于仲安張 姿

（1.江西理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院；2.陜西紅太陽(yáng)教育管理有限公司）

基于組態(tài)軟件的磨機(jī)供料自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)*

于仲安1張 姿2

（1.江西理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院；2.陜西紅太陽(yáng)教育管理有限公司）

通過(guò)組態(tài)軟件與PLC相結(jié)合的方式，建立了某選礦廠磨機(jī)供料系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。在采用的MCGS組態(tài)界面中，為布料皮帶機(jī)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(shí)際需要進(jìn)行選擇。同時(shí)，為了保證整個(gè)選礦生產(chǎn)的連貫性，對(duì)磨機(jī)供料系統(tǒng)中礦倉(cāng)出料口的出料量進(jìn)行變頻控制，達(dá)到恒定給礦的目的，使球磨環(huán)節(jié)能夠正常運(yùn)行。用戶可以在組態(tài)軟件中通過(guò)實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線以及報(bào)警等功能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

MCGS組態(tài)軟件 磨機(jī)供料 自動(dòng)監(jiān)控

監(jiān)控組態(tài)軟件是工業(yè)應(yīng)用軟件中的一部分，能夠在計(jì)算機(jī)上快速生成監(jiān)控系統(tǒng)。在一個(gè)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中，投入運(yùn)行的監(jiān)控組態(tài)軟件是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心、遠(yuǎn)程控制中心和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中心，處于運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控組態(tài)軟件與各種檢測(cè)和執(zhí)行設(shè)備共同構(gòu)成快速響應(yīng)／控制中心。

本研究根據(jù)某選礦廠的實(shí)際生產(chǎn)情況，在對(duì)磨機(jī)供料系統(tǒng)運(yùn)用西門(mén)子PLC進(jìn)行控制的基礎(chǔ)上，采用MCGS（Monitor and Control Generated System）作為上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)了一套磨機(jī)供料自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦倉(cāng)料位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和顯示、礦倉(cāng)料位限位報(bào)警、礦倉(cāng)出料口給礦機(jī)變頻控制、布料皮帶機(jī)布料位置控制的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1 某選礦廠磨機(jī)供料系統(tǒng)工藝流程

某選礦廠的磨機(jī)供料系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

細(xì)碎車(chē)間的布料皮帶機(jī)（型號(hào)為STJ800）將待磨礦石分配到其下方的16個(gè)礦倉(cāng)中，這16個(gè)礦倉(cāng)4個(gè)為1組，分別為4臺(tái)球磨機(jī)供料。布料皮帶機(jī)的卸料小車(chē)來(lái)回移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到某礦倉(cāng)上方時(shí)，若該礦倉(cāng)的料位值在下料的范圍內(nèi)，則卸料小車(chē)停止移動(dòng)，為該礦倉(cāng)下料。

4組礦倉(cāng)通過(guò)出料口給礦機(jī)將礦石給到其下方的1＃～4＃出料皮帶機(jī)（型號(hào)為FD75－500）上，出料皮帶機(jī)將礦石運(yùn)到球磨機(jī)的進(jìn)料口，供應(yīng)球磨機(jī)用料。為了能使球磨機(jī)正常運(yùn)行，還要通過(guò)電子皮帶秤檢測(cè)礦倉(cāng)的出料量、通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)礦倉(cāng)出料給礦機(jī)的出料速度，以達(dá)到恒定出礦的要求。

圖1 磨機(jī)供料系統(tǒng)工藝流程

2 磨機(jī)供料監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

本監(jiān)控系統(tǒng)要具有以下功能：

（1）礦倉(cāng)料位的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。分別對(duì)16個(gè)礦倉(cāng)的料位進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并在上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

（2）礦倉(cāng)料位的限位報(bào)警。當(dāng)?shù)V倉(cāng)料位達(dá)到設(shè)定的上下限值時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警并自動(dòng)記錄報(bào)警信息。

（3）對(duì)布料皮帶機(jī)的自動(dòng)和手動(dòng)控制。布料皮帶機(jī)除了要具備自動(dòng)布料的功能外，還需要增加手動(dòng)環(huán)節(jié)，以方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和隨時(shí)停車(chē)或維修。

