)務(wù)的一種方式,但從根本性質(zhì)上說(shuō),它仍屬于IP網(wǎng)絡(luò),所以他能廣泛應(yīng)用于IP域。其移動(dòng)終端通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)提供的尋址方案和運(yùn)營(yíng)商的具體網(wǎng)間互通協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)全球的通信。2.2.

42、2 GPRS工作原理(1)工作原理GPRS的工作原理是在GPRS工作時(shí),通過(guò)路由管理來(lái)進(jìn)行尋址和建立數(shù)據(jù)連接。而GPRS的路由管理表現(xiàn)在3個(gè)方面,即移動(dòng)終端發(fā)送數(shù)據(jù)的路由建立;移動(dòng)終端接收數(shù)據(jù)的路由建立;以與移動(dòng)終端處于漫游時(shí)數(shù)據(jù)路由的建立。第一種情況,當(dāng)移動(dòng)終端產(chǎn)生了一個(gè)PDU (分組數(shù)據(jù)單元),這個(gè)PDU經(jīng)過(guò)SNDC層處理,稱為SNDC數(shù)據(jù)單元。然后經(jīng)過(guò)LLC層處理為L(zhǎng)LC幀通過(guò)空中接口送到GSM網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)終端所處的SGSN。SGSN把數(shù)據(jù)送到GGSN。GGSN把收到的消息進(jìn)行處理,轉(zhuǎn)換為可在公用數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送的格式(如PSPDN的PDU),最終送給公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的用戶。為了提高傳輸效率,并保證

43、數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?可以對(duì)空中接口上的數(shù)據(jù)做壓縮和加密處理。 第二種情況,一個(gè)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶傳送數(shù)據(jù)到移動(dòng)終端時(shí),首先通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議建立數(shù)據(jù)網(wǎng)和GGSN之間的路由。數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶發(fā)出的數(shù)據(jù)單元(如PSPDN中的PDU),通過(guò)建立好的路由把數(shù)據(jù)單元PDU送給GGSN。而GGSN再把PDU送給移動(dòng)終端所在的SGSN上GSN把PDU封裝成SNDC數(shù)據(jù)單元,再經(jīng)過(guò)LLC層處理為L(zhǎng)LC幀單元,最終通過(guò)空中接口送給移動(dòng)終端。 第三種情況,一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶傳送數(shù)據(jù)給一個(gè)正在漫游的移動(dòng)用戶。這種情況下的數(shù)據(jù)傳送必須要經(jīng)過(guò)歸屬地的GGSN,然后送到移動(dòng)用戶。 (2)特點(diǎn) 與原有的GSM系統(tǒng)相比,GPRS系統(tǒng)具有以下

44、重要特點(diǎn): 1) GPRS為用戶提供端到端的分組交換和傳輸方式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),能夠高效的利用網(wǎng)絡(luò)資源,降低通信成本。 2)GPRS用戶永遠(yuǎn)在線,網(wǎng)絡(luò)接入速度快。 3)GPRS具有多種服務(wù)質(zhì)量可靈活支持多種數(shù)據(jù)應(yīng)用。對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可設(shè)置不同的服務(wù)質(zhì)量參數(shù):優(yōu)先級(jí)、可靠性、時(shí)延、數(shù)據(jù)速率,可根據(jù)實(shí)際靈活選擇服務(wù)質(zhì)量參數(shù)為用戶提供服務(wù)。 4)GPRS數(shù)據(jù)傳輸速率高,最高可以達(dá)到171.2kb/s。 5)GPRS計(jì)費(fèi)合理,采用流量計(jì)費(fèi)。GPRS用戶只有在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)才占用信道并被計(jì)費(fèi)。 6)GPRS用戶可隨意分布和移動(dòng)自己的網(wǎng)絡(luò)點(diǎn),無(wú)需擔(dān)心線路的維護(hù)或移機(jī)時(shí)導(dǎo)致的通訊中斷。 (3) GPRS的優(yōu)勢(shì) 1)GPRS采

45、用分組交換技術(shù),高效傳輸高速和低速數(shù)據(jù)和命令,優(yōu)化了對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源和無(wú)線資源的利用。 2)定義了新的GPRS無(wú)線信道,且分配方式十分靈活:每個(gè)TDMA幀可分配1到8個(gè)無(wú)限接口時(shí)隙。時(shí)隙能為活動(dòng)用戶所共享,且上行鏈路和下行鏈路的分配是獨(dú)立的。 3)支持中、高速率數(shù)據(jù)傳輸,可提供9.05171.2k/s的數(shù)據(jù)傳輸速率(每用戶)。GPRS采用了與GSM不同的信道編碼方案,定義了 CS-1、CS-2、CS-3、和CS-4四種編碼方案。 4)GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快,提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無(wú)縫連接。 5)GPRS支持基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信協(xié)議的應(yīng)用,可以和IP網(wǎng)、X.25網(wǎng)互聯(lián)互通。支持特定的點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)服務(wù),以

