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(yīng)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(duì)電子皮帶秤原用模擬信號(hào)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(wèn)題，研究決定采用 Modbus RTU總線數(shù)字采集技術(shù)，將西門(mén)子電子皮帶秤數(shù)據(jù)采集到艾默生DCS系統(tǒng)后，經(jīng)過(guò)后臺(tái)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(guò)DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，便于操作人員及管理人員隨時(shí)查看每個(gè)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(yùn)輸機(jī) 電子皮帶秤

某多金屬選礦廠自從投產(chǎn)以來(lái)，膠帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)礦量一直是通過(guò)4～20 mA電流信號(hào)引入DCS系統(tǒng)后，通過(guò)流量累計(jì)模塊累計(jì)出皮帶秤的總量，這種方法存在一定的誤差，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期累計(jì)后誤差就會(huì)增大。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的生產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)DCS上的累計(jì)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(wú)法分辨出那邊的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)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(kù)以便于工作人員隨時(shí)調(diào)取數(shù)據(jù)，但西門(mén)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(jìn)行進(jìn)一步的研究和分析才能獲得真實(shí)的數(shù)據(jù)。

1 設(shè)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(guó)有控股企業(yè)，其中新田選礦車(chē)間是2013年新建成的大型選礦車(chē)間，生產(chǎn)規(guī)模為8 000 t/d，設(shè)計(jì)服務(wù)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(zhǎng)距離膠帶運(yùn)輸機(jī)擔(dān)負(fù)著整個(gè)選廠的礦石供應(yīng)，為整個(gè)選廠的咽喉，整個(gè)膠帶運(yùn)輸機(jī)水平長(zhǎng)度為1 932.8 m、垂直高度為368.7 m、膠帶機(jī)傾角為10.8°、設(shè)計(jì)小時(shí)運(yùn)輸量為540 t/h、膠帶運(yùn)行速度為3.87 m/s，采用了西門(mén)子的電子皮帶秤對(duì)運(yùn)輸過(guò)程進(jìn)行精確計(jì)量，并將計(jì)量數(shù)據(jù)采集到遠(yuǎn)程DCS系統(tǒng)中進(jìn)行記錄和分析，從而合理安排膠帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行時(shí)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(shí)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(shí)流量的4～20 mA信號(hào)，然后通過(guò)DCS的流量累計(jì)模塊進(jìn)行總量的累積。建廠初期一直采用這種方式，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)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(shí)記錄下DCS和皮帶秤上的兩個(gè)累積量，操作人員增加了數(shù)據(jù)量的統(tǒng)計(jì)，也無(wú)法分清哪個(gè)累積量才是當(dāng)班的產(chǎn)量。因此,對(duì)皮帶秤數(shù)據(jù)的采集方式進(jìn)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(guò)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(shí)量、累積量和皮帶速度，確保了遠(yuǎn)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(jiàn)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(jī)機(jī)尾配電室內(nèi)。主站DCS配置了兩塊電源模塊、兩塊CPU模塊進(jìn)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(jìn)行硬件卡件組態(tài)、程序編寫(xiě)、才能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集。

DeltaV串口卡件組態(tài)，從DeltaV Explorer訪問(wèn)端口的屬性：Physical Network-Control Network-CTLR-I/O-P01-Properties[1]，在Port選項(xiàng)中選中Enabled以啟用通訊端口；在Advanced選項(xiàng)中選擇RTU協(xié)議類(lèi)型，Modbus Master模式；在Communications選項(xiàng)中選擇RS422/RS485半雙工，波特率為9 600，校驗(yàn)位為無(wú)，數(shù)據(jù)位為8，停止位為1。右鍵點(diǎn)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(xiàng)中選擇數(shù)據(jù)類(lèi)型為input;Deltav中選擇16 bit int w/status；PLC選項(xiàng)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(xiě)，通過(guò)查閱西門(mén)子電子皮帶秤的通訊手冊(cè)發(fā)現(xiàn)，皮帶秤的流量存于41010，皮帶速度存于41014，累計(jì)量存于41016中，均為32位浮點(diǎn)數(shù)，通過(guò)DCS硬件在線診斷，發(fā)現(xiàn)采用32位浮點(diǎn)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(jì)量顯示為179 283 t，于是改變DCS的數(shù)據(jù)類(lèi)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(guò)翻閱資料發(fā)現(xiàn)西門(mén)子電子皮帶秤的高16位和低16位的數(shù)據(jù)位，要對(duì)調(diào)后組合出來(lái)的才是真實(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)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(guò)總結(jié)出此公式后在DCS中進(jìn)行圖二的程序設(shè)計(jì)，就完成了電子皮帶秤的遠(yuǎn)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(jiàn)圖2。

圖2 程序功能圖

2.2 Modbus從站

Modbus從站由西門(mén)子電子皮帶秤構(gòu)成，電子皮帶秤由承重裝置MMI、稱(chēng)重傳感器、速度傳感器MD256和稱(chēng)重顯示儀表BW500L組成。稱(chēng)重時(shí)，稱(chēng)重裝置將皮帶上物料的重力傳遞到稱(chēng)重傳感器上，稱(chēng)重傳感器將輸出正比于物料重力的電壓(mV)信號(hào)，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(yùn)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(yùn)算器；運(yùn)算器對(duì)A、B進(jìn)行運(yùn)算后，即得到這一測(cè)量周期的物料量。對(duì)每一測(cè)量周期進(jìn)行累計(jì)，即可得到皮帶上連續(xù)通過(guò)的物料總量，通過(guò)BW500L實(shí)時(shí)顯示。BW500L配置有兩個(gè)輸出端子分別是4～20 mA和RS485可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)BW500L數(shù)據(jù)的Modbus遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集功能，要知道參數(shù)的Modbus地址和進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置。

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

BW500L的Modbus參數(shù)設(shè)置[2]：P770-02設(shè)置成3(Modbus RTU從站系列協(xié)議)，P771-02設(shè)置成2(Modbus RTU從站地址)，P772-02設(shè)置成2(9600波特率)，P773-02設(shè)置成0(無(wú)校驗(yàn))，P774-02設(shè)置成8(數(shù)據(jù)位)，P775-02設(shè)置成1(停止位)，此設(shè)置同DCS串口卡的設(shè)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(yuǎn)程同步采集，有效的保證了就地和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的一致性。

3 結(jié) 語(yǔ)

某多金屬選礦廠通過(guò)采用Modbus RTU通訊方式遠(yuǎn)程采集皮帶秤上的有效數(shù)據(jù)，優(yōu)化了原來(lái)4～20 mA信號(hào)只能傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)量的缺陷，優(yōu)化后可同步觀看皮帶秤上的瞬時(shí)流量、皮帶速度、累計(jì)量，并且就地、遠(yuǎn)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(duì)報(bào)表數(shù)據(jù)的記錄量，提高了生產(chǎn)效率、減少了現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)及其工程設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.

[2] 陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)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)。