选矿厂是冶金行业的水电能耗大户， 选矿生产过程中用水量大，产生的废水含有残留选矿药剂对环境产生严重污染，因此对水资源的循环利用就显得非常重要  。 山东华联矿业有限公司选矿厂生产用水主要有新水、环水和尾矿库回水。 选矿厂水平衡控制系统通过现场安装的检测仪表和电动调节阀， 对生产过程中的用水量平衡计算和控制， 这样就实现了节约用水和保护环境的目的。

 

1 选矿厂水平衡控制系统设计

1．1 系统总体设计

        山东华联矿业公司选矿厂生产清水供水点一共 16 处，地理位置分散，每个供水点都设有泵站，根据现场生产的需求要集中到选矿厂中央控制室远程监控。 选矿厂主要供水管道上都安装电磁流量计，采集瞬时流量和累计量。 当选矿生产过程中水量和水压出现波动时， 水平衡控制系统可以控制水量的增减保证选矿正常生产用水。 沂河清水供水、一厂水井供水、三号尾矿坝供水、四号尾矿坝供水、五号尾矿坝供水这五个供水点安装电动调节阀控制供水量，水泵电机电流和频率，其他 11 个地点仅采集管道瞬时流量和累计流量值。

 

        由于选厂供水点分散，且供水点多达 16 处之多，选矿厂水平衡控制系统采用了西门子 PLC 控制系统。 选矿厂水平衡控制系统设置一个 PLC 300 主站位于选矿厂主厂房配电室中，在每个供水点泵站处设置一个 PLC 200 分站，根据每个供水点的分布情况设置 11 个 PLC 分站用于现场数据采集。 各个分站采用工业以太网光纤传输方式与主站进行通讯， 所有数据集中到选厂中央控制室的工业控制计算机上实时显示 。 选矿厂水平衡系统网络架构图如图 1 所示。

        系统的软件采用西门子监控组态软件 WinCC 7．0 和 PLC编程软件 STEP7 。工业控制组态软件 WinCC 7．0 用于人机界面的编写， PLC 编程软件 STEP7 用于系统 PLC 硬件配置、参数设置、通信定义和控制程序的编写。

 

1．2 功能设计

        通过对选矿厂生产过程用水的自动化控制， 使选矿厂的水资源得到循环利用， 减少废水对周围环境的影响， 并且节能降耗，给企业带来经济和社会效益。 山东华联矿业有限公司选矿厂

水平衡控制系统实现了以下功能：

        1 ）通过控制系统对各供水泵站的设备实现远程启停，并对设备运行状态实时监控，保证设备的安全运行，如图 2 所示。

        2 ）对重要的工艺参数如：管道流量、管道压力、泵池液位、给水泵电流等进行实时自动检测和显示，并用历史曲线图来记录，便于查询。 对管道给水流量实现自动控制，保证各选厂用水流量和压力恒定，从而保证了选矿厂生产工艺流程的稳定  。

        3 ）当工艺参数、设备状况或网络通讯出现异常时，系统将发出报警提示操作人员进行检查，并根据现场情况采取相应措施。

        4 ） 由于现场安装在供水管道上的流量计分布比较分散，系统具备远程抄表功能，自动记录数据并形成日报表和月报表，减轻了现场操作人员的劳动强度。

 

2 主要实现方法

2．1 泵站过程控制

        选厂生产过程中水量和水压经常出现波动， 以往都是通过现场人工调整水泵频率和阀门开度来控制水量。 由于供水管道过长和人工调整的滞后性， 会造成选矿工艺流程用水波动大从而影响正常生产，同时现场操作人员劳动强度大。在选矿厂新水取水点和尾矿坝回水取水点都设有泵站，在每个泵站都设有 PLC 分站， 用于对泵站设备进行实时在线监控，保证选矿厂生产用水的需求  。 中央控制室监控计算机可以远程控制水泵电机频率，保证供水管道的压力。 在供水管道上安装有电磁流量计和电动调节阀，可以实现水量的 PID 闭环调节，保证水量恒定，满足选矿厂生产的要求。

 

2．2 流量计 MODBUS 通讯

        电磁流量计一般具有标准的 MODBUS 通讯接口， 波特率通常设置为 9600 。 通过 MODBUS 通讯网络， PLC 主站可以采集瞬时流量和累积流量等参数  。 电磁流量计采用的串口参数：1 位起始位， 8 位数据位， 1 位停止位。

 

        电磁流量计的 MODBUS 通讯接口在物理结构上采用电气隔离方式，能够克服工业现场的各种干扰，保证通讯网络的可靠运行。 电磁流量计标准 MODBUS 通讯网络是总线型网络结构，支持 1 到 99 个电磁流量计组网，在网络最远的电磁流量计通常要在通讯线两端并联一个 120Ω 的终端电阻， 标准通讯连接介质为屏蔽双绞线。 MODBUS 协议是主从通讯方式，每次通讯由PLC 主站发起，电磁流量计作为从站响应主站命令并回传数据。

 

        电磁流量计仅采用 MODBUS 功能码 04 ， 用来读取读电磁流量计实时信息，寄存器地址定义为 4112 （ 0x1010 ）。S7－200 的 MODBUS 通讯是使用 200PLC 的自由口通讯功能，向电磁流量计发送命令并接收数据。 PLC 读取电磁流量计瞬时流量的数据格式见表 1 和表 2 

 

2．3 报表功能设计

        在工业生产中报表一直是非常重要的， 它用来记录现场的工艺参数和统计数据。 早期的生产报表一般采用人工记录和统计，工作量大，而且还容易出错。 随着计算机和工业控制软件的发展，报表已经实现计算机自动记录统计。

 

        WinCC 作为一款监控组态软件，针对需求提供了报表组态功能，可以根据客户的不同需求设计不同的表格样式，并支持在线打印。 选矿厂水平衡控制系统根据现场的需求，设计了日报表和月报表，还可以自定义时间查询。 日报表分小时记录各供水管道流量计的瞬时流量和累计流量，并自动统计当天的用水量。

 

        WinCC 自带的历史数据查询控件不能够满足报表的要求，因此需要通过 WinCC OLE DB 方法连接 WinCC 历史数据库读取数据，并采用 VBS 和 SQ 相结的编程方式  。 报表的形式采用 Excel 表格的，日报表和月报表均可以保存为 Excel 文件，作为数据档案保存。 首先要制作 Excel 母本，内容包括各供水管道流量计的瞬时流量和累计流量，并定义字体大小、行列宽度、纸张类型、打印方向等。 Excel 母本定义好后，用 Wincc VBS 脚本编辑 Excel 的表格内容，并使用 Excel 自带的功能统计用水量。

 

3 结束语

        山东华联矿业有限公司选矿厂水平衡控制系统于 2014 年4 月上线，实现了选矿厂生产用水动态管理、泵站设备远程自动控制、设备状态监控、水量统计以及报表自动统计打印功能。 系统运行效果显示： 该系统提高了选矿厂用水效率和企业现代化管理水平，提高了企业信息化水平，使水资源得到循环利用。