46、實(shí)現(xiàn)一些特殊應(yīng)用,如遠(yuǎn)程信息處理。GPRS也允許短消息業(yè)務(wù)(SMS)經(jīng)GPRS無(wú)線信道傳輸(需要運(yùn)營(yíng)商支持)。 6)GPRS的設(shè)計(jì)使得它既能支持間歇的突發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸,又能支持偶爾的大量數(shù)據(jù)的傳輸。它支持四種不同的QoS級(jí)別。GPRS能在0.51秒之恢復(fù)數(shù)據(jù)的重新傳輸。GPRS的計(jì)費(fèi)一般以數(shù)據(jù)傳輸量為依據(jù)。 7)GPRS可以實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)流量、業(yè)務(wù)類型與服務(wù)質(zhì)量等級(jí)(QoS)的計(jì)費(fèi)功能,計(jì)費(fèi)方式更加合理,.用戶使用更加方便。 8)GPRS的核心網(wǎng)絡(luò)層采用IP技術(shù),底層可使用多種傳輸技術(shù),很方便地實(shí)現(xiàn)與高速發(fā)展的IP網(wǎng)無(wú)縫連接。2.3 RS485協(xié)議概述 RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定，

47、而不涉與接插件、電纜或協(xié)議；因此，用戶需要在RS-485 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立自己的應(yīng)用層通信協(xié)議。 由于RS-485 標(biāo)準(zhǔn)是基于PC 的UART 芯片上的處理方式，因此，其通訊協(xié)議也規(guī)定了串行數(shù)據(jù)單元的格式（8-N-1 格式）：1 位邏輯0 的起始位，6/7/8 位數(shù)據(jù)位，1 位可選擇的奇(ODD)/偶(EVEN)校驗(yàn)位，1/2 位邏輯1 的停止位。 目前，RS-485 在國(guó)有著非常廣泛的應(yīng)用，許多領(lǐng)域，比如工業(yè)控制、電力通訊、智能樓宇等都經(jīng)常可以見(jiàn)到具有RS-485 接口電路的設(shè)備。但是，這些設(shè)備采用的用戶層協(xié)議(術(shù)語(yǔ)參考自O(shè)SI 的7 層結(jié)構(gòu))都不一樣；這些設(shè)備之間并不可以直接連接通訊。

48、 比如，很多具有RS-485 接口電路的用戶設(shè)備采用自己制定的簡(jiǎn)單通訊協(xié)議，或是直接取自ModBus 協(xié)議(AscII/RTU 模式)中的一部分功能；在電力通訊領(lǐng)域，當(dāng)前國(guó)家現(xiàn)在執(zhí)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，頒布有按設(shè)備分類的各種通訊規(guī)約，如CDT、SC-1801、u4F、DNP3.0 規(guī)約和1995 年的IEC60870-5-101 傳輸規(guī)約、1997 年的國(guó)際101 規(guī)約的國(guó)版本DL/T634-1997規(guī)約；在電表應(yīng)用中，國(guó)大多數(shù)地區(qū)的廠商采用多功能電能表通訊規(guī)約(DL/T645-1997)。2.4 Modbus通訊協(xié)議概述 Modbus技術(shù)已成為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它是由Modicon公司制定并開(kāi)發(fā)的。其

49、通訊主要采用RS232，RS485等其他通訊媒介。它為用戶提供了一種開(kāi)放、靈活和標(biāo)準(zhǔn)的通訊技術(shù)，降低了開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本。 Modbus通訊協(xié)議由主設(shè)備先建立消息格式，格式包括設(shè)備地址、功能代碼、數(shù)據(jù)地址和出錯(cuò)校驗(yàn)。從設(shè)備必需用Modbus協(xié)議建立答復(fù)消息，其格式包含確認(rèn)的功能代碼，返回?cái)?shù)據(jù)和出錯(cuò)校驗(yàn)。如果接收到的數(shù)據(jù)出錯(cuò)，或者從設(shè)備不能執(zhí)行所要求的命令，從設(shè)備將返回出錯(cuò)信息Modbus通訊協(xié)議擁有自己的消息結(jié)構(gòu)。不管采用何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，該消息結(jié)構(gòu)均可以被系統(tǒng)采用和識(shí)別。利用此通信協(xié)議，既可以詢問(wèn)網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備，也能答復(fù)其他設(shè)備的詢問(wèn)，又可以檢測(cè)并報(bào)告出錯(cuò)信息。在Modbus網(wǎng)絡(luò)上通訊期間，通

