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電磁流量計在選礦廠水平衡控制系統中的應用

來源╃↟:中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司作者╃↟:發表時間╃↟:2017-09-13 10:00:11

 摘要╃↟:冶金行業選礦廠水耗大◕↟│╃,併產生廢水造成環境汙染◕↟│╃,因此選礦廠的水資源迴圈利用成為必須解決的問題│·✘◕╃。 山東華聯礦業有限公司採用了選礦廠水平衡控制系統◕↟│╃,使水資源得到了迴圈利用◕↟│╃,減少了環境汙染│·✘◕╃。

 
        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汙染◕↟│╃,因此對水資源的迴圈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透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端監控│·✘◕╃。 選礦廠主要供水管道上都安裝電磁流量計◕↟│╃,採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 個地點僅採集管道瞬時流量和累計流量值│·✘◕╃。
 
        由於選廠供水點分散◕↟│╃,且供水點多達 16 處之多◕↟│╃,選礦廠水平衡控制系統採用了西門子 PLC 控制系統│·✘◕╃。 選礦廠水平衡控制系統設定一個 PLC 300 主站位於選礦廠主廠房配電室中◕↟│╃,在每個供水點泵站處設定一個 PLC 200 分站◕↟│╃,根據每個供水點的分佈情況設定 11 個 PLC 分站用於現場資料採集│·✘◕╃。 各個分站採用工業乙太網光纖傳輸方式與主站進行通訊◕↟│╃, 所有資料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路架構圖如圖 1 所示│·✘◕╃。
系統網路架構圖
        系統的軟體採用西門子監控組態軟體 WinCC 7.0 和 PLC程式設計軟體 STEP7 │·✘◕╃。工業控制組態軟體 WinCC 7.0 用於人機介面的編寫◕↟│╃, PLC 程式設計軟體 STEP7 用於系統 PLC 硬體配置╃│、引數設定╃│、通訊定義和控制程式的編寫│·✘◕╃。
 
1.2 功能設計
        透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迴圈利用◕↟│╃, 減少廢水對周圍環境的影響◕↟│╃, 並且節能降耗◕↟│╃,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
系統監控畫圖
水平衡控制系統實現了以下功能╃↟:
        1 )透過控制系統對各供水泵站的裝置實現遠端啟停◕↟│╃,並對裝置執行狀態實時監控◕↟│╃,保證裝置的安全執行◕↟│╃,如圖 2 所示│·✘◕╃。
        2 )對重要的工藝引數如╃↟: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◕↟│╃,並用歷史曲線圖來記錄◕↟│╃,便於查詢│·✘◕╃。 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恆定◕↟│╃,從而保證了選礦廠生產工藝流程的穩定  │·✘◕╃。
        3 )當工藝引數╃│、裝置狀況或網路通訊出現異常時◕↟│╃,系統將發出報警提示操作人員進行檢查◕↟│╃,並根據現場情況採取相應措施│·✘◕╃。
        4 ) 由於現場安裝在供水管道上的流量計分佈比較分散◕↟│╃,系統具備遠端抄表功能◕↟│╃,自動記錄資料並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◕↟│╃, 以往都是透過現場人工調整水泵頻率和閥門開度來控制水量│·✘◕╃。 由於供水管道過長和人工調整的滯後性◕↟│╃, 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◕↟│╃, 用於對泵站裝置進行實時線上監控◕↟│╃,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端控制水泵電機頻率◕↟│╃,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◕↟│╃,保證水量恆定◕↟│╃,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 通訊介面◕↟│╃, 波特率通常設定為 9600 │·✘◕╃。 透過 MODBUS 通訊網路◕↟│╃, PLC 主站可以採集瞬時流量和累積流量等引數  │·✘◕╃。 電磁流量計採用的串列埠引數╃↟:1 位起始位◕↟│╃, 8 位資料位◕↟│╃, 1 位停止位│·✘◕╃。
 
        電磁流量計的 MODBUS 通訊介面在物理結構上採用電氣隔離方式◕↟│╃,能夠克服工業現場的各種干擾◕↟│╃,保證通訊網路的可靠執行│·✘◕╃。 電磁流量計標準 MODBUS 通訊網路是匯流排型網路結構◕↟│╃,支援 1 到 99 個電磁流量計組網◕↟│╃,在網路**遠的電磁流量計通常要在通訊線兩端並聯一個 120Ω 的終端電阻◕↟│╃, 標準通訊連線介質為遮蔽雙絞線│·✘◕╃。 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並回傳資料│·✘◕╃。
 
        電磁流量計僅採用 MODBUS 功能碼 04 ◕↟│╃, 用來讀取讀電磁流量計實時資訊◕↟│╃,暫存器地址定義為 4112 ( 0x1010 )│·✘◕╃。S7-200 的 MODBUS 通訊是使用 200PLC 的自由口通訊功能◕↟│╃,向電磁流量計傳送命令並接收資料│·✘◕╃。 PLC 讀取電磁流量計瞬時流量的資料格式見表 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引數和統計資料│·✘◕╃。 早期的生產報表一般採用人工記錄和統計◕↟│╃,工作量大◕↟│╃,而且還容易出錯│·✘◕╃。 隨著計算機和工業控制軟體的發展◕↟│╃,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體◕↟│╃,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◕↟│╃,並支援線上列印│·✘◕╃。 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◕↟│╃,並自動統計當天的用水量│·✘◕╃。
 
        WinCC 自帶的歷史資料查詢控制元件不能夠滿足報表的要求◕↟│╃,因此需要透過 WinCC OLE DB 方法連線 WinCC 歷史資料庫讀取資料◕↟│╃,並採用 VBS 和 SQ 相結的程式設計方式  │·✘◕╃。 報表的形式採用 Excel 表格的◕↟│╃,日報表和月報表均可以儲存為 Excel 檔案◕↟│╃,作為資料檔案儲存│·✘◕╃。 shou先要製作 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◕↟│╃,並定義字型大小╃│、行列寬度╃│、紙張型別╃│、列印方向等│·✘◕╃。 Excel 母本定義好後◕↟│╃,用 Wincc VBS 指令碼編輯 Excel 的表格內容◕↟│╃,並使用 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於 2014 年4 月上線◕↟│╃,實現了選礦廠生產用水動態管理╃│、泵站裝置遠端自動控制╃│、裝置狀態監控╃│、水量統計以及報表自動統計列印功能│·✘◕╃。 系統執行效果顯示╃↟: 該系統提高了選礦廠用水效率和企業現代化管理水平◕↟│╃,提高了企業資訊化水平◕↟│╃,使水資源得到迴圈利用│·✘◕╃。
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