选矿自动控制与分析系统

选矿自动控制与分析系统程玉才2007年4月目录•系统概述•网络及相关工具选择•工作流程和简要需求•系统功能概略•实施阶段及资源配置概述概述--必由之路•现代工业控制技术的发展逐渐让自动控制技术在选矿行业的应用成为可能,一体化数据采集和设备控制系统是选矿企业信息化和智能化的必由之路,是现有模式的一次跃升.概述--可行性•在选矿生产线上，通过完善现场生产设备和生产工艺，对提高选矿产品的品位和回收率所起的作用已微乎其微。而减少分级机的溢流浓度、分级水、返砂矿、粒度等诸多因素的影响，克服浓度控制较大的惯性和纯滞后特性，可大幅度提高选矿产品的品位和回收率，常规控制+智能控制技术成为首选和可行的控制手段。概述--实际意义•节约电能、降低钢耗，减少设备故障率；•投资回收快，回报率高，半年即可收回；•提高精矿品位，降低尾矿品位，提高金属回收率；•提高设备作业率，降低工人劳工强度。网络选择网络选择•一体化的现场数据采集与自动控制平台需要集中各子系统的数据,形成统一控制模型•对现场设备的集中控制需要能集中下达指令,逐个执行•因此,现场数据采集和自动控制需要建立在一个可靠的网络平台上网络选择--现场总线•现场总线的发展：1984年，现场总线的概念得到正式提出。IEC（国际电工委员会）对现场总线（Fieldbus）的定义为：现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串形、多结点的数字通信技术。•现场总线的本质：–现场通信网络用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络。–现场设备互联依据实际需要使用不同的传输介质把不同的现场设备或者现场仪表相互关联。–互操作性用户可以根据自身的需求选择不同厂家或不同型号的产品构成所需的控制回路，从而可以自由地集成FCS。–分散功能块FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站,把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表,从而构成虚拟控制站，彻底地实现了分散控制。–通信线供电通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量,这种方式提供用于本质安全环境的低功耗现场仪表,与其配套的还有安全栅。–开放式互联网络现场总线为开放式互联网络，既可以与同层网络互联，也可与不同层网络互联，还可以实现网络数据库的共享。网络选择--现场总线•主流现场总线简介：–基金会现场总线（FoundationFieldbus简称FF）:美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9月合并的。FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。–CAN总线（ControllerAreaNetwork控制器局域网）:德国BOSCH公司推出，广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。CAN支持多主工作方式，采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M/1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。–Lonworks总线:美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI模型的全部７层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距离可达2700m（78Kbit/s），被誉为通用控制网络。Lonworks技术采用的LonTalk协议被封装到Neuron（神经元）的芯片中，并得以实现。–DeviceNet总线:ODVA支持,DeviceNet是一种低成本的通信连接也是一种简单的网络解决方案，有着开放的网络标准。DeviceNet具有的直接互联性不仅改善了设备间的通信而且提供了相当重要的设备级阵地功能。DebiceNet基于CAN技术，传输率为125Kbit/s至500Kbit/s,每个网络的最大节点为64个，其通信模式为：生产者/客户（Producer/Consumer），采用多信道广播信息发送方式。位于DeviceNet网络上的设备可以自由连接或断开，不影响网上的其他设备，而且其设备的安装布线成本也较低。–PROFIBUS总线:德国标准（DIN19245）和欧洲标准（EN50170）的现场总线标准。由PROFIBUS--DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA系列组成。DP用于分散外设间高速数据传输，适用于加工自动化领域。FMS适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。PA用于过程自动化的总线类型，服从IEC1158－２标准。PROFIBUS支持主-从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。PROFIBUS的传输速率为9.6Kbit/s至12Mbit/s，最大传输距离在9.6Kbit/s下为1200m，在12Mbit/s小为200m，可采用中继器延长至10km，传输介质为双绞线或者光缆，最多可挂接127个站点。网络选择--现场总线•主流现场总线简介：–HART总线:Rosemount公司开发。其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变的过渡产品。其通信模型采用物理层、数据链路层和应用层三层，支持点对点主从应答方式和多点广播方式。由于它采用模拟数字信号混和，难以开发通用的通信接口芯片。