【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 來(lái)就是整個(gè)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(biāo)注的所有的點(diǎn)外，還有其他幾類數(shù)據(jù)采集點(diǎn)：地磅房的原礦精礦量數(shù)據(jù)采集；破碎和磨選車間進(jìn)水量采集；綜保裝置參數(shù)采集。這些地方的量都是通過(guò) 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(diǎn)設(shè)計(jì)前一節(jié)設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，那么為了更加合理地構(gòu)建通信方案，必須要將數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的匯集。結(jié)合礦山平面布局圖，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯集點(diǎn)如圖 所示：圖 數(shù)據(jù)匯集點(diǎn)圖從圖 可以看出，所有的數(shù)據(jù)都是匯集在了各個(gè)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(gè)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(shè)計(jì)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(jié)合的多級(jí)控制。工業(yè)以太網(wǎng)的開放性非常好，易于擴(kuò)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(chǎng)設(shè)備和自控系統(tǒng)都帶進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)世界中，為企業(yè)信息化和辦公自動(dòng)化打下了基礎(chǔ)。在安全性能上，所有的設(shè)備都采用了較好的防護(hù)措施，離高溫高壓設(shè)備都有一定的距離，如料位計(jì)等精密設(shè)備也都采取了隔離保護(hù)措施以免受到現(xiàn)場(chǎng)鐵砂等的影響。可靠性這方面，所有的 PLC 設(shè)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(yīng)現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的狀態(tài)。在可擴(kuò)展性方面，我們?cè)赑LC 上都預(yù)留了接口，總控室的組態(tài)軟件上，也都預(yù)留出了軟件變量空間，以備將來(lái)的各種用途。所有的監(jiān)測(cè)設(shè)備，如料位計(jì)、皮帶秤等等都直接通過(guò)光纖或者通訊電纜直接與 PLC 相連，保證了很好的實(shí)時(shí)性。本系統(tǒng)總體上也是一個(gè)集散控制系統(tǒng)，根據(jù)集散控制系統(tǒng)的三級(jí)模型，可以設(shè)計(jì)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(gè)集散模型圖細(xì)化以下，可以得到系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)圖如 所示。整個(gè)系統(tǒng)以及上位機(jī)監(jiān)控都采用了工業(yè)以太網(wǎng)，工控機(jī)都采用的研華工控機(jī)；PLC 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用歐姆龍公司的 PLC，以分布式 I/O 采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)；水位、各料倉(cāng)料位采集裝置都采用的是 ABM 公司的雷達(dá)料位計(jì)，然后通過(guò) Modbus 協(xié)議送達(dá)工控機(jī)；各段的生產(chǎn)量計(jì)量都采用武漢聚友公司的皮帶電子稱來(lái)測(cè)量，也是通過(guò) Modbus 協(xié)議送達(dá)對(duì)應(yīng)車間的 PLC；尾礦壩的堆高是采用 Impulse 公司的激光測(cè)量?jī)x來(lái)測(cè)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(lái)獲得；各車間配電室的綜保裝置數(shù)據(jù)都通過(guò) Modbus 協(xié)議傳送到下位工控機(jī)，并在下位工控機(jī)自帶的顯示屏上實(shí)時(shí)顯示；地磅室和化驗(yàn)室的數(shù)據(jù)都是由相關(guān)人員錄入，然后通過(guò)以太網(wǎng)送達(dá)上位機(jī)?？偪厥业墓た貦C(jī)通過(guò)光纖以太網(wǎng)和各車間的 PLC 以及下位工控機(jī)相連接。下面的數(shù)據(jù)都能實(shí)時(shí)送達(dá)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(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)?？偪厥乙还灿?2 臺(tái)計(jì)算機(jī)，1 臺(tái)作為數(shù)據(jù)服務(wù)器和操作臺(tái)，1 臺(tái)作為大屏幕的服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器安裝 Oracle 10g 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)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(kù)服務(wù)軟件負(fù)責(zé)存儲(chǔ)所有的數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)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(lái)動(dòng)態(tài)變化，直觀的反映在大屏幕上。