于仲安張 姿

（1.江西理工大學電氣工程與自動化學院；2.陜西紅太陽教育管理有限公司）

基于組態(tài)軟件的磨機供料自動監(jiān)控系統(tǒng)*

于仲安1張 姿2

（1.江西理工大學電氣工程與自動化學院；2.陜西紅太陽教育管理有限公司）

通過組態(tài)軟件與PLC相結合的方式，建立了某選礦廠磨機供料系統(tǒng)的自動監(jiān)控系統(tǒng)。在采用的MCGS組態(tài)界面中，為布料皮帶機提供了順序下料、料位優(yōu)先下料和模糊控制下料3種下料方式，便于系統(tǒng)根據(jù)實際需要進行選擇。同時，為了保證整個選礦生產的連貫性，對磨機供料系統(tǒng)中礦倉出料口的出料量進行變頻控制，達到恒定給礦的目的，使球磨環(huán)節(jié)能夠正常運行。用戶可以在組態(tài)軟件中通過實時曲線、歷史曲線以及報警等功能實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

MCGS組態(tài)軟件 磨機供料 自動監(jiān)控

監(jiān)控組態(tài)軟件是工業(yè)應用軟件中的一部分，能夠在計算機上快速生成監(jiān)控系統(tǒng)。在一個自動監(jiān)控系統(tǒng)中，投入運行的監(jiān)控組態(tài)軟件是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心、遠程控制中心和數(shù)據(jù)轉發(fā)中心，處于運行狀態(tài)的監(jiān)控組態(tài)軟件與各種檢測和執(zhí)行設備共同構成快速響應／控制中心。

本研究根據(jù)某選礦廠的實際生產情況，在對磨機供料系統(tǒng)運用西門子PLC進行控制的基礎上，采用MCGS（Monitor and Control Generated System）作為上位機監(jiān)控組態(tài)軟件，設計了一套磨機供料自動監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對礦倉料位實時數(shù)據(jù)采集和顯示、礦倉料位限位報警、礦倉出料口給礦機變頻控制、布料皮帶機布料位置控制的遠程監(jiān)控。

1 某選礦廠磨機供料系統(tǒng)工藝流程

某選礦廠的磨機供料系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

細碎車間的布料皮帶機（型號為STJ800）將待磨礦石分配到其下方的16個礦倉中，這16個礦倉4個為1組，分別為4臺球磨機供料。布料皮帶機的卸料小車來回移動，當移動到某礦倉上方時，若該礦倉的料位值在下料的范圍內，則卸料小車停止移動，為該礦倉下料。

4組礦倉通過出料口給礦機將礦石給到其下方的1?！?＃出料皮帶機（型號為FD75－500）上，出料皮帶機將礦石運到球磨機的進料口，供應球磨機用料。為了能使球磨機正常運行，還要通過電子皮帶秤檢測礦倉的出料量、通過變頻器調節(jié)礦倉出料給礦機的出料速度，以達到恒定出礦的要求。

圖1 磨機供料系統(tǒng)工藝流程

2 磨機供料監(jiān)控系統(tǒng)的構成

本監(jiān)控系統(tǒng)要具有以下功能：

（1）礦倉料位的實時數(shù)據(jù)顯示。分別對16個礦倉的料位進行實時數(shù)據(jù)采集，并在上位機進行實時顯示。

（2）礦倉料位的限位報警。當?shù)V倉料位達到設定的上下限值時，進行自動報警并自動記錄報警信息。

（3）對布料皮帶機的自動和手動控制。布料皮帶機除了要具備自動布料的功能外，還需要增加手動環(huán)節(jié)，以方便對系統(tǒng)進行調試和隨時停車或維修。

（4）變頻器自動控制。為了使球磨機能夠正常運行（恒定給礦），需要給礦倉出料給礦機安裝變頻器，以保證礦倉的出礦量是一個恒定值。

（5）友好的人機界面。對現(xiàn)場情況進行實時顯示，如料位顯示、報警信息顯示、變頻器運行狀況顯示等。

根據(jù)以上要求，本研究的上位機采用研華工控機，CPU采用CPU315－2DP，整個磨機供料監(jiān)控系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)技術將現(xiàn)場設備與上位機進行連接。監(jiān)控系統(tǒng)的結構如圖2所示。

