【文章內(nèi)容簡介】 來就是整個工藝流程的參數(shù)采集圖。圖 數(shù)據(jù)采集圖一圖 數(shù)據(jù)采集圖二除去圖 和圖 中所標注的所有的點外，還有其他幾類數(shù)據(jù)采集點：地磅房的原礦精礦量數(shù)據(jù)采集；破碎和磨選車間進水量采集；綜保裝置參數(shù)采集。這些地方的量都是通過 PLC 或者其他數(shù)據(jù)終端上傳到數(shù)據(jù)池的。 數(shù)據(jù)匯集點設計前一節(jié)設計了數(shù)據(jù)采集點，那么為了更加合理地構建通信方案，必須要將數(shù)據(jù)進行合理的匯集。結合礦山平面布局圖，設計數(shù)據(jù)匯集點如圖 所示：圖 數(shù)據(jù)匯集點圖從圖 可以看出，所有的數(shù)據(jù)都是匯集在了各個車間的 PLC 和綜保 IPC 里，然后再集中傳送到了總控制室的數(shù)據(jù)池。各個環(huán)節(jié)的 PLC 和 IPC 覆蓋了它所在環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集工作。 系統(tǒng)總體方案設計本系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)總線和離散控制系統(tǒng)相結合的多級控制。工業(yè)以太網(wǎng)的開放性非常好，易于擴展，也很方便的和管理信息系統(tǒng)以及外部的互連網(wǎng)相連。這就將現(xiàn)場設備和自控系統(tǒng)都帶進了網(wǎng)絡世界中，為企業(yè)信息化和辦公自動化打下了基礎。在安全性能上，所有的設備都采用了較好的防護措施，離高溫高壓設備都有一定的距離，如料位計等精密設備也都采取了隔離保護措施以免受到現(xiàn)場鐵砂等的影響?？煽啃赃@方面，所有的 PLC 設備都采取了冗余措施，配備了不間斷電源，一旦突然斷電，PLC 仍能工作，正常反應現(xiàn)場各設備的狀態(tài)。在可擴展性方面，我們在PLC 上都預留了接口，總控室的組態(tài)軟件上，也都預留出了軟件變量空間，以備將來的各種用途。所有的監(jiān)測設備，如料位計、皮帶秤等等都直接通過光纖或者通訊電纜直接與 PLC 相連，保證了很好的實時性。本系統(tǒng)總體上也是一個集散控制系統(tǒng)，根據(jù)集散控制系統(tǒng)的三級模型，可以設計出奔系統(tǒng)的集散模型如圖 所示：圖 監(jiān)控系統(tǒng)的集散模型將這個集散模型圖細化以下，可以得到系統(tǒng)的整體設計圖如 所示。整個系統(tǒng)以及上位機監(jiān)控都采用了工業(yè)以太網(wǎng)，工控機都采用的研華工控機；PLC 網(wǎng)絡系統(tǒng)采用歐姆龍公司的 PLC，以分布式 I/O 采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)；水位、各料倉料位采集裝置都采用的是 ABM 公司的雷達料位計，然后通過 Modbus 協(xié)議送達工控機；各段的生產(chǎn)量計量都采用武漢聚友公司的皮帶電子稱來測量，也是通過 Modbus 協(xié)議送達對應車間的 PLC；尾礦壩的堆高是采用 Impulse 公司的激光測量儀來測量；各車間的水壓和水流量采用江蘇江陰塔南儀表的差壓變送器和壓力變送器來獲得；各車間配電室的綜保裝置數(shù)據(jù)都通過 Modbus 協(xié)議傳送到下位工控機，并在下位工控機自帶的顯示屏上實時顯示；地磅室和化驗室的數(shù)據(jù)都是由相關人員錄入，然后通過以太網(wǎng)送達上位機?？偪厥业墓た貦C通過光纖以太網(wǎng)和各車間的 PLC 以及下位工控機相連接。下面的數(shù)據(jù)都能實時送達綜控室，以便即使處理。最終的組態(tài)畫面都要顯示在綜控室的大屏幕上，也可以通過遠程網(wǎng)絡訪問。總控室一共有 2 臺計算機，1 臺作為數(shù)據(jù)服務器和操作臺，1 臺作為大屏幕的服務器。數(shù)據(jù)服務器安裝 Oracle 10g 數(shù)據(jù)庫服務器端軟件和組態(tài)王 組態(tài)軟件，并裝載有自行開發(fā)的 DataPool 數(shù)據(jù)收集軟件。