50、訊協(xié)議能識(shí)別出設(shè)備地址、消息、命令以與包含在消息中的數(shù)據(jù)和其他消息，如果協(xié)議要求從設(shè)備予以答復(fù)，那么從設(shè)備將組建一個(gè)消息，并利用Modbus發(fā)送出去。第3章 選礦廠工藝流程分析3.1 選礦流程簡(jiǎn)介選礦，就是根據(jù)礦石中不同礦物的物理、化學(xué)性質(zhì)，把礦石破碎磨細(xì)以后，采用重選法、浮選法、磁選法、電選法等，將有用礦物與脈石礦物分開(kāi)，并使各種共生的有用礦物盡可能相互分離，除去或降低有害雜質(zhì)，以獲得冶煉或其他工業(yè)所需原料的過(guò)程。 選礦從大的圍講分為破碎、磨礦、擇選三個(gè)過(guò)程，細(xì)分又可分為破碎、磨碎、篩分分級(jí)、洗礦、磁選、選后處理等步驟。深坑鐵礦的選礦工藝流程概圖如圖3.1。 圖3.1 深坑鐵礦的選礦工藝流程

51、概圖下面簡(jiǎn)要介紹一下：（1）礦石破碎 破碎就是將礦山采出的粒度為 5001500mm 的礦塊碎裂至粒度為 525mm 的過(guò)程。方式有壓碎、擊碎、劈碎等，一般按粗碎、中碎、細(xì)碎三段進(jìn)行。粗破多用1.2m 或 1.5m 旋回式破碎機(jī)，中破使用 2.1m 或 2.2m 標(biāo)準(zhǔn)型圓錐式破碎機(jī)，細(xì)破采用2.1m 或 2.2m 短頭型圓錐式破碎機(jī)。（2）磨礦我國(guó)鐵礦磨礦工藝大多采用兩段磨礦流程，中小型選礦廠采用一段磨礦流程。磨礦以研磨和沖擊為主。將破碎產(chǎn)品磨至粒度為 10300m 大小。磨碎的粒度據(jù)有用礦物在礦石中的浸染粒度和采用的選別方法確定。常用的磨礦設(shè)備有：棒機(jī)，球磨機(jī)，自磨機(jī)和半自磨機(jī)。深坑鐵礦選用

52、的就是球磨機(jī)。磨碎作業(yè)能耗高，常約占選礦總能耗的一半。（3）篩分分級(jí)按篩面篩孔的大小將物料分為不同的粒度級(jí)別稱篩分，常用于處理粒度較粗的物料。按顆粒在介質(zhì)（通常為水）中沉降速度的不同，將物料分為不同的沉降級(jí)別，稱分級(jí)，用于粒度較小的物料。篩分和分級(jí)是在粉碎過(guò)程中分出合適粒度的物料，或把物料分成不同粒度級(jí)別分別入選。（4）洗礦為避免含泥礦物原料中的泥質(zhì)物堵塞粉碎、篩分設(shè)備，需進(jìn)行洗礦。原料如含有可溶性有用或有害成分，也要進(jìn)行洗礦。洗礦可在擦洗機(jī)中進(jìn)行，也可在篩分和分級(jí)設(shè)備中進(jìn)行。（5）選別礦物原料經(jīng)粉碎作業(yè)后進(jìn)入選別作業(yè),使有用礦物和脈石分離，或使各種有用礦物彼此分離。這是選礦的主體部分。選別作

53、業(yè)有重選、浮選、磁選、電選、揀選和化學(xué)選等。深坑選礦廠采用的是磁選方式。磁選是利用礦物顆粒磁性的不同，在不均勻磁場(chǎng)中進(jìn)行選別。（6）選后產(chǎn)品處理選后產(chǎn)品處理作業(yè) 包括精礦、中間產(chǎn)品、尾礦的脫水，尾礦堆置和廢水處理。選礦主要在水中進(jìn)行，選后產(chǎn)品需要脫水，方法有重力泄水、濃縮、過(guò)濾和干燥。塊狀和粗粒物料可用脫水篩、螺旋分級(jí)機(jī)和脫水倉(cāng)等進(jìn)行重力泄水。細(xì)粒物料用濃縮機(jī)或水力旋流器和磁力脫水槽等濃縮，再經(jīng)真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾。近年出現(xiàn)的流態(tài)化干燥法和噴霧干燥法可以提高干燥效率。尾礦通常送尾礦庫(kù)堆存，有時(shí)先經(jīng)濃縮后再進(jìn)行堆存。尾礦水可回收再用。不合排放標(biāo)準(zhǔn)的廢水須經(jīng)凈化處理。舊尾礦場(chǎng)地要進(jìn)行植被、復(fù)田。經(jīng)過(guò)以上