圖2 磨機供料監(jiān)控系統(tǒng)結構

3 控制方案

布料皮帶機卸料小車的定位控制和礦倉出料給礦機的變頻器控制是本監(jiān)控系統(tǒng)的核心。對于布料皮帶機卸料小車的定位控制，本系統(tǒng)采用了手動控制和自動控制兩種方式，其中自動運行控制又采用了順序運行、料位優(yōu)先運行、模糊控制策略運行3種方式：

（1）順序運行方式。布料皮帶機按照1＃倉→16＃倉→1＃倉的順序對礦倉進行下料，即布料皮帶機卸料小車到達某個礦倉時停止運行，進行下料，礦倉料滿時停止下料并運行至下一礦倉重復上一動作。

（2）料位優(yōu)先運行方式。即布料皮帶機按照礦倉料位優(yōu)先（由低到高）的原則進行下料。

（3）模糊控制策略運行方式。即布料皮帶機根據(jù)礦料需求量（由多到少）的順序定位卸料小車的下料位置，并根據(jù)模糊控制器得到的需求量的準確值進行下料，礦料到達需求量值時停止下料，進入下一判斷過程，如此循環(huán)下去。

對于礦倉出料給礦機的變頻器控制，是根據(jù)對電子皮帶秤稱量數(shù)據(jù)的分析，在每組礦倉中3個礦倉正常供料的情況下，通過變頻器調節(jié)第4個礦倉出料給礦機的出料速度實現(xiàn)恒定給礦。

4 上位機監(jiān)控組態(tài)設計

監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集的軟件平臺工具，具有豐富的設置項目，使用方便、靈活。本系統(tǒng)選用北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司開發(fā)的全中文工控組態(tài)軟件MCGS。該軟件可以通過從監(jiān)控現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)以及上位機上形象的畫面實時了解現(xiàn)場設備的運行情況，并通過報警處理、流程控制、實時曲線、歷史曲線和報表輸出等多種方式向用戶提供實際工程問題的解決方案。MCGS組態(tài)軟件用戶應用系統(tǒng)中的主控窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略囊括了設計者所需要的所有功能。

4.1 實時數(shù)據(jù)庫的建立

實時數(shù)據(jù)庫是MCGS系統(tǒng)的核心，也是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心。根據(jù)工藝要求，系統(tǒng)需要通過接近開關、料位傳感器、變頻器等裝置采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，建立實時數(shù)據(jù)庫，并對這些數(shù)據(jù)對象進行定義和屬性設置。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對象主要包括2個限位開關（開關量為0時關，為1時開）、16個接近開關（開關量為0時關，為1時開）、16個料位值（數(shù)值量范圍為0～10 m）、4個變頻器值（數(shù)值量范圍為0～50 Hz）。為了實現(xiàn)報警數(shù)據(jù)的記錄和查詢，對實時數(shù)據(jù)庫中的16個料位值進行報警屬性的設置（料位的上限值為9 m，下限值為1 m）。

4.2 設備窗口組態(tài)

通過設備窗口的組態(tài)，可以實現(xiàn)上位機監(jiān)控界面與現(xiàn)場設備之間的通訊。由于已選取 S7－300PLC作為下位機，因此在組態(tài)界面的設備窗口中選取S7－300／400－MIP作為父設備，再通過CP5611網(wǎng)卡和MPI電纜實現(xiàn)上位機／下位機之間的連接，這樣就可以實現(xiàn)上位機與PLC之間的數(shù)據(jù)通信。

4.3 用戶窗口組態(tài)

MCGS組態(tài)軟件中的用戶窗口允許建立多個窗口。根據(jù)工程需要，在用戶窗口中分別建立登錄界面、工藝界面、布料皮帶機卸料小車定位控制界面、變頻給礦監(jiān)控界面及實時／歷史數(shù)據(jù)查詢查詢界面。所建立的用戶窗口組態(tài)如圖3所示。

圖3 用戶窗口組態(tài)

下面介紹部分界面的設計。

4.3.1 登錄界面和工藝界面設計

為了避免人為的誤操作對系統(tǒng)帶來的不良影響，在登錄界面對監(jiān)控系統(tǒng)設置了使用權限，分為操作員組、技術員組和負責人組。操作員只能對系統(tǒng)進行操作，技術員負責對參數(shù)進行修改、設定，負責人負責對數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計。在進入系統(tǒng)之前要先登錄自己所屬的使用權限。