數(shù)據(jù)庫服務軟件負責存儲所有的數(shù)據(jù)，并實時將數(shù)據(jù)發(fā)給組態(tài)王軟件，在編輯好的組態(tài)工程里，能根據(jù)所有的數(shù)據(jù)變化來動態(tài)變化，直觀的反映在大屏幕上。大屏幕服務器計算機上裝有 Oracle 數(shù)據(jù)庫客戶端軟件和組態(tài)王軟件，能實時接收數(shù)據(jù)服務器發(fā)來的數(shù)據(jù)。最終開發(fā)得到的管理系統(tǒng)軟件提供功能強大的支持因特網(wǎng)的瀏覽功能，支持外網(wǎng)的主機瀏覽，根據(jù)權限還有不同的瀏覽級別。這種瀏覽功能有兩種實現(xiàn)方式，一種是我們自己組態(tài)工程的 Web 發(fā)布，一種是要在瀏覽端相應的裝載 Oracle 客戶端軟件和組態(tài)王軟件。前者方便簡潔，但是后者看的畫面更好，實時性也更強，也能進行一些操作。一旦發(fā)現(xiàn)某些設備出現(xiàn)超限情況，操作站的顯示屏和大屏幕上都會出現(xiàn)動畫報警，綜控室內(nèi)的喇叭也會有聲音報警，提示操作員及時采取措施。圖 系統(tǒng)總體結構圖4 數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)方案 PLC 數(shù)據(jù)采集設計PLC，就是指可編程控制器，按照 IEC 的定義，PLC 就是“一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴充的原則設計?！北鞠到y(tǒng)采用的是歐姆龍公司的 PLC，使用 USB 端口與上位機通信，所以我們用了一個光轉換器作為 PLC 和上位機之間的傳輸媒介。采用梯形圖配功能模塊的結構文本語言編程，多任務的編程模式，多個協(xié)議宏服務端口，易于聯(lián)網(wǎng)，擁有多路高速計數(shù)與多軸脈沖輸出?？删幊炭刂破?PLC 一方面要實時的采集各個數(shù)據(jù)采集點的數(shù)據(jù)，然后通過網(wǎng)絡傳給上層的工控機，另外一個方面，PLC 還需要根據(jù)實時采集上來的數(shù)據(jù)參數(shù)，來判斷某些設備是否處于異常狀態(tài)?？紤]到現(xiàn)場環(huán)境對電子設備影響比較大，以及為了以后維修方便，本系統(tǒng) PLC 所有的 I/O 均放置在控制柜里面。首先統(tǒng)計所有的輸入輸出點，然后加上根據(jù)系統(tǒng)需要的一個冗余度，就可以確定所需要的點數(shù)。然后，看 PLC 所帶的負載是什么類型，來確定輸出方式，這樣可以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。PLC 的存儲容量大小是根據(jù)系統(tǒng)大小確定的。本項目里， PLC 所需要監(jiān)控的信號有：設備的啟停、配電室的合閘、設備的軸溫、皮帶秤計量、水壓量水流量等。在工業(yè)控制里，網(wǎng)絡通信的可靠性和穩(wěn)定性很重要，一旦通信中斷將會產(chǎn)生很多不良影響。而這種可靠性和穩(wěn)定性取決于多個方面，比如安裝方式、設備連接、管理方案等等，設備冗余設計就是加強可靠性的一個很好的方式。根據(jù)實際需要，采取鏈路和硬件的冗余是一個很好的途徑。本系統(tǒng)里一共有 6 臺 PLC，分別安裝在粗碎車間、中細碎車間、磨選礦車間、過濾車間、泵間車間和水船車間。粗碎車間的 PLC 主要負責粗碎機和粗碎配電室的一些數(shù)據(jù)采集工作；中細碎的 PLC 負責中細碎配電室和中碎機、細碎機、12皮帶稱等的數(shù)據(jù)；選礦的 PLC 負責磨選車間里的球磨機、渣漿泵等的數(shù)據(jù)；過濾 PLC 負責過濾機和 1112皮帶等設備的數(shù)據(jù)；水泵船上的 PLC 就專門負責水船上的幾臺抽水機和水位測量儀的數(shù)據(jù)采集。整個選礦廠所有設備的啟停信號都由數(shù)字量接口接入 PLC，并實時上傳給組態(tài)系統(tǒng)。中碎機、球磨機這些大型設備的軸溫數(shù)據(jù)則是通過模擬 I/O 口傳入 PLC。中細碎和球磨車間的水壓水流量也是通過模擬口傳入 PLC。同時，當設備出現(xiàn)故障時，PLC 也可以控制相關設備停機，避免生產(chǎn)事故。每臺 PLC 上我們都安裝了一個人機交換界面，上面有本車間基本設備的組態(tài)狀態(tài)圖，可以將本車間的數(shù)據(jù)直觀反映在屏幕上，以便于車間操作人員也可以實時的看到設備運行情況。