（4）變頻器自動(dòng)控制。為了使球磨機(jī)能夠正常運(yùn)行（恒定給礦），需要給礦倉(cāng)出料給礦機(jī)安裝變頻器，以保證礦倉(cāng)的出礦量是一個(gè)恒定值。

（5）友好的人機(jī)界面。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，如料位顯示、報(bào)警信息顯示、變頻器運(yùn)行狀況顯示等。

根據(jù)以上要求，本研究的上位機(jī)采用研華工控機(jī)，CPU采用CPU315－2DP，整個(gè)磨機(jī)供料監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與上位機(jī)進(jìn)行連接。監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 磨機(jī)供料監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 控制方案

布料皮帶機(jī)卸料小車(chē)的定位控制和礦倉(cāng)出料給礦機(jī)的變頻器控制是本監(jiān)控系統(tǒng)的核心。對(duì)于布料皮帶機(jī)卸料小車(chē)的定位控制，本系統(tǒng)采用了手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種方式，其中自動(dòng)運(yùn)行控制又采用了順序運(yùn)行、料位優(yōu)先運(yùn)行、模糊控制策略運(yùn)行3種方式：

（1）順序運(yùn)行方式。布料皮帶機(jī)按照1＃倉(cāng)→16＃倉(cāng)→1＃倉(cāng)的順序?qū)ΦV倉(cāng)進(jìn)行下料，即布料皮帶機(jī)卸料小車(chē)到達(dá)某個(gè)礦倉(cāng)時(shí)停止運(yùn)行，進(jìn)行下料，礦倉(cāng)料滿時(shí)停止下料并運(yùn)行至下一礦倉(cāng)重復(fù)上一動(dòng)作。

（2）料位優(yōu)先運(yùn)行方式。即布料皮帶機(jī)按照礦倉(cāng)料位優(yōu)先（由低到高）的原則進(jìn)行下料。

（3）模糊控制策略運(yùn)行方式。即布料皮帶機(jī)根據(jù)礦料需求量（由多到少）的順序定位卸料小車(chē)的下料位置，并根據(jù)模糊控制器得到的需求量的準(zhǔn)確值進(jìn)行下料，礦料到達(dá)需求量值時(shí)停止下料，進(jìn)入下一判斷過(guò)程，如此循環(huán)下去。

對(duì)于礦倉(cāng)出料給礦機(jī)的變頻器控制，是根據(jù)對(duì)電子皮帶秤稱(chēng)量數(shù)據(jù)的分析，在每組礦倉(cāng)中3個(gè)礦倉(cāng)正常供料的情況下，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)第4個(gè)礦倉(cāng)出料給礦機(jī)的出料速度實(shí)現(xiàn)恒定給礦。

4 上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)

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(tái)工具，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目，使用方便、靈活。本系統(tǒng)選用北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司開(kāi)發(fā)的全中文工控組態(tài)軟件MCGS。該軟件可以通過(guò)從監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)以及上位機(jī)上形象的畫(huà)面實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況，并通過(guò)報(bào)警處理、流程控制、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供實(shí)際工程問(wèn)題的解決方案。MCGS組態(tài)軟件用戶應(yīng)用系統(tǒng)中的主控窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略囊括了設(shè)計(jì)者所需要的所有功能。

4.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)接近開(kāi)關(guān)、料位傳感器、變頻器等裝置采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行定義和屬性設(shè)置。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)象主要包括2個(gè)限位開(kāi)關(guān)（開(kāi)關(guān)量為0時(shí)關(guān)，為1時(shí)開(kāi)）、16個(gè)接近開(kāi)關(guān)（開(kāi)關(guān)量為0時(shí)關(guān)，為1時(shí)開(kāi)）、16個(gè)料位值（數(shù)值量范圍為0～10 m）、4個(gè)變頻器值（數(shù)值量范圍為0～50 Hz）。為了實(shí)現(xiàn)報(bào)警數(shù)據(jù)的記錄和查詢，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的16個(gè)料位值進(jìn)行報(bào)警屬性的設(shè)置（料位的上限值為9 m，下限值為1 m）。

4.2 設(shè)備窗口組態(tài)

