多金屬選礦廠中電子皮帶秤數(shù)據(jù)采集的研究及應用

黃 波

(云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司)

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多金屬選礦廠中電子皮帶秤數(shù)據(jù)采集的研究及應用

黃 波

(云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司)

某多金屬選礦廠針對電子皮帶秤原用模擬信號采集方式存在誤差較大、抗干擾能力較低、取值單一等缺陷的問題，研究決定采用 Modbus RTU總線數(shù)字采集技術(shù)，將西門子電子皮帶秤數(shù)據(jù)采集到艾默生DCS系統(tǒng)后，經(jīng)過后臺程序的處理獲得與皮帶秤同步的流量、速度和累積量，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫存儲，便于操作人員及管理人員隨時查看每個班的生產(chǎn)情況，有利于生產(chǎn)的組織和產(chǎn)量的控制，亦便于今后公司大數(shù)據(jù)的集成分析。

BW500L Modbus RTU DCS 膠帶運輸機 電子皮帶秤

某多金屬選礦廠自從投產(chǎn)以來，膠帶運輸機的運礦量一直是通過4～20 mA電流信號引入DCS系統(tǒng)后，通過流量累計模塊累計出皮帶秤的總量，這種方法存在一定的誤差，經(jīng)過長期累計后誤差就會增大。經(jīng)過一段時間的生產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)DCS上的累計量與皮帶秤上顯示的累積量數(shù)據(jù)存在較大的差異，工作人員無法分辨出那邊的數(shù)據(jù)為準確值，因此決定研究采用通訊的手段從皮帶秤上直接讀取流量、速度、累積量等參數(shù)，并存入數(shù)據(jù)庫以便于工作人員隨時調(diào)取數(shù)據(jù)，但西門子皮帶秤的通訊數(shù)據(jù)至DCS后，與皮帶秤上的數(shù)據(jù)完全不同，必須進行進一步的研究和分析才能獲得真實的數(shù)據(jù)。

1 設備背景及參數(shù)

云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司是云南省文山州集采礦、選礦、冶煉為一體的大型國有控股企業(yè)，其中新田選礦車間是2013年新建成的大型選礦車間，生產(chǎn)規(guī)模為8 000 t/d，設計服務年限20 a，主要產(chǎn)品有鋅精礦、銅精礦、鐵精礦、硫精礦、錫精礦、錫石富中礦。其中長距離膠帶運輸機擔負著整個選廠的礦石供應，為整個選廠的咽喉，整個膠帶運輸機水平長度為1 932.8 m、垂直高度為368.7 m、膠帶機傾角為10.8°、設計小時運輸量為540 t/h、膠帶運行速度為3.87 m/s，采用了西門子的電子皮帶秤對運輸過程進行精確計量，并將計量數(shù)據(jù)采集到遠程DCS系統(tǒng)中進行記錄和分析，從而合理安排膠帶運輸機的運行時間。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為兩種方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)量的傳輸，第一種方式由DCS AI模塊采集BW500L瞬時流量的4～20 mA信號，然后通過DCS的流量累計模塊進行總量的累積。建廠初期一直采用這種方式，經(jīng)過長時間的運行后發(fā)現(xiàn)電子皮帶秤的累積量和DCS的累積量存在一定的差別，這樣操作人員就要同時記錄下DCS和皮帶秤上的兩個累積量，操作人員增加了數(shù)據(jù)量的統(tǒng)計，也無法分清哪個累積量才是當班的產(chǎn)量。因此,對皮帶秤數(shù)據(jù)的采集方式進行了研究和嘗試，決定采用第二種數(shù)據(jù)采集方式。第二種方式是通過DCS的串口卡直接連接到BW500L的RS485通訊端子上，讀取電子皮帶秤的瞬時量、累積量和皮帶速度，確保了遠程DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與電子皮帶秤數(shù)據(jù)的一致性。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

圖1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 Modbus主站

Modbus主站由艾默生DCS控制柜組成，安放在皮帶輸送機機尾配電室內(nèi)。主站DCS配置了兩塊電源模塊、兩塊CPU模塊進行冗余、兩塊AI卡、兩塊AO卡、三塊DI卡、兩塊DO卡和一塊串口卡，要完成數(shù)據(jù)的采集要在艾默生DCS軟件DeltaV中進行硬件卡件組態(tài)、程序編寫、才能實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的采集。

DeltaV串口卡件組態(tài)，從DeltaV Explorer訪問端口的屬性：Physical Network-Control Network-CTLR-I/O-P01-Properties[1]，在Port選項中選中Enabled以啟用通訊端口；在Advanced選項中選擇RTU協(xié)議類型，Modbus Master模式；在Communications選項中選擇RS422/RS485半雙工，波特率為9 600，校驗位為無，數(shù)據(jù)位為8，停止位為1。右鍵點擊P01選擇New Serial device，定義Device Address為2，即是電子皮帶秤的Modbus地址。