每臺人機界面都會經(jīng)由一個小光交換機，通過光纖接到總控室的光以太網(wǎng)交換機，將數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)緩沖池。 綜保裝置數(shù)據(jù)采集本選礦廠里采取了很多大型設備，如顎式破碎機、圓錐破碎機、球磨機、過濾機等等，這些都是高壓高流設備，因此都需要相應的配備一套綜合保護裝置，以免設備出現(xiàn)大的故障甚至是事故。綜保裝置都安裝在各個車間的值班室里，為了節(jié)約成本以及為了更好的集中管理，雖然選廠有大設備的車間有 4 個，但是綜保裝置只有 2 套，中細碎值班室的綜保裝置負責生活區(qū)、粗碎車間的顎式破碎機和中細碎車間的圓錐機，選礦值班室的綜保裝置負責磨選車間的球磨機和幾個變壓器的保護。本項目里需要測量高度的地方有取水點的尾礦庫液位和中碎料倉、磨選料倉的料位。中碎礦倉和磨選礦倉的 6 個料位計，數(shù)據(jù)到傳感器以后，都是通過 RS485 接口將數(shù)據(jù)傳輸給中碎和磨選的綜保工控計算機上。綜保裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)終端是一臺研華工控機，上面裝有自行開發(fā)的數(shù)據(jù)采集以及顯示軟件 DataBridge，能將采集到的綜保裝置數(shù)據(jù)實時的現(xiàn)實在顯示器上，以便于值班室的值班人員觀察生產(chǎn)情況。DataBridge 是通過 RS485 接口讀取電力綜保裝置的參數(shù)，并將其傳至數(shù)據(jù)緩沖池的實用程序。在選礦廠的組態(tài)應用中，該程序的地位如圖 圖 DataBridge 軟件地位圖數(shù)據(jù)采集軟件封裝好了，作為一個可執(zhí)行程序安裝在工控機里，啟動的時候直接雙擊圖標就能運行。中細碎的采集裝置和選礦的采集裝置唯一的不同在于它們的一個 ini 配置文件。DataBridge 軟件里主要分為兩個模塊，Socket 模塊和 Comport 模塊。其中，Socket模塊主要負責和上層的通信，也就是和數(shù)據(jù)池的通信；Comport 模塊主要負責和它所監(jiān)控的設備之間的通信。DataBridge 軟件主要監(jiān)控的設備是綜保裝置和料位計，這兩種設備都是通過串口和工控機通信，采用 RS485 協(xié)議。軟件內(nèi)部有一個定時器，會定時地向綜保設備和料位計進行查詢，如果收到數(shù)據(jù)，就會用 socket 通信傳送給上層的數(shù)據(jù)池。其中，對于料位計 DataBridge 是一直固定地讀取其位于地址 324 處的內(nèi)容,因為料位計的高程信號一直存在這個地方。 電子皮帶秤數(shù)據(jù)采集為了更好的監(jiān)控各個環(huán)節(jié)的過料量以及最終的精礦產(chǎn)量，以便于合理安排各個設備的運行，有必要在關鍵的幾個皮帶上裝置測量裝置，實時的監(jiān)測皮帶上的瞬時量和累積量。本項目里，分別在粗碎到中細碎礦倉的 1皮帶，中碎礦倉到中碎機的2皮帶，球磨礦倉到球磨機的 1010105皮帶以及最后的精礦出礦皮帶 12皮帶下，安裝了電子皮帶秤，來測量過礦數(shù)據(jù)。本項目里采用的電子皮帶秤都是徐州拉姆齊技術發(fā)展公司的 XR2001 電子積分器皮帶秤。XR2001 控制器包括現(xiàn)場安裝型和面板安裝型，采用微處理器控制，處理稱重傳感器的重量信號和皮帶速度信號，計算流動物料的流量和累積量，顯示在儀表上，并提供遠程脈沖計數(shù)輸出?？赏饧油ㄓ嵃迨褂?RS232 或 RS485 接口和上位機通訊。本項目里的皮帶秤都是采用 RS485 接口進行通訊，這是因為 4~20mA 信號無法提供累積量，而累積量是一個非常重要的數(shù)據(jù)。***03H66H***00H************03H****** *** *** XR2001 電子皮帶秤有自己的通訊協(xié)議格式，儀表的通訊波特率為（9600，n，8，2），主站（PLC，PC）查詢從站（XR2001）的功能碼為 03H，主站發(fā)送格式為： 地址功能碼數(shù)據(jù)地址 H數(shù)據(jù)地址 L寄存器數(shù)量 H寄存器數(shù)量 LCRC16 LOCRC16 HI從站響應格式為：地址功能碼字節(jié)數(shù)量數(shù)據(jù) MSB數(shù)據(jù) LSB其中，數(shù)據(jù)地址 L 為 40H 時，為讀儀表數(shù)據(jù)。