基于MODBUS总线的选矿计量网络监控系统开发

1、    基于MODBUS总线的选矿计量网络监控系统开发1.引言二十一世纪是信息主导的世纪，“数字化生存”已成为知识经济的标志。发达采矿国家的矿山信息化改造已迈出了坚实的步伐，如芬兰采矿业于1992年宣布的智能采矿技术方案，涉及采选矿实时过程控制，资源实时管理，矿山信息网建设，新机械应用和自动控制等28个专题。我国绝大多数矿山企业还处在劳动密集型阶段，信息化改造势在必行。钽是金属工业中的贵族，在抗腐蚀性、硬度、伸展性等方面都是金属中的佼佼者。现今计算1.引言     二十一世纪是信息主导的世纪，“数字化生存”已成为知

2、识经济的标志。发达采矿国家的矿山信息化改造已迈出了坚实的步伐，如芬兰采矿业于1992年宣布的智能采矿技术方案，涉及采选矿实时过程控制，资源实时管理，矿山信息网建设，新机械应用和自动控制等28个专题。我国绝大多数矿山企业还处在劳动密集型阶段，信息化改造势在必行。钽是金属工业中的贵族，在抗腐蚀性、硬度、伸展性等方面都是金属中的佼佼者。现今计算机的精密部件、关键部位，都是钽在独当一面，钽铌也是“空间时代”的重要原料，在化工、机械、精密仪器、电子、电气、超导、国防科技领域，都离不开耐热、耐腐蚀的钽。江西宜春钽铌矿作为全国最大的钽铌原生矿，近年来运用新技术改造提升传统生产水平，以技术进步调整产品结构，更

3、新采场钻机、铲装、运输设备，引入选矿自动化系统，从而降低成本，提高产品质量， 拓宽产品市场， 使企业出现新的活力。 本文对宜春钽铌矿选矿计量网络监控进行研究。      2.总线控制技术     现场总线控制系统是随着控制技术、 计算机技术、 通讯技术和网络技术等的成熟与发展,在实际生产需求的驱动下,基于现场总线技术的新型控制系统。     2.1现场总线的特点    现场总线也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。20世纪 9

4、0 年代以来，各种现场总线的标准陆续形成，其中主要有Lonworks、CAN、PROFIBUS、MODBUS、FF、HART等协议标准。现场总线技术不仅是一种通信技术，它实际上融入了智能化仪表、计算机网络和开放系统互联(OSI)等技术的精粹。具有以下传统设备无法比拟的优点：    (1)  数字信号取代模拟信号，提高了抗干扰能力及对现场环境的适应性，提高了系统检测精度，缩短了控制周期。    (2)  实现现场设备智能化及功能自治，使基本过程控制、计算、处理等功能分散到现场设备中完成。  

5、60; (3)  开放的总线系统使不同厂家的设备之间可实现互联与信息交换，提高了系统的互用性。    (4)  互联设备及系统间可实现一点对多点的数字通信，作到信息共享。    (5)  系统结构高度分散，使系统的危险性得到分散。同时系统结构的大大简化，降低了成本。     (6)  增加了非控制信息，如自诊断、组态及补偿信息等，实现了现场管理与控制的统一。    (7)  只需采用一根二芯通讯电缆，减少大量信号电缆

6、、端子、控制柜等安装附件。从而使安装、维护难度与费用大大降低。    2.2 MODBUS总线    MODBUS是一种工业通信和分布式控制系统协议，由美国莫迪康公司(MODICON Inc. ) 推出。MODBUS协议定义的是一种数据帧结构，独立于物理层介质，所有控制器能够识别和使用，而不管设备通信的网络类型，因而具有非常良好的适用性。    MODBUS 的通信方式为主从方式。主方所发出的请求帧和从方所发出的应答帧都是以从方地址开头的。从方只读发给自己的指令，对以其他从方地址开头的报文不予理睬，并对接