創(chuàng)建New dataset，在General選項中選擇數(shù)據(jù)類型為input;Deltav中選擇16 bit int w/status；PLC選項中選擇holding registers、PLC base register40001、offset1010、Number of 8這樣就完成了DCS的硬件配置。

DeltaV的程序編寫，通過查閱西門子電子皮帶秤的通訊手冊發(fā)現(xiàn)，皮帶秤的流量存于41010，皮帶速度存于41014，累計量存于41016中，均為32位浮點數(shù)，通過DCS硬件在線診斷，發(fā)現(xiàn)采用32位浮點數(shù)格式連接的數(shù)據(jù)與電子皮帶秤上顯示的數(shù)據(jù)不相符，電子皮帶秤上累計量顯示為179 283 t，于是改變DCS的數(shù)據(jù)類型為16 bit int w/status，發(fā)現(xiàn)皮帶秤41016位的數(shù)據(jù)為2735，41017位的數(shù)據(jù)位42470與皮帶秤的數(shù)據(jù)還是不同，通過翻閱資料發(fā)現(xiàn)西門子電子皮帶秤的高16位和低16位的數(shù)據(jù)位，要對調(diào)后組合出來的才是真實數(shù)據(jù)，通過分析研究出以下公式即可換算出皮帶秤的累積量。(a×65 536+b)/1 000，其中a是41016位的數(shù)據(jù)，b是41017的數(shù)據(jù)；(2 735×65 536+42 470)/1 000=179 283.43 t，通過總結(jié)出此公式后在DCS中進行圖二的程序設計，就完成了電子皮帶秤的遠程數(shù)據(jù)的采集，其中PDC-AI1為流量，PDC-AI2為速度，PDC-AI3為累積量。程序功能圖見圖2。

圖2 程序功能圖

2.2 Modbus從站

Modbus從站由西門子電子皮帶秤構(gòu)成，電子皮帶秤由承重裝置MMI、稱重傳感器、速度傳感器MD256和稱重顯示儀表BW500L組成。稱重時，稱重裝置將皮帶上物料的重力傳遞到稱重傳感器上，稱重傳感器將輸出正比于物料重力的電壓(mV)信號，經(jīng)放大器放大后送模數(shù)轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量A，送到運算器；物料速度輸入速度傳感器后，速度傳感器即輸出脈沖數(shù)B，也送到運算器；運算器對A、B進行運算后，即得到這一測量周期的物料量。對每一測量周期進行累計，即可得到皮帶上連續(xù)通過的物料總量，通過BW500L實時顯示。BW500L配置有兩個輸出端子分別是4～20 mA和RS485可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程系統(tǒng)中，要實現(xiàn)BW500L數(shù)據(jù)的Modbus遠程數(shù)據(jù)采集功能，要知道參數(shù)的Modbus地址和進行相應的參數(shù)設置。

BW500L的Modbus參數(shù)地址，瞬時流量存于41010，載荷存于41012，皮帶速度存于41014，累計量1存于41016，累計量2存于41018中，數(shù)據(jù)格式為32位浮點數(shù)[1]。

BW500L的Modbus參數(shù)設置[2]：P770-02設置成3(Modbus RTU從站系列協(xié)議)，P771-02設置成2(Modbus RTU從站地址)，P772-02設置成2(9600波特率)，P773-02設置成0(無校驗)，P774-02設置成8(數(shù)據(jù)位)，P775-02設置成1(停止位)，此設置同DCS串口卡的設置保持一致，用數(shù)據(jù)線將DCS串口卡和皮帶秤BW500L RS485端子連接好后，皮帶秤BW500L上的數(shù)據(jù)就能被DCS遠程同步采集，有效的保證了就地和遠程數(shù)據(jù)的一致性。

3 結(jié) 語

某多金屬選礦廠通過采用Modbus RTU通訊方式遠程采集皮帶秤上的有效數(shù)據(jù)，優(yōu)化了原來4～20 mA信號只能傳輸一個數(shù)據(jù)量的缺陷，優(yōu)化后可同步觀看皮帶秤上的瞬時流量、皮帶速度、累計量，并且就地、遠程的數(shù)據(jù)完全保持一致，不用去調(diào)節(jié)皮帶秤的輸出量程，減少了操作人員對報表數(shù)據(jù)的記錄量，提高了生產(chǎn)效率、減少了現(xiàn)場操作人員、提高了作業(yè)安全性，優(yōu)化效果良好。

[1] 李占英.分散控制系統(tǒng)(DCS)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)及其工程設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.

[2] 陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應用[M].北京：清華大學出版社，2001.

2016-07-13)

黃 波(1980—)，男，工程師，663701 云南省文山州馬關(guān)縣都龍鎮(zhèn)。