寄存器數(shù)量 L 應為 1AH。數(shù)據(jù)地址 L 為 5AH 時，為讀儀表顯示。寄存器數(shù)量應為 40H。儀表發(fā)送 64 字節(jié)數(shù)據(jù)。當XR2001 返回了數(shù)據(jù)時，可根據(jù)各個字節(jié)的數(shù)據(jù)進行計算，得出相應的瞬時流量和累積量。本系統(tǒng)里，各個皮帶秤的數(shù)據(jù)都是通過 RS485 接口傳給了對應車間的 PLC 控制柜，然后在 PLC 里進行運算，得出 10 進制的流量和累積量，再送給綜控室的數(shù)據(jù)服務器，顯示在組態(tài)畫面上，方便值班員和廠方直觀了解生產(chǎn)情況。 化驗報告數(shù)據(jù)采集在鐵選廠里，各個環(huán)節(jié)的礦石成分數(shù)據(jù)對于控制生產(chǎn)是一個十分重要的參數(shù)。特別是原礦和精礦的品位，會直接影響到公司的經(jīng)濟效益，也是一個鐵選廠生產(chǎn)能力的重要指標之一。所以，我們要實時地采集各個環(huán)節(jié)礦石的成分數(shù)據(jù)，送到總控室的數(shù)據(jù)服務器，顯示在組態(tài)畫面上。化驗報告數(shù)據(jù)全部都要存入數(shù)據(jù)庫，需要查詢時也要能立即調(diào)檔出來。由于深坑選廠的化驗部門是一個獨立的部門，離總控室也比較遠，所以我們采取了網(wǎng)上遠程錄入的方式，這就要求化驗室和總控室都要有配套的軟件來實現(xiàn)這個過程。對此，本系統(tǒng)里自行開發(fā)了一個化驗數(shù)據(jù)錄入軟件 ADOAnalyst，此錄入軟件與組態(tài)王數(shù)據(jù)池驅動程序 DataPoolSvc 之間采用 UDP 協(xié)議上的 MODBUS 協(xié)議進行，支持 04 號功能（讀輸入寄存器）。本軟件無需安裝即可立即運行，運行本軟件之前需要安裝 Oracle 10G 數(shù)據(jù)庫客戶端軟件，其中必須的組件是 Oracle OleDB Provider。本軟件運行后的界面如圖 所示：圖 化驗錄入軟件界面本軟件的一些基本功能都在界面上標注出來了，可以增加、刪除、修改記錄，也可以按照時間段來進行查詢。軟件中的表單樣式是根據(jù)選廠的具體情況定下的化驗員只需要按照要求填好數(shù)據(jù)，最后點擊提交，數(shù)據(jù)就會存入數(shù)據(jù)庫，并且傳給總控室的數(shù)據(jù)服務器，組態(tài)王軟件也會進行相應的處理，展現(xiàn)在組態(tài)畫面上?；灁?shù)據(jù)采集程序 ADOAnalyst 使用 ADO 連接組態(tài)系統(tǒng)的 ORACLR 數(shù)據(jù)庫，每當它啟動時，就會自動讀取程序的一個配置文件，和上層組態(tài)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進行連接。軟件主界面上的所有變量都指向不同的數(shù)據(jù)源，每個不同的功能鍵會作出不同的處理，都會進入數(shù)據(jù)庫作出相應的操作。最終，表中所有的都是通過 Modbus發(fā)送到上層的數(shù)據(jù)池中，然后進入組態(tài)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫。 本章小結本章首先介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的設計原則，然后結合選礦廠實際提出了總體設計方案。并詳細闡述了監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)的各個部分的采集過程，包括設備啟停信號、設備電壓電流、軸溫、料倉高度等等。各個部分將數(shù)據(jù)采集上來之后，一般都是通過以太網(wǎng)上傳給組態(tài)系統(tǒng)，只有少量數(shù)據(jù)需要在 PLC 里進行初步的處理，如水流量和水壓，需要將 4~20mA 的電流信號換算成實際值再進行上傳。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個監(jiān)控系