HART能利用总线供电，可满足本质安全防爆的要求，并可用于由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。–CC-Link总线:三菱电机为主导的多家公司推出，其增长势头迅猛，在亚洲占有较大份额。在其系统中，可以将控制和信息数据同是以10Mbit/s高速传送至现场网络，具有性能卓越、使用简单、应用广泛、节省成本等优点。其不仅解决了工业现场配线复杂的问题，同时具有优异的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一个以设备层为主的网络，同时也可覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感层。–WorldFIP总线WorkdFIP的北美部分与ISP合并为FF以后，WorldFIP的欧洲部分仍保持独立，总部设在法国。其在欧洲市场占有重要地位，特别是在法国占有率大约为60%。WorldFIP的特点是具有单一的总线结构来适用不同的应用领域的需求，而且没有任何网关或网桥，用软件的办法来解决高速和低速的衔接。WorldFIP与FFHSE可以实现“透明联接”，并对FF的H1进行了技术拓展，如速率等。在与IEC61158第一类型的连接方面，WorldFIP做得最好，走在世界前列。–INTERBUS:德国Phoenix公司推出的较早的现场总线，2000年2月成为国际标准IEC61158。INTERBUS采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，具有强大的可靠性、可诊断性和易维护性。其采用集总帧型的数据环通信，具有低速度、高效率的特点，并严格保证了数据传输的同步性和周期性；该总线的实时性、抗干扰性和可维护性也非常出色。网络选择--现场总线•现场总线不可调和的矛盾：现场总线由于来自不同产品和生产厂家，经14年争论也无法达成统一多标准等于无标准。市场迫切需要统一标准的现场总线控制系统。只有通过制定新标准才能实现，为了加快新一代系统的，人们开始寻求新的出路。网络选择--现场总线•现场总线的出路：出路一各种现场总线统一到1~2种。IEC61158的产生本身就说明这种可能性很小。出路二开发所有现场总线通用的接口，成本较高且难度较大。出路三各国不理睬IEC61158，采用自主知识产权的协议。主不符合经济全球化发展趋势。出路四采用已经是通用的国际标准Ethernet、TCP/IP等协议，并使其在工业体育场成熟应用，易于被广大国家用户、集成商、OEM及制造商接受和欢迎。网络选择--工业以太网•以太网(Ethernet)进军工业自动化的主要动力是：1.成本低；2.速度的提高，因普通遍应用所形成的硬件资源、软件资源和广泛支持。3.Ethernet是世界上应用最多的网络，超过93%的网络节点为Ethernet。。网络选择--工业以太网•基于TCP/IP的Ethernet在工业自动化中的应用Ethernet仅仅只有物理层和链路层规范，它通常与TCP/IP等平台无关的协议结合应用。我们所指的Ethernet实际上是指基于TCP/IP协议的Ethernet，即Ethernet/IP。过去，以生产PLC为主的公司都使用Ethernet完成信息级通信，其中，西门了公司的SIMATICNET将Ethernet应用到车间级，并有向下层通信的趋势。随着FFHSE的开发成功，Ethernet将广泛应用于工业控制系统的监控网络。特别令人感兴趣的是，国际上有些公司已推出了完全以工业Ethernet为基础的控制系统，其工厂级、监控级和现场级均采用基于TCP/P通信协议的工业Ethernet，配备Wedserver功能，而且这种趋势愈来愈明显。人们预测，像当年工业PC进入工业自动化领域一样，Ethernet/IP已经迅速地进入工业控制的各级网络。基于TCP/IP的Ethernet构成的工厂网络的最大优点是将工厂的商务网、的制造网络和现场级的仪表、设备网络构成了畅通的透明网络，并与WEB功能相结合，与工厂的电子商务、物资供应链和ERP等形成整体，这就是施奈德的透明工厂概念,即实现：1开放的商业化技术的应用OPCservers,Ethernet,Internet,IEC1131;2基于IT/Internet技术的产品开发嵌入式网页服务器和浏览器提供对PLC数据的访问时间和可视化；3采用开放的网络策略TCP/IP，物理层Ethernet；4创建现有的PLC作为“内容提供商”嵌入式服务器插件和OPCserver。网络选择--选择结论选择工业以太网,即基于TCP/IP的Ethernet在工业自动化中的应用:1.开放、免费并且知识产权限制的技术Ethernet和TCP/IP，可以节约资金，减少技术的领带性，并能取得自主知识产权技术的开发成果。2.减少专有网络的影响，有利于与国际接轨,对新设备的引进减低了要求，降低项目投资费用。3.采用Ethernet和TCP/IP等开放的技术，可以促进WEB自动化等更先进技术的和模式的应用;4.可能促进制造业中间件软件市场的形成，为中国参与下一波国际技术竞争创造良好的条件。网络拓扑图相关工具选择•PLC：SiememsS7-200系列•组态软件：WinCC•数据库：MSSQLSERVER2000•工业以太网网络设备：MOXA•应用软件开发工具：Visualstudio2005•嵌入式操作系统：WindowsCE.net6.0•其它运行环境选择•服务器：待定•工作站：研祥P42.4G/DDR512M/80G/100M/•操作系统：Windows2000pro•嵌入式开发平台：华恒ARM9工作流程和简要需求原矿石粗破碎中破碎筛分干式磁选细破碎干选尾矿(去废石堆)粉矿仓一段磨矿螺旋分级旋流器分级二段磨矿二段磁选浓缩磁选精矿过滤一段磁选尾矿浓缩尾矿(去尾矿库)循环水铁精矿1357894621011121317191820161514分界线上方对水的使用不做重点监控分界线下方对水的使用做重点监控典型选矿厂工作流程选矿流程与管理流程互联•按选矿厂的主流程分解,粗略产生20个子流程•每个子流程所要关注或监控的内容付后•在选矿流程外,还