本系統(tǒng)設計的工藝界面是建立在整體監(jiān)控基礎上的，即將布料皮帶機卸料小車定位控制和礦倉出料給礦機變頻控制展現(xiàn)在1個界面上，便于對整個系統(tǒng)進行統(tǒng)籌觀察。

4.3.2 控制界面設計

控制界面包括布料皮帶機卸料小車定位控制和礦倉出料給礦機變頻控制。

布料皮帶機卸料小車定位控制要實現(xiàn)在監(jiān)控界面的自動／手動操作，并且能夠觀察礦倉料位的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，以及報警查詢，以便負責人員對數(shù)據(jù)進行分析。布料皮帶機卸料小車定位控制的運行界面如圖4所示。

礦倉出料給礦機的變頻控制只進行自動控制。通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的參考，在運行策略中根據(jù)設定的給礦量控制每組礦倉中的1個礦倉的出料速度，實現(xiàn)對球磨機的恒定給礦，再在監(jiān)控界面實時顯示每條皮帶上給礦量的多少以及設備的運行情況等。礦倉出料給礦機變頻控制的運行界面如圖5所示。

4.3.3 數(shù)據(jù)顯示界面

為了便于查詢礦倉的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，需要對監(jiān)控系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)顯示界面。在此之前，需要在實時數(shù)據(jù)庫中新增數(shù)據(jù)對象，命名為＂料位組＂，并將16個礦倉料位值添加到＂料位組＂對象中，以方便運行策略的調用。監(jiān)控界面運行時的數(shù)據(jù)顯示界面如圖6、圖7所示。

圖4 小車定位控制界面

圖5 礦倉出料給礦機變頻控制界面

圖6 礦倉料位實時數(shù)據(jù)

圖7 礦倉料位歷史數(shù)據(jù)

4.3.4 報警顯示界面

報警顯示界面通過建立運行策略實現(xiàn)。由于在實時數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)對所需要的報警數(shù)據(jù)進行了設置，因此只要在報警信息來源中與相應的數(shù)據(jù)進行連接即可。在報警輸出界面的工具箱中選?。缶@示＂構件，建立顯示界面，再進行構件屬性設置。報警輸出界面如圖8所示。

圖8 報警輸出界面

5 結 語

本研究通過運用組態(tài)軟件強大的數(shù)據(jù)處理和圖像表現(xiàn)能力以及良好的人機界面，實現(xiàn)了對某選礦廠磨機供料系統(tǒng)的遠程實時控制。監(jiān)控系統(tǒng)在投入運行前可以通過組態(tài)軟件進行不斷的演示和完善，從而大大提高系統(tǒng)的可靠性。

［1］MCGS用戶使用指南［M］.北京：昆侖通態(tài)有限公司，2004.

［2］駱德漢.可編程控制器與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡控制［M］.北京：科學出版社，2005.

［3］于仲安，劉 穎.基于PLC和組態(tài)軟件的料位自動監(jiān)控系統(tǒng)［J］.礦山機械，2008，36（1）：74-77.

Automatic M onitoring System for Feeding of M ill Based on Configuration Software

Yu Zhong＇an1Zhang Zi2
（1．College of Electrical Engineering and Automation，Jiangxi University of Science and Technology；2．Red Sun Education Co．，Ltd．in Shanxi Province）

With combination of PLC and configuration software，a set of automatic monitoring system for feeding of mill in a dressing plantwas established.During the process of adopting the MCGS configuration interface，three kinds of blankingmeans for fabric belt were proposed for making right choice according to the actual need，including sequential blanking，optimal blanking at fixed level and fuzzy control blanking.Meanwhile，in order to reflect the continuity of the mineral processing production，the discharge from ore bin in mill feed system was arranged in frequency control to achieve the purpose of the constant feeding and tomake the ballmill run normally.Aswell，remotemonitoring can be realized by the functions of real-time curve，historical curve and alarm reporting of configuration software.

MCGSConfiguration software，F(xiàn)eeding ofmill，Automatic monitoring

2013-06-10）

于仲安（1973—），男，副院長，副教授，碩士，341000江西省贛州市紅旗大道86號。