1、 基于 PLC 的选矿厂调度控制系统的设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本
2、；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 摘 要选矿生产过程实现自动化监控，对于改进选矿厂的生产管理水平，保障生产安全，提高生产效益，节约人力物力有极其重要的意义。近年来，随着选矿技术的日益成熟，选矿设备的日益先进，对选矿生产的监控要求就显得越来越高，对各类设备的管理水平要求更为苛刻。同时，随着控制技术理论水平、计算机相关技术、通信技术的更加成熟，以及计算机监控系统在各方面的成功应用，工业现场的各种仪表、传感器都朝着数字化、信息化
3、、智能化的方向发展，这样使得监控系统底层就更加完善，形成了基于 PLC、现场总线等的各种控制网络架构。本文首先分析了项目的应用背景和应用现状，然后介绍了矿区的实际情况和选矿流程，根据某深坑铁矿的具体情况和实际需求，给出了系统的具体技术要求分析和系统架构。最后详细论述了选矿监控系统的数据采集设计和组态软件设计过程。系统设计最底层都是各种本质安全的数据采集传感器，采用了欧姆龙公司的可编程控制器作为下位机，上位机采用北京三维力控科技有限公司的力控组态软件作为监控软件，通过工业以太网和现场总线实现数据通讯，构成了实时监测且具备办公自动化功能的监控系统。系统提供了历史数据的查询和打印功能，还能根据要求提
4、供系统报警。由于矿山生产设备跨越的地域较大、分布不集中、电机等设备众多等这些特点，若用普通的有线集中式数据传输系统，将对系统的投资、施工、维护、通讯等提出严峻考验，于是提出用 GPRS传输网络作为远程数据传输的想法。本文设计实现的系统目前已经投入运行很长时间，从运行情况来看，效果良好，较大程度提高了选矿厂的自动化水平，保障了生产的安全稳定，节约了生产成本。关键词：铁选矿 监控系统 数据采集 可编程控制器 无线数据传输 组态软件AbstractIts very meaningful to carry on automatic monitoring in ore dressing precess
5、topromote the level of production management,ensure the production safety,increaseproduction benefit,economize resource,etc.In recent years,along with the improvement of ore dressing technology and equipments,the higher requirement is needed for production process monitoring and equipment management
6、.On the other hand,along with the development of control theory,computer and communication technology,as well as the successful application of computer supervisory systems,the site instruments are developing toward the digital,information and intelligent,which makes monitoring perfected gradually.In
7、dustry control networks based on PLC,FCS are formed.Firstly this thesis analyses the project background and application status,and thenpresent the actual circumstance of the iron mine and mineral processing. Meanwhile,according to the circumstances and actual requirement of Shenkeng iron mine,propos
8、ed a system architecture according to the needs analysis.At last,elaborates in detail the data acquisition layouts and software design courses.There are all intrinsically safe data acquisition sensors in the bottom of the system,which uses Omron PLC as lower PC.In the upper PC,uses force control con
9、figuration software of Sunway Force Control Technology Co. Ltd in Beijing as monitoring software.The system communicates by FCS,and can monitor real time,which has an office automation function.The system also provides inquire and print function,as well as alerting as the need.Because the equipment
10、in mine production equipment across the region is larger, distribution is not concentrated, motor and so on many of these characteristics, if the cable centralized data transmission system of ordinary, the system of investment, construction, maintenance, communication put forward a severe test, so w
11、e use GPRS transmission network for remote data transmission.The monitoring system designed in this thesis have been used in the actual for about long time.According to the operation result,the system greatly improves the iron mines automation level,guarantees the safety of production and save the p
12、roduction cost.Keywords:Iron dressing Monitoring system Data acquisition PLC GPRS SCADAIII基于 PLC 的选矿厂调度控制系统设计目录摘 要 .2Abstract .3基于 PLC 的选矿厂调度控制系统设计目录 .4第 1 章 绪论 .61.1 本文研究背景 .61.2 文本研究的现状及前景 .61.3 文本研究的目的和意义 .81.4 论文阐述内容 .8第 2 章 PLC、GPRS、RS485、Modbus 简介 .102.1 PLC 技术概述 .102.1.1 PLC 的发展历史 .102.1.2 PL
13、C 的硬件和软件 .102.1.3 PLC 的通讯联网 .112.1.4 PLC 的注意事项 .112.2 GPRS 技术概述 .122.2.1 GPRS 网络结构 .122.2.2 GPRS 工作原理 .132.3 RS485 协议概述 .142.4 Modbus 通讯协议概述 .14第 3 章 选矿厂工艺流程分析 .163.1 选矿流程简介 .163.2 浅析选矿厂需求 .173.3 数据采集的分类 .20第 4 章 基于 GPRS 数据传输功能设计 .214.1 整体方案设计 .214.1.1 GPRS 数据传输组网结构的选择 .224.1.2 DTU 终端接入方式的选择 .224.1.