7、受到的正确的报文予以应答，这种一问一答的通信模式，大大提高了通信的正确率，而且使得 MODBUS 协议相对来说比较简单。MODBUS 协议也成了一种事实上的通用标准，因此大部分组态监控软件都免费支持MODNUS协议。 MODBUS有RTU(Remote Terminal Unit)和 ASCII 两种传送方式。本文采用的 RTU通信方式采用 CRC16位循环码冗余校验，即将整个字符串(不包括最后两个字节)按规定的方式进行移位并进行异或计算，计算结果存在字符串的最后两个字节内，并由接收方按同样的计算方法进行校验是否一致。这种校验方法对随机或突发差错造成的帧破坏有很好的检验效果。 

8、60;   3.计量监控系统的要求     宜春钽铌矿包括采矿厂和选矿厂，采矿厂将原矿石经初步破碎后运输到选矿厂，选矿厂通过棒磨，球磨，磁选，筛选等工艺最终将钽铌矿选出来（流程图如图 1） 。还有一种矿料是液态的，它直接通过烘干再进行筛选（流程图如图 2） 。     在固体矿料生产加工过程中，要求能 24 小时准确测量皮带 2、3 上物料的流量、含水量及累计干重量等信息，以便进行内部的计量与考核，同时控制好皮带上物料的流量，若流量过大，棒磨机不能处理，则会导致物料堵塞，太小则降低棒磨机的生产效

9、率，而且为了保证棒磨效率与出矿品位，需要控制加水量。而在液态矿料的生产加工过程中，要求能 24 小时准确测量管道 1 中液态矿料的浓度和流量以及累计干矿量，以便控制缓冲池阀门的开口大小。传统的做法是每隔一定的时间（如 30 分钟）取样烘干得到矿料的含水量，再用经验公式分析矿料流量。而若是液态矿浆则根据重量体积比的方法来计算浓度。这样的人工方法实时性太差，而且矿料流量有时变化相当大，因而不能准确测量出各种参数，重要的是不能在远程监控室中监控现场的流量，而生产线距离拉得很远（测点间距离近千米）以及现场的各种机器嘈杂声，各测点与控制点之间联系很困难，工人的工作条件也相当差。所以利用计算机测控技术以及

10、现代传感技术研制一套新型的、功能完善的计量监控系统非常必要。需求的计量监控系统除完成上述检测与控制功能外，还要求：    1)  能同时进行多点计量监控，且一个计量点出现故障时，不影响其他计量点工作。    2)  能方便地进行系统的扩展；可以实现远距离通讯。    3)  能以 WEB 方式发布在矿局域网上，实现局域网监视。    4.监控系统构成     考虑到系统要求以及现场总线监控系统的优

11、点，采用了基于 MODBUS 总线的监控系统结构（如图3）。主控计算机采用工控机，现场主控计算机通过以态网连接到局域网，实现局域网上的监视。各现场站采用德国 WAGO 公司的 750-815 可编程 MODBUS 现场总线控制器，750-815 总线控制器系统最多可连接 99 个总线节点，系统可接最大 I/O 点数为 6000 点，通讯速率为 0.15Kbps19.2Kbps，最大传输距离为 1200m。要准确地实现过程自动控制，系统要求数据的精确采集必不可少，系统中主要涉及的数据有固态矿料流量、水分，液态矿料浓度、流量，水流量,同时现场各数据采集点还提供二次仪表显示。主要数据采集设备分述如下：    4.1 固态矿料流量检测    考虑到钽铌矿固态矿料选矿现场空间狭小、湿度大，温度变化大、粉尘多、大功率电机电磁干扰严重、而矿料单一的情况，选用非接触式的核子称在线测量固态矿料的流量和累计量。核子称是根据物料对射线的吸收与物料质量厚度和质量吸收系数有关的原理工作的。与使用普遍的电子称相比，核子称有如下优点