大屏幕服務(wù)器計(jì)算機(jī)上裝有 Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端軟件和組態(tài)王軟件，能實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)來(lái)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(qiáng)大的支持因特網(wǎng)的瀏覽功能，支持外網(wǎng)的主機(jī)瀏覽，根據(jù)權(quán)限還有不同的瀏覽級(jí)別。這種瀏覽功能有兩種實(shí)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(yīng)的裝載 Oracle 客戶端軟件和組態(tài)王軟件。前者方便簡(jiǎn)潔，但是后者看的畫面更好，實(shí)時(shí)性也更強(qiáng)，也能進(jìn)行一些操作。一旦發(fā)現(xiàn)某些設(shè)備出現(xiàn)超限情況，操作站的顯示屏和大屏幕上都會(huì)出現(xiàn)動(dòng)畫報(bào)警，綜控室內(nèi)的喇叭也會(huì)有聲音報(bào)警，提示操作員及時(shí)采取措施。圖 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖4 數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)方案 PLC 數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)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(yùn)算的電子系統(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儲(chǔ)器，用來(lái)在內(nèi)部存儲(chǔ)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)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充的原則設(shè)計(jì)?！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(jī)通信，所以我們用了一個(gè)光轉(zhuǎn)換器作為 PLC 和上位機(jī)之間的傳輸媒介。采用梯形圖配功能模塊的結(jié)構(gòu)文本語(yǔ)言編程，多任務(wù)的編程模式，多個(gè)協(xié)議宏服務(wù)端口，易于聯(lián)網(wǎng)，擁有多路高速計(jì)數(shù)與多軸脈沖輸出?？删幊炭刂破?PLC 一方面要實(shí)時(shí)的采集各個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳給上層的工控機(jī)，另外一個(gè)方面，PLC 還需要根據(jù)實(shí)時(shí)采集上來(lái)的數(shù)據(jù)參數(shù)，來(lái)判斷某些設(shè)備是否處于異常狀態(tài)?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)電子設(shè)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(jì)所有的輸入輸出點(diǎn)，然后加上根據(jù)系統(tǒng)需要的一個(gè)冗余度，就可以確定所需要的點(diǎn)數(shù)。然后，看 PLC 所帶的負(fù)載是什么類型，來(lái)確定輸出方式，這樣可以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。PLC 的存儲(chǔ)容量大小是根據(jù)系統(tǒng)大小確定的。本項(xiàng)目里， PLC 所需要監(jiān)控的信號(hào)有：設(shè)備的啟停、配電室的合閘、設(shè)備的軸溫、皮帶秤計(jì)量、水壓量水流量等。在工業(yè)控制里，網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性和穩(wěn)定性很重要，一旦通信中斷將會(huì)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(gè)方面，比如安裝方式、設(shè)備連接、管理方案等等，設(shè)備冗余設(shè)計(jì)就是加強(qiáng)可靠性的一個(gè)很好的方式。根據(jù)實(shí)際需要，采取鏈路和硬件的冗余是一個(gè)很好的途徑。本系統(tǒng)里一共有 6 臺(tái) PLC，分別安裝在粗碎車間、中細(xì)碎車間、磨選礦車間、過(guò)濾車間、泵間車間和水船車間。粗碎車間的 PLC 主要負(fù)責(zé)粗碎機(jī)和粗碎配電室的一些數(shù)據(jù)采集工作；中細(xì)碎的 PLC 負(fù)責(zé)中細(xì)碎配電室和中碎機(jī)、細(xì)碎機(jī)、12皮帶稱等的數(shù)據(jù)；選礦的 PLC 負(fù)責(zé)磨選車間里的球磨機(jī)、渣漿泵等的數(shù)據(jù)；過(guò)濾 PLC 負(fù)責(zé)過(guò)濾機(jī)和 1112皮帶等設(shè)備的數(shù)據(jù)；水泵船上的 PLC 就專門負(fù)責(zé)水船上的幾臺(tái)抽水機(jī)和水位測(cè)量?jī)x的數(shù)據(jù)采集。整個(gè)選礦廠所有設(shè)備的啟停信號(hào)都由數(shù)字量接口接入 PLC，并實(shí)時(shí)上傳給組態(tài)系統(tǒng)。