54、幾個(gè)步驟之后就能得到品位較好的鐵礦砂，然后運(yùn)輸?shù)礁鱾€(gè)煉鐵廠進(jìn)行加工得到鋼鐵產(chǎn)品。3.2 淺析選礦廠需求 對(duì)于選礦廠，生產(chǎn)的根本需求就是在保證安全的情況下最大可能的獲得直接經(jīng)濟(jì)效益。從系統(tǒng)工程的角度來(lái)講，就是要盡量降低投入的同時(shí)，增加產(chǎn)出。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，將這個(gè)需求分解一下，就又可以大體分為控制成本、增加產(chǎn)出、保障安全、便于管理等幾個(gè)小的需求。其中，控制成本和增加產(chǎn)出可以很明顯的提高企業(yè)的收支比，也即是提高了企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益，這與企業(yè)的根本需直接相符的，增加產(chǎn)出的方式主要是優(yōu)化選礦流程；保障安全是為了保證所有設(shè)備和人員的正常運(yùn)作，也就是為更好更多的產(chǎn)出提供了保障，這也與以人為本的精神相符合的；便

55、于管理是為了給決策者以與操作人員更多的分析依據(jù)，必須提一些關(guān)鍵點(diǎn)的數(shù)據(jù)與其歷史數(shù)據(jù)、曲線分析、報(bào)表分析等。 從本鐵選廠的角度來(lái)講，控制成本就是合理地用水用電，減少選礦過(guò)程中的機(jī)械損耗、物料損耗等各類損耗，保證正常生產(chǎn)下地精簡(jiǎn)各個(gè)部門(mén)的人力等；增加產(chǎn)出就是盡力優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，協(xié)調(diào)好各個(gè)環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，更好更多地獲得品位較高的精礦粉；保障安全就是保證破碎、磨選等各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)備的正常運(yùn)作，保證現(xiàn)場(chǎng)人員的人身安全；便于管理就是要對(duì)原礦量、精礦量、精礦品位、料倉(cāng)高度等一些關(guān)鍵點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和整理，以便于廠領(lǐng)導(dǎo)以與現(xiàn)場(chǎng)的操作員進(jìn)行決策和操作。與選廠的需求相適應(yīng)，本監(jiān)控系統(tǒng)也就必須針對(duì)這些需求提供技術(shù)支持。下

56、面就對(duì)上述這四個(gè)小方面的需求在監(jiān)控系統(tǒng)中的體現(xiàn)進(jìn)行分析：（1）控制成本 選礦成本控制是圍繞生產(chǎn)工藝各要素所產(chǎn)生的物料消耗費(fèi)用、能源消耗費(fèi)用等而進(jìn)行的計(jì)劃、協(xié)調(diào)、控制的管理工作。它是以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)為基本要素，是一項(xiàng)綜合性管理。選礦成本控制流程如圖3.2所示。從圖3.2可以看出，控制選礦成本，必須要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的物料、能源消耗，各部門(mén)的制造費(fèi)用等進(jìn)行核算，算出原料成本、能源成本、制造費(fèi)用與精礦產(chǎn)品成本。具體到監(jiān)控系統(tǒng)上來(lái)講，就必須要對(duì)原礦的投放量，精礦的總產(chǎn)量，總用水量，總用電量等進(jìn)行監(jiān)控。因此，監(jiān)控系統(tǒng)必須在選礦廠的原礦進(jìn)礦口和精礦出礦口都要安裝地磅秤，來(lái)測(cè)量原礦和精礦噸位，在總輸入水管和各車間輸入

