基于MODBUS總線的選礦計量網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)

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　　1.引言

　　二十一世紀(jì)是信息主導(dǎo)的世紀(jì)，“數(shù)字化生存”已成為知識經(jīng)濟(jì)的標(biāo)志。發(fā)達(dá)采礦國家的礦山信息化改造已邁出了堅實(shí)的步伐，我國絕大多數(shù)礦山企業(yè)還處在勞動密集型階段，信息化改造勢在必行。鉭是金屬工業(yè)中的貴族，在抗腐蝕性、硬度、伸展性等方面都是金屬中的佼佼者。。江西宜春鉭鈮礦作為全國最大的鉭鈮原生礦，近年來運(yùn)用新技術(shù)改造提升傳統(tǒng)生產(chǎn)水平，以技術(shù)進(jìn)步調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，更新采場鉆機(jī)、鏟裝、運(yùn)輸設(shè)備，引入選礦自動化系統(tǒng)，從而降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量， 拓寬產(chǎn)品市場， 使企業(yè)出現(xiàn)新的活力。 本文對宜春鉭鈮礦選礦計量網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控進(jìn)行研究。

　　2.總線控制技術(shù)

　　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是隨著控制技術(shù)、 計算機(jī)技術(shù)、 通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的成熟與發(fā)展,在實(shí)際生產(chǎn)需求的驅(qū)動下,基于現(xiàn)場總線技術(shù)的新型控制系統(tǒng)。

　　2.1現(xiàn)場總線的特點(diǎn)

　　現(xiàn)場總線也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。20世紀(jì) 90 年代以來，各種現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)形成，其中主要有Lonworks、CAN、PROFIBUS、MODBUS、FF、HART等協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場總線技術(shù)不僅是一種通信技術(shù)，它實(shí)際上融入了智能化儀表、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和開放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)等技術(shù)的精粹。具有以下傳統(tǒng)設(shè)備無法比擬的優(yōu)點(diǎn)：

　　(1) 數(shù)字信號取代模擬信號，提高了抗干擾能力及對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性，提高了系統(tǒng)檢測精度，縮短了控制周期。

　　(2) 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備智能化及功能自治，使基本過程控制、計算、處理等功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中完成。

　　(3) 開放的總線系統(tǒng)使不同廠家的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)與信息交換，提高了系統(tǒng)的互用性。

　　(4) 互聯(lián)設(shè)備及系統(tǒng)間可實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對多點(diǎn)的數(shù)字通信，作到信息共享。

　　(5) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高度分散，使系統(tǒng)的危險性得到分散。同時系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的大大簡化，降低了成本。

　　(6) 增加了非控制信息，如自診斷、組態(tài)及補(bǔ)償信息等，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場管理與控制的統(tǒng)一。

　　(7) 只需采用一根二芯通訊電纜，減少大量信號電纜、端子、控制柜等安裝附件。從而使安裝、維護(hù)難度與費(fèi)用大大降低。

　　2.2 MODBUS總線

　　MODBUS是一種工業(yè)通信和分布式控制系統(tǒng)協(xié)議，由美國莫迪康公司(MODICON Inc. ) 推出。MODBUS協(xié)議定義的是一種數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于物理層介質(zhì)，所有控制器能夠識別和使用，而不管設(shè)備通信的網(wǎng)絡(luò)類型，因而具有非常良好的適用性。

　　MODBUS 的通信方式為主從方式。主方所發(fā)出的請求幀和從方所發(fā)出的應(yīng)答幀都是以從方地址開頭的。從方只讀發(fā)給自己的指令，對以其他從方地址開頭的報文不予理睬，并對接受到的正確的報文予以應(yīng)答，這種一問一答的通信模式，大大提高了通信的正確率，而且使得 MODBUS 協(xié)議相對來說比較簡單。MODBUS 協(xié)議也成了一種事實(shí)上的通用標(biāo)準(zhǔn)，因此大部分組態(tài)監(jiān)控軟件都免費(fèi)支持MODNUS協(xié)議。 MODBUS有RTU(Remote Terminal Unit)和 ASCII 兩種傳送方式。本文采用的 RTU通信方式采用 CRC-16 位循環(huán)碼冗余校驗(yàn)，即將整個字符串(不包括最后兩個字節(jié))按規(guī)定的方式進(jìn)行移位并進(jìn)行異或計算，計算結(jié)果存在字符串的最后兩個字節(jié)內(nèi)，并由接收方按同樣的計算方法進(jìn)行校驗(yàn)是否一致。這種校驗(yàn)方法對隨機(jī)或突發(fā)差錯造成的幀破壞有很好的檢驗(yàn)效果。

　　3.計量監(jiān)控系統(tǒng)的要求

　　宜春鉭鈮礦包括采礦廠和選礦廠，采礦廠將原礦石經(jīng)初步破碎后運(yùn)輸?shù)竭x礦廠，選礦廠通過棒磨，球磨，磁選，篩選等工藝最終將鉭鈮礦選出來(流程圖如圖 1) 。還有一種礦料是液態(tài)的，它直接通過烘干再進(jìn)行篩選(流程圖如圖 2) 。

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　　在固體礦料生產(chǎn)加工過程中，要求能 24 小時準(zhǔn)確測量皮帶 2、3 上物料的流量、含水量及累計干重量等信息，以便進(jìn)行內(nèi)部的計量與考核，同時控制好皮帶上物料的流量，若流量過大，棒磨機(jī)不能處理，則會導(dǎo)致物料堵塞，太小則降低棒磨機(jī)的生產(chǎn)效率，而且為了保證棒磨效率與出礦品位，需要控制加水量。而在液態(tài)礦料的生產(chǎn)加工過程中，要求能 24 小時準(zhǔn)確測量管道 1 中液態(tài)礦料的濃度和流量以及累計干礦量，以便控制緩沖池閥門的開口大小。傳統(tǒng)的做法是每隔一定的時間(如 30 分鐘)取樣烘干得到礦料的含水量，再用經(jīng)驗(yàn)公式分析礦料流量。而若是液態(tài)礦漿則根據(jù)重量體積比的方法來計算濃度。這樣的人工方法實(shí)時性太差，而且礦料流量有時變化相當(dāng)大，因而不能準(zhǔn)確測量出各種參數(shù)，重要的是不能在遠(yuǎn)程監(jiān)控室中監(jiān)控現(xiàn)場的流量，而生產(chǎn)線距離拉得很遠(yuǎn)(測點(diǎn)間距離近千米)以及現(xiàn)場的各種機(jī)器嘈雜聲，各測點(diǎn)與控制點(diǎn)之間聯(lián)系很困難，工人的工作條件也相當(dāng)差。所以利用計算機(jī)測控技術(shù)以及現(xiàn)代傳感技術(shù)研制一套新型的、功能完善的計量監(jiān)控系統(tǒng)非常必要。需求的計量監(jiān)控系統(tǒng)除完成上述檢測與控制功能外，還要求：

　　1) 能同時進(jìn)行多點(diǎn)計量監(jiān)控，且一個計量點(diǎn)出現(xiàn)故障時，不影響其他計量點(diǎn)工作。

　　2) 能方便地進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展;可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通訊。

　　3) 能以 WEB 方式發(fā)布在礦局域網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)監(jiān)視。