中碎機(jī)、球磨機(jī)這些大型設(shè)備的軸溫?cái)?shù)據(jù)則是通過(guò)模擬 I/O 口傳入 PLC。中細(xì)碎和球磨車間的水壓水流量也是通過(guò)模擬口傳入 PLC。同時(shí)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，PLC 也可以控制相關(guān)設(shè)備停機(jī)，避免生產(chǎn)事故。每臺(tái) PLC 上我們都安裝了一個(gè)人機(jī)交換界面，上面有本車間基本設(shè)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(shí)時(shí)的看到設(shè)備運(yùn)行情況。每臺(tái)人機(jī)界面都會(huì)經(jīng)由一個(gè)小光交換機(jī)，通過(guò)光纖接到總控室的光以太網(wǎng)交換機(jī)，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(shè)備，如顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、球磨機(jī)、過(guò)濾機(jī)等等，這些都是高壓高流設(shè)備，因此都需要相應(yīng)的配備一套綜合保護(hù)裝置，以免設(shè)備出現(xiàn)大的故障甚至是事故。綜保裝置都安裝在各個(gè)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(shè)備的車間有 4 個(gè)，但是綜保裝置只有 2 套，中細(xì)碎值班室的綜保裝置負(fù)責(zé)生活區(qū)、粗碎車間的顎式破碎機(jī)和中細(xì)碎車間的圓錐機(jī)，選礦值班室的綜保裝置負(fù)責(zé)磨選車間的球磨機(jī)和幾個(gè)變壓器的保護(hù)。本項(xiàng)目里需要測(cè)量高度的地方有取水點(diǎn)的尾礦庫(kù)液位和中碎料倉(cāng)、磨選料倉(cāng)的料位。中碎礦倉(cāng)和磨選礦倉(cāng)的 6 個(gè)料位計(jì)，數(shù)據(jù)到傳感器以后，都是通過(guò) RS485 接口將數(shù)據(jù)傳輸給中碎和磨選的綜保工控計(jì)算機(jī)上。綜保裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)終端是一臺(tái)研華工控機(jī)，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(shí)時(shí)的現(xiàn)實(shí)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(guò) 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(shí)用程序。在選礦廠的組態(tài)應(yīng)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(gè)可執(zhí)行程序安裝在工控機(jī)里，啟動(dòng)的時(shí)候直接雙擊圖標(biāo)就能運(yùn)行。中細(xì)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(gè) ini 配置文件。DataBridge 軟件里主要分為兩個(gè)模塊，Socket 模塊和 Comport 模塊。其中，Socket模塊主要負(fù)責(zé)和上層的通信，也就是和數(shù)據(jù)池的通信；Comport 模塊主要負(fù)責(zé)和它所監(jiān)控的設(shè)備之間的通信。DataBridge 軟件主要監(jiān)控的設(shè)備是綜保裝置和料位計(jì)，這兩種設(shè)備都是通過(guò)串口和工控機(jī)通信，采用 RS485 協(xié)議。軟件內(nèi)部有一個(gè)定時(shí)器，會(huì)定時(shí)地向綜保設(shè)備和料位計(jì)進(jìn)行查詢，如果收到數(shù)據(jù)，就會(huì)用 socket 通信傳送給上層的數(shù)據(jù)池。其中，對(duì)于料位計(jì) DataBridge 是一直固定地讀取其位于地址 324 處的內(nèi)容,因?yàn)榱衔挥?jì)的高程信號(hào)一直存在這個(gè)地方。 電子皮帶秤數(shù)據(jù)采集為了更好的監(jiān)控各個(gè)環(huán)節(jié)的過(guò)料量以及最終的精礦產(chǎn)量，以便于合理安排各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，有必要在關(guān)鍵的幾個(gè)皮帶上裝置測(cè)量裝置，實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)皮帶上的瞬時(shí)量和累積量。本項(xiàng)目里，分別在粗碎到中細(xì)碎礦倉(cāng)的 1皮帶，中碎礦倉(cāng)到中碎機(jī)的2皮帶，球磨礦倉(cāng)到球磨機(jī)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(lái)測(cè)量過(guò)礦數(shù)據(jù)。本項(xiàng)目里采用的電子皮帶秤都是徐州拉姆齊技術(shù)發(fā)展公司的 XR2001 電子積分器皮帶秤。XR2001 控制器包括現(xiàn)場(chǎng)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(hào)和皮帶速度信號(hào)，計(jì)算流動(dòng)物料的流量和累積量，顯示在儀表上，并提供遠(yuǎn)程脈沖計(jì)數(shù)輸出。可外加通訊板使用 RS232 或 RS485 接口和上位機(jī)通訊。本項(xiàng)目里的皮帶秤都是采用 RS485 接口進(jìn)行通訊，這是因?yàn)?4~20mA 信號(hào)無(wú)法提供累積量，而累積量是一個(gè)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(yīng)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(shí)，為讀儀表數(shù)據(jù)。