57、水管上要安裝流量計(jì)來(lái)測(cè)量水流量，在總配電房和各個(gè)低壓配電室要有電度表來(lái)檢測(cè)總用電量。這些數(shù)據(jù)都要進(jìn)行監(jiān)控，最后進(jìn)入組態(tài)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)。所有的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)整理成為報(bào)表給財(cái)務(wù)部門(mén)核算，看和原來(lái)的成本計(jì)劃出入在哪，合理對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，最大化節(jié)約生產(chǎn)成本。 圖 3.2 選礦成本控制流程 （2）優(yōu)化生產(chǎn)在設(shè)備、人員一定的情況下，想增加產(chǎn)出，就必須優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。從圖 3.2 可以看出，選礦過(guò)程是一個(gè)連續(xù)性的過(guò)程，各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間都有非常緊密的聯(lián)系，因此，選礦過(guò)程的優(yōu)化不能把眼光只放到某環(huán)節(jié)上，要從環(huán)節(jié)與環(huán)節(jié)之間，環(huán)節(jié)與總體之間進(jìn)行考量。具體到本鐵選廠來(lái)講，控制各設(shè)備的給礦量，破碎與中細(xì)碎、中細(xì)碎與磨選環(huán)節(jié)之

58、間的工作協(xié)調(diào)是非常重要的優(yōu)化手段。同時(shí)，要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有主要設(shè)備的運(yùn)行情況，哪些設(shè)備在開(kāi)，哪些設(shè)備在停車，哪些設(shè)備在檢修，為決策者作出正確的調(diào)度作技術(shù)支持。傳統(tǒng)的人工檢查方式雖然也能觀測(cè)到物料狀況和機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，但是信息比較分散，也有很大的滯后性，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化作用有限。自動(dòng)化監(jiān)控就能將所有的信息集中式管理，并且實(shí)時(shí)性非常強(qiáng)。為了達(dá)到這些優(yōu)化手段，必須對(duì)破碎機(jī)到中碎礦倉(cāng)的皮帶、中碎礦倉(cāng)到中碎機(jī)的皮帶、球磨礦倉(cāng)到球磨機(jī)的皮帶上都必須安裝皮帶秤，監(jiān)測(cè)各個(gè)環(huán)節(jié)的處理量；還要在中碎礦倉(cāng)和球磨礦倉(cāng)上安裝料位計(jì)，監(jiān)測(cè)各個(gè)環(huán)節(jié)的原料儲(chǔ)備量；所有設(shè)備的啟停信號(hào)也都必須進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，就能

59、對(duì)整個(gè)選礦過(guò)程的情況一目了然，一旦哪里物料過(guò)多或者缺乏，就能作出相應(yīng)的調(diào)整。這樣就能更好處理各個(gè)環(huán)節(jié)之間的工作協(xié)調(diào)，合理開(kāi)停機(jī)器，安排生產(chǎn)。 （3）保障安全保障設(shè)備和人員的正常安全工作是監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)非常重要的意義。設(shè)備全對(duì)于正常生產(chǎn)的重要性是不言而喻的。比如一旦破碎機(jī)出現(xiàn)故障，整個(gè)鐵廠就得停工，將會(huì)產(chǎn)生巨大的怠工損失。人員安全是企業(yè)的基本職責(zé)，也是以人為本的基本要求，必須要積極保護(hù)好工人的安全。在本選廠里，有很多高壓高流高溫設(shè)備，這些設(shè)備一旦出現(xiàn)事故，不但會(huì)造成生產(chǎn)受阻，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐扇藛T傷亡，所以本選廠對(duì)安全性的要求就顯得更加迫切。為了保證安全，大設(shè)備的電壓電流和溫度，監(jiān)控系統(tǒng)必須要實(shí)時(shí)

60、的監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)了超限情況，監(jiān)控系統(tǒng)要能夠立即作出報(bào)警，提醒現(xiàn)場(chǎng)人員作出反應(yīng)。 本選廠的各個(gè)環(huán)節(jié)之間是緊密連接的，當(dāng)后面的某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，前面的生產(chǎn)環(huán)節(jié)必須要做出調(diào)整。比如中碎機(jī)停機(jī)了，破碎機(jī)到中碎礦倉(cāng)的皮帶就必須要停下來(lái)，破碎機(jī)也要停止工作，否則會(huì)造成料倉(cāng)溢出，甚至對(duì)中碎機(jī)造成危害。這個(gè)就要求監(jiān)控系統(tǒng)在各個(gè)環(huán)節(jié)之間要有聯(lián)鎖功能，能自動(dòng)判斷停機(jī)。事故發(fā)生后再去處理永遠(yuǎn)都是被動(dòng)的，為了預(yù)防事故的發(fā)生，必要時(shí)對(duì)各個(gè)設(shè)備要進(jìn)行正常的輪休檢查，這就涉與到監(jiān)控系統(tǒng)必須要能記錄下大設(shè)備的持續(xù)工作時(shí)間，到了其維護(hù)時(shí)間就必須停機(jī)檢查。 本選廠的尾礦壩和取水水井距離較遠(yuǎn)，因此水井水位和尾礦壩高也是保障生