14、3 调度监控中心接入方式选择 .224.1.4 GPRS 数据传输功能的实现 .234.1.5 GPRS 远程数据传输的优点 .244.2 调度监控中心设计 .244.3 系统总体方案设计 .25第 5 章 数据采集实现 .275.1 数据采集点分布 .275.2 PLC 数据采集设计 .28第 6 章 组态设计 .306.1 力控组态软件简介 .306.2 软件开发流程 .306.2.1 组态画面布局设计 .306.2.2 虚拟仿真 .306.2.3 实际测试与修正 .316.3 组态画面设计 .316.3.1 组态软件变量表 .316.3.2 组态数据处理 .326.3.3 组态画面设计
15、.336.3.4 报表曲线设计 .346.3.5 报警系统设计 .366.4 本章小结 .37第 7 章 总结 .387.1 工作总结 .38第 1 章 绪论1.1 本文研究背景 随着社会的快速发展，世界各国对钢铁的需求量越来越大，导致钢铁以及铁矿石价格一路上升，进而导致制造成本加大，利润率下降。在这种情况下，更好更多地开采铁矿石就显得格外紧迫。在同等的自然条件下，选矿自动化技术能很大程度上提高选矿的效率和效益，节约人力成本，有更高的安全保障。选矿自动化技术自 20 世纪 40 年代以来，已经取得了很大的发展，从根本上转变了传统选矿技术落后的局面。选矿过程控制是指为了满足选矿生产过程的各类需求
16、（包括生产安全性、产品质量、生产效益、环境保护和操作规模等）而采用的连续监测和自动控制技术。由于选矿生产过程的复杂特性和一些客观因素，一定程度上限制了选矿自动化技术的普及范围、应用水平和发展速度，与其他行业相比较而言仍然显得有些落后。但由于选矿自动化技术在提高选厂生产效率、提高精矿品位和回收率、降低制造成本等方面效果显著，因此今年来日益受到重视在选矿过程中，经常需要对某些变量的值进行恒定控制，防止其浮动，比如球磨机内物料的浓度，必须要控制在一个水平内才能使磨选效果最好。但是在实际生产过程中，有很多因素会对控制对象进行干扰，这我们就必须对这些变量进行适当的调节。以往这种调节都是人工进行的，人工调
17、节的误差和延时性都比较大，而自动控制就能克服这些缺点，它具有精度高、反应快等特点，因此它也成为最近的选矿发展方向。1.2 文本研究的现状及前景由于计算机技术、通信技术和传感器水平的迅速发展，以及自动控制技术的更广泛应用，使得计算机控制技术取得了极其飞速的发展。到上世纪七十年代中期，出现了集散型控制系统（DCS） ，它以微处理器为核心。DCS 的出现使工控领域得到了很大的改变，并且迅速应用到了各个工业领域。到 70 年代末的时候，DCS 开始运用到了选矿过程中。进入 21 世纪后，传统的矿业大国如美国、南非、俄罗斯等在一些大中型选矿厂采用自动化选矿技术已经非常普遍，其应用范围已经覆盖从破碎到脱水
18、的各个环节，测控参数包括所有的需测量。在控制方案上也从以往的单参数、单机、单作业段控制向全流程、全车间、全厂范围的多级控制和管控一体化方向发展。近年来的计算机技术发展以及网络技术的大规模应用，为选矿自动化的发展提供了更加良好的发展条件。选矿自动化技术自上世纪出现以来，已经取得了很大的进步，从根本上使得传统选矿技术的落后局面得到了改观。按传统的操作方式，工人们都是凭以往的工作经验对设备和生产过程进行手动调节，这样既不及时又不准确，所以较难获得好的控制效果，同时也会造成工人们的工作条件很恶劣。自动检测能够及时准确的指示选矿过程各参数的变化；自动调节能够及时根据检测结果，准确的对有关变量进行调节，这
19、两项自动化技术的应用提高了选矿指标，节约了能耗，改善了劳动条件。近年来发展起来的选矿自动化技术能够综合考虑选矿过程中各项影响因素，随着入选矿石性质的变化而自动改变对各变量的控制，使选矿指标达到最佳值。尽管选矿过程控制有诸多优点，但是在实际选矿过程中，过程控制的应用远未达到预期的效果。制约其发展速度的的几个主要环节在于：（1）传感器和各类检测仪表没有创新，显得相对落后，一些大设备的关键技术参数的检测仍然存在可靠性低的问题。此外，传感器安装复杂、运行寿命短也是制约选矿自动化的关键因素。（2）很多选厂对传感器件以及自动化系统的定期维护缺乏重视，也非常缺乏专门人员进行维护，这样就使得系统仅能够在投运后