寄存器數(shù)量 L 應(yīng)為 1AH。數(shù)據(jù)地址 L 為 5AH 時(shí)，為讀儀表顯示。寄存器數(shù)量應(yīng)為 40H。儀表發(fā)送 64 字節(jié)數(shù)據(jù)。當(dāng)XR2001 返回了數(shù)據(jù)時(shí)，可根據(jù)各個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出相應(yīng)的瞬時(shí)流量和累積量。本系統(tǒng)里，各個(gè)皮帶秤的數(shù)據(jù)都是通過(guò) RS485 接口傳給了對(duì)應(yīng)車間的 PLC 控制柜，然后在 PLC 里進(jìn)行運(yùn)算，得出 10 進(jìn)制的流量和累積量，再送給綜控室的數(shù)據(jù)服務(wù)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(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)采集在鐵選廠里，各個(gè)環(huán)節(jié)的礦石成分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)于控制生產(chǎn)是一個(gè)十分重要的參數(shù)。特別是原礦和精礦的品位，會(huì)直接影響到公司的經(jīng)濟(jì)效益，也是一個(gè)鐵選廠生產(chǎn)能力的重要指標(biāo)之一。所以，我們要實(shí)時(shí)地采集各個(gè)環(huán)節(jié)礦石的成分?jǐn)?shù)據(jù)，送到總控室的數(shù)據(jù)服務(wù)器，顯示在組態(tài)畫面上?；?yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)全部都要存入數(shù)據(jù)庫(kù)，需要查詢時(shí)也要能立即調(diào)檔出來(lái)。由于深坑選廠的化驗(yàn)部門是一個(gè)獨(dú)立的部門，離總控室也比較遠(yuǎn)，所以我們采取了網(wǎng)上遠(yuǎn)程錄入的方式，這就要求化驗(yàn)室和總控室都要有配套的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程。對(duì)此，本系統(tǒng)里自行開發(fā)了一個(gè)化驗(yàn)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(qū)動(dòng)程序 DataPoolSvc 之間采用 UDP 協(xié)議上的 MODBUS 協(xié)議進(jìn)行，支持 04 號(hào)功能（讀輸入寄存器）。本軟件無(wú)需安裝即可立即運(yùn)行，運(yùn)行本軟件之前需要安裝 Oracle 10G 數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端軟件，其中必須的組件是 Oracle OleDB Provider。本軟件運(yùn)行后的界面如圖 所示：圖 化驗(yàn)錄入軟件界面本軟件的一些基本功能都在界面上標(biāo)注出來(lái)了，可以增加、刪除、修改記錄，也可以按照時(shí)間段來(lái)進(jìn)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(yàn)員只需要按照要求填好數(shù)據(jù)，最后點(diǎn)擊提交，數(shù)據(jù)就會(huì)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并且傳給總控室的數(shù)據(jù)服務(wù)器，組態(tài)王軟件也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的處理，展現(xiàn)在組態(tài)畫面上。化驗(yàn)數(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(kù)，每當(dāng)它啟動(dòng)時(shí)，就會(huì)自動(dòng)讀取程序的一個(gè)配置文件，和上層組態(tài)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)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(gè)不同的功能鍵會(huì)作出不同的處理，都會(huì)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)作出相應(yīng)的操作。最終，表中所有的都是通過(guò) Modbus發(fā)送到上層的數(shù)據(jù)池中，然后進(jìn)入組態(tài)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)。 本章小結(jié)本章首先介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，然后結(jié)合選礦廠實(shí)際提出了總體設(shè)計(jì)方案。并詳細(xì)闡述了監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)的各個(gè)部分的采集過(guò)程，包括設(shè)備啟停信號(hào)、設(shè)備電壓電流、軸溫、料倉(cāng)高度等等。各個(gè)部分將數(shù)據(jù)采集上來(lái)之后，一般都是通過(guò)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(jìn)行初步的處理，如水流量和水壓，需要將 4~20mA 的電流信號(hào)換算成實(shí)際值再進(jìn)行上傳。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個(gè)監(jiān)控系