选矿车间PLC自动控制系统
摘要：介绍一种冶金选矿车间自动控制系统的设计，该系统基于profibus-dp现场总线通信协议，实现主站对从站plc的监控。

该系统具有界面友好，操作方便，运行可靠，实时性好的特点。

关键词：冶金选矿 plc profib-bus 自动控制系统
1 概述
选矿车间的具体作用是将矿井开采出的矿石进行一系列工艺处
理后生成具备冶炼条件的金精矿。

而选矿车间工作环境很恶劣，将工业过程控制中广泛使用的可编程控制器（plc）进行设备控制和仪表数据读取，并采用当今先进的开发环境和编程技术，使整个系统在计算机的控制下运行，无疑可以使得选矿工作效率得以大幅度改善。

此项技术已应用于实践并取得了满意的效果。

2 监控系统组成
某选矿车间共有碎矿、磨矿、浮选、排尾几个系统。

破碎plc主要是监控选矿车间各种软启动器（控制皮带运输机运行状态包括电流功率开停车状态故障状态）、变频器（控制震动给料机和泵类电机运行状态包括电流功率开停车状态故障状态）、读取现场各种仪表（雷达料位计、流量计、超声波液位计、浓度计）数据和状态。

磨浮plc主要是监控球磨机运行状态（球磨机的各种运行数据）、旋流器各种数据（入口压力进浆流量、溢流流量、溢流矿浆粒度等）、浮选桶液位和进风量大小。

整个监控系统由位于工作间的上位机计算机和各个从站plc构
成。

其网络拓扑：
上位机用计算机，主要提供良好的人机界面，进行全面的监控和管理。

在控制系统中，计算机仅用于编程、参数设置和修改以及图形和数据的在线显示功能，不直接参与现场控制。

下位机为各个从站plc，是系统的执行者。

plc与各个io单元如继电器、限位开关、变频器、全启动器等相连接。

主站和各个从站之间采用环形拓扑结构，通过专用的工业以太环网进行通讯。

每个从站到配电室的电机控制设备(变频器、软启动器、智能电机管理器)通过profibus-dp现场总线连接，每个从站到现场仪表（如雷达料位计、液位计等）通过profibus-pa现场总线连接，大大简化现场设备及仪表的线缆敷设。

3 监控系统的设计
监控系统的控制系统结构框图如图2所示：
图2 控制系统结构图
3.1 从站plc控制ge的plc为核心，各个传感器（如雷达料位计、流量计、超声波液位计、浓度计等）数据通过pa总线送至plc处理，一些不走pa总线的特殊设备及仪表如核子秤将采集到的模拟信号通过4~20ma电流信号送至plc处理；plc输出地控制信号通过dp总线传送给现场执行机构如变频器等。

各个限位开关、接触器状态等现场电气设备运行信号等io量直接传输到plc。

profibus–dp是应用于现场层的高速数据传送。

plc周期地读取控制设备的输入信息并周期地向从下发送输出信息。

总线循环时间必须要比从站（plc）程序循环时间短。

除周期性用户数据传输外，profibus–dp还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态．诊断和报警处理。

传输技术：rs－485双绞线．双线电缆或光缆。

波特率从9.6k bit/s到12m bit。

每个控制设备都有profibus智能测控节点，控制profibus总线通信功能，可以向控站及其他设备传送各种参数，并接受来自plc 的命令和数据，用来调整控制状态。

每个站点都有一个地址编号用来识别各个控制设备。

就像网络通信中的ip地址一样。

电气控制设备都有发送器和接收器，当plc
发来数据时，各总线站点先检测该帧的地址是不是和自己的编址一样，若一样，则接受数据并解析数据后发给plc控制单元。

若不一样，则该站点就像一个中继器一样，直接通过发送端把该帧站发给下一个控制设备。

节点选用了具有开关量io通道和模拟量io通道，可以实现开关量输入、开关量输出、脉冲量输入、模拟量输入和模拟量输出功能。

嵌入式profibus-dp从站通信接口板由plc芯片、profibus协议芯片spc3及光隔rs-485等驱动电路组成。

profibus-dp的物理层采用基于rs485的传输技术。

rs-485采用双端差分信号进行数据传输，以两线间的电压差为+（2~6）v表示逻辑1；以两线间的电压差为-（2~6）v表示逻辑0，以提高公模抗干扰能力，从而提高通讯的抗噪声干扰性。

rxd和txd分别为串行接
受和发送端接口。

spc3不提供串行数据rs-485的驱动，所以其串行接口必须和rs-485驱动相连。

采用75als176，该芯片能满足12m 波特率的数据传输速率要求。

为了提高系统的抗干扰性，spc3内部线路必须与物理接口在电气上隔离，为此，在输入/输出通道上采用了6n137高速光耦。

3.2上位机主站和plc从站通信
plc接受和处理的实时数据通过工业以太环网与上位机进行交互。

工业以太网主要有以下特点：组网方便、高可靠性、故障诊断快捷、实时性高、远程管理快捷、适应恶劣环境、可扩展性等。

工业以太网与传统的商业以太网不同，它的环境适应性很强，能够面临工业生产中的强电磁辐射、各种机械振动、粉尘、潮湿等恶劣环境。

工业以太网的实时性和准确定要求也比传统以太网要求要高。

3.3上位pc机编程
为使监控plc的通信，系统软件更稳定可靠，上位pc机使用wondware组态软件进行软件设计。

通过系统变量标签，图形编辑器，报表编辑器等组态工具，可以方便地从从站中获取各个从站的状态参数以及运行数据。

另外，通过vc编程，实现对系统数据的计算和管理。

利用dde技术实现vc、excel与wondware的数据交换。

上位机软件可以实时监测选矿车间的各个现场数据，报警状态，可以以表格、曲线图等形式显示数据，并且可以将电流、功率、流量等各种数据打印出来并存入excel数据库中。

此外，在界面设计上，利用动画技术，使界面更友好、生动，操作方便。

通过人机交互可
以方便地控制整个监控系统的运行。

4 结束语
本文所述选矿车间监控系统，由于采用profibus-dp网络通信，wondware组态软件，使得整个系统在整体上具有较高的性价比。

可视化的人机交互界面使得控制更加形象直观。

在控制各个生产指标上都达到了要求，操作人员的劳动强度大大减轻，企业的自动化管理水平有所提高。

参考文献：
[1]邱公伟.可编程控制器网络通信及应用[m].北京：清华大学出版社，2003.3.
[2]廖常初.plc基础与应用[m].北京：机械工业出版社，2006.2.
[3]周明.现场总线控制[m].北京：中国电力出版社.
[4]周德译.计算机只能监测控制系统的设计及应用[m].北京：清华大学出版社，2002.。