通過(guò)設(shè)備窗口的組態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控界面與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通訊。由于已選取 S7－300PLC作為下位機(jī)，因此在組態(tài)界面的設(shè)備窗口中選取S7－300／400－MIP作為父設(shè)備，再通過(guò)CP5611網(wǎng)卡和MPI電纜實(shí)現(xiàn)上位機(jī)／下位機(jī)之間的連接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)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(gè)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(jī)卸料小車(chē)定位控制界面、變頻給礦監(jiān)控界面及實(shí)時(shí)／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(shè)計(jì)。

4.3.1 登錄界面和工藝界面設(shè)計(jì)

為了避免人為的誤操作對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的不良影響，在登錄界面對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置了使用權(quán)限，分為操作員組、技術(shù)員組和負(fù)責(zé)人組。操作員只能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作，技術(shù)員負(fù)責(zé)對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改、設(shè)定，負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。在進(jìn)入系統(tǒng)之前要先登錄自己所屬的使用權(quán)限。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工藝界面是建立在整體監(jiān)控基礎(chǔ)上的，即將布料皮帶機(jī)卸料小車(chē)定位控制和礦倉(cāng)出料給礦機(jī)變頻控制展現(xiàn)在1個(gè)界面上，便于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌觀察。

4.3.2 控制界面設(shè)計(jì)

控制界面包括布料皮帶機(jī)卸料小車(chē)定位控制和礦倉(cāng)出料給礦機(jī)變頻控制。

布料皮帶機(jī)卸料小車(chē)定位控制要實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控界面的自動(dòng)／手動(dòng)操作，并且能夠觀察礦倉(cāng)料位的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，以及報(bào)警查詢，以便負(fù)責(zé)人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。布料皮帶機(jī)卸料小車(chē)定位控制的運(yùn)行界面如圖4所示。

礦倉(cāng)出料給礦機(jī)的變頻控制只進(jìn)行自動(dòng)控制。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的參考，在運(yùn)行策略中根據(jù)設(shè)定的給礦量控制每組礦倉(cāng)中的1個(gè)礦倉(cāng)的出料速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)球磨機(jī)的恒定給礦，再在監(jiān)控界面實(shí)時(shí)顯示每條皮帶上給礦量的多少以及設(shè)備的運(yùn)行情況等。礦倉(cāng)出料給礦機(jī)變頻控制的運(yùn)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(cāng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，需要對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)顯示界面。在此之前，需要在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中新增數(shù)據(jù)對(duì)象，命名為＂料位組＂，并將16個(gè)礦倉(cāng)料位值添加到＂料位組＂對(duì)象中，以方便運(yùn)行策略的調(diào)用。監(jiān)控界面運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)顯示界面如圖6、圖7所示。

圖4 小車(chē)定位控制界面

圖5 礦倉(cāng)出料給礦機(jī)變頻控制界面

圖6 礦倉(cāng)料位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

圖7 礦倉(cāng)料位歷史數(shù)據(jù)

4.3.4 報(bào)警顯示界面

報(bào)警顯示界面通過(guò)建立運(yùn)行策略實(shí)現(xiàn)。由于在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)對(duì)所需要的報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行了設(shè)置，因此只要在報(bào)警信息來(lái)源中與相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行連接即可。在報(bào)警輸出界面的工具箱中選?。?bào)警顯示＂構(gòu)件，建立顯示界面，再進(jìn)行構(gòu)件屬性設(shè)置。報(bào)警輸出界面如圖8所示。

圖8 報(bào)警輸出界面

5 結(jié) 語(yǔ)

本研究通過(guò)運(yùn)用組態(tài)軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和圖像表現(xiàn)能力以及良好的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)某選礦廠磨機(jī)供料系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制。監(jiān)控系統(tǒng)在投入運(yùn)行前可以通過(guò)組態(tài)軟件進(jìn)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(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制［M］.北京：科學(xué)出版社，2005.

［3］于仲安，劉 穎.基于PLC和組態(tài)軟件的料位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)［J］.礦山機(jī)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(zhǎng)，副教授，碩士，341000江西省贛州市紅旗大道86號(hào)。