20、的短期内保持正常状态。一旦缺乏技术支持，自动化系统很可能就因为各种情况而出现故障。（3）自动化系统最初设计、开发的不合理。很多选厂的自动化系统设计都不切合实际情况，具体表现在控制程序不合理，仪表设备选择不合理等等。（4）大多数人依然认为中国劳动力过剩，自动化系统的存在没有必要。这是一种传统的落后观念，实践已慢慢证明这是错误的。下面简要叙述当前选矿控制领域的一些热点，能大体概括近期的发展趋势：（1）软传感器的开发和应用。此技术是指先测量一些间接参数，然后用数学方法来进行处理，这样就可以得到一些因客观原因不便直接检测的量的数据。该技术作为一种更简便、更经济的测量手段，目前正在进一步发展。（2）计算
21、机技术的广泛应用和网络的迅速发展。上位机采用高可靠的工控机进行直接控制。特别是近些年来，网络技术的广泛普及使得一些原来自动化应用基础不错的选厂准备采用基于网络技术的控制方案，这种控制方案能与因特网以及原有的信息管理系统相适应，可以实现更深入的管控一体化。（3）计算机集成控制系统技术的应用。该技术目前已能够对连续的生产过程进行自动控制和生产管理。CMS 系统是选矿自动化发展下去的远期目标。（4）新型选矿工艺和选矿设备。这些工艺和设备自身对自动化水平的要求，促使自动化技术日益成为选矿生产中不可或缺的手段。按 IEC 和现场总线基金会的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、
22、多分支结构的通信网络。有通信就必须有协议，从这个意义上讲，现场总线实质上是一个定义了硬件接口和通信协议的标准。现场总线的实质是以串行数字通信替代了传统的 420mA 模拟信号的传输。它把通用或专用的微处理器置入传统的测量控制仪表，使之具有数字计算和数字通信能力，采用一定的介质作为通信总线，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个设备之间以及现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输和信息交换，形成各种适应实际需要的自动化控制系统。在通信网络中，国际标准化组织 ISO 制定了开放式系统互连参考模型，定义了 7 层体系结构。但对于工业控制系统来说，7 层模型过于复杂，现场总线和实时工业以太网都参
23、考 ISO 模型，采用了符合自己要求的协议模型。现场总线的特点是：现场设备分散，单个节点信息量小，但实时性和快速性要求较高。所以现场总线对 ISO 模型做了大量的简化，只使用了其中的物理层、数据链路层和应用层，如图 1.1 所示：图 1.1 现场总线通信模型现场总线控制系统有以下几个特点：开放性和互操作性数字通信抗干扰能力彻底的分散性对现场环境的适应性低成本1.3 文本研究的目的和意义自从我国加入 WTO 后，各种矿类产品市场也逐渐形成了国内外一体化的新局面，到如今，这种局面更加深化。所有的矿山企业都面临国外同行的直接竞争，这对于我们来讲是一个巨大而严峻的挑战，但这同时也是我们的一个很好的发展
24、机遇，可以趁机淘汰落后产能，做大做强优势企业，加强国内矿山企业的竞争力。但我们也看到，国内的很多企业在设备、技术水平、管理能力和生产效率方面与国外先进企业相比，均存在比较大的距离。随着新世纪的到来，各种资源逐渐显得匮乏，矿产资源的可持续利用也就显得日益重要，而选矿自动化在保障生产、节能减排、降低成本、提高生产效率和环境保护等方面，都有很大的发挥空间。因此，提高自动化技术在选矿行业的应用水平具有重大的现实意义，对国内选矿自动化水平和选矿工艺技术水平的提高，增强国内矿山企业的综合实力、建立现代企业制度，实现未来的可持续发展，必将产生十分积极的影响。1.4 论文阐述内容根据相关背景和具体标准要求，结合矿山项目实际，设计了一套矿山自动化
