多金属选矿厂中电子皮带秤数据采集的研究及应用

黄 波

(云南华联锌铟股份有限公司)



多金属选矿厂中电子皮带秤数据采集的研究及应用

黄 波

(云南华联锌铟股份有限公司)

某多金属选矿厂针对电子皮带秤原用模拟信号采集方式存在误差较大、抗干扰能力较低、取值单一等缺陷的问题，研究决定采用 Modbus RTU总线数字采集技术，将西门子电子皮带秤数据采集到艾默生DCS系统后，经过后台程序的处理获得与皮带秤同步的流量、速度和累积量，这些数据经过DCS系统的数据库存储，便于操作人员及管理人员随时查看每个班的生产情况，有利于生产的组织和产量的控制，亦便于今后公司大数据的集成分析。

BW500L Modbus RTU DCS 胶带运输机 电子皮带秤

某多金属选矿厂自从投产以来，胶带运输机的运矿量一直是通过4～20 mA电流信号引入DCS系统后，通过流量累计模块累计出皮带秤的总量，这种方法存在一定的误差，经过长期累计后误差就会增大。经过一段时间的生产后发现DCS上的累计量与皮带秤上显示的累积量数据存在较大的差异，工作人员无法分辨出那边的数据为准确值，因此决定研究采用通讯的手段从皮带秤上直接读取流量、速度、累积量等参数，并存入数据库以便于工作人员随时调取数据，但西门子皮带秤的通讯数据至DCS后，与皮带秤上的数据完全不同，必须进行进一步的研究和分析才能获得真实的数据。

1 设备背景及参数

云南华联锌铟股份有限公司是云南省文山州集采矿、选矿、冶炼为一体的大型国有控股企业，其中新田选矿车间是2013年新建成的大型选矿车间，生产规模为8 000 t/d，设计服务年限20 a，主要产品有锌精矿、铜精矿、铁精矿、硫精矿、锡精矿、锡石富中矿。其中长距离胶带运输机担负着整个选厂的矿石供应，为整个选厂的咽喉，整个胶带运输机水平长度为1 932.8 m、垂直高度为368.7 m、胶带机倾角为10.8°、设计小时运输量为540 t/h、胶带运行速度为3.87 m/s，采用了西门子的电子皮带秤对运输过程进行精确计量，并将计量数据采集到远程DCS系统中进行记录和分析，从而合理安排胶带运输机的运行时间。

2 数据采集系统的结构

数据采集系统分为两种方式实现数据量的传输，第一种方式由DCS AI模块采集BW500L瞬时流量的4～20 mA信号，然后通过DCS的流量累计模块进行总量的累积。建厂初期一直采用这种方式，经过长时间的运行后发现电子皮带秤的累积量和DCS的累积量存在一定的差别，这样操作人员就要同时记录下DCS和皮带秤上的两个累积量，操作人员增加了数据量的统计，也无法分清哪个累积量才是当班的产量。因此,对皮带秤数据的采集方式进行了研究和尝试，决定采用第二种数据采集方式。第二种方式是通过DCS的串口卡直接连接到BW500L的RS485通讯端子上，读取电子皮带秤的瞬时量、累积量和皮带速度，确保了远程DCS系统的数据与电子皮带秤数据的一致性。数据采集系统架构见图1。

图1 数据采集系统架构

2.1 Modbus主站

Modbus主站由艾默生DCS控制柜组成，安放在皮带输送机机尾配电室内。主站DCS配置了两块电源模块、两块CPU模块进行冗余、两块AI卡、两块AO卡、三块DI卡、两块DO卡和一块串口卡，要完成数据的采集要在艾默生DCS软件DeltaV中进行硬件卡件组态、程序编写、才能实现远程数据的采集。

DeltaV串口卡件组态，从DeltaV Explorer访问端口的属性：Physical Network-Control Network-CTLR-I/O-P01-Properties[1]，在Port选项中选中Enabled以启用通讯端口；在Advanced选项中选择RTU协议类型，Modbus Master模式；在Communications选项中选择RS422/RS485半双工，波特率为9 600，校验位为无，数据位为8，停止位为1。右键点击P01选择New Serial device，定义Device Address为2，即是电子皮带秤的Modbus地址。

创建New dataset，在General选项中选择数据类型为input;Deltav中选择16 bit int w/status；PLC选项中选择holding registers、PLC base register40001、offset1010、Number of 8这样就完成了DCS的硬件配置。

DeltaV的程序编写，通过查阅西门子电子皮带秤的通讯手册发现，皮带秤的流量存于41010，皮带速度存于41014，累计量存于41016中，均为32位浮点数，通过DCS硬件在线诊断，发现采用32位浮点数格式连接的数据与电子皮带秤上显示的数据不相符，电子皮带秤上累计量显示为179 283 t，于是改变DCS的数据类型为16 bit int w/status，发现皮带秤41016位的数据为2735，41017位的数据位42470与皮带秤的数据还是不同，通过翻阅资料发现西门子电子皮带秤的高16位和低16位的数据位，要对调后组合出来的才是真实数据，通过分析研究出以下公式即可换算出皮带秤的累积量。(a×65 536+b)/1 000，其中a是41016位的数据，b是41017的数据；(2 735×65 536+42 470)/1 000=179 283.43 t，通过总结出此公式后在DCS中进行图二的程序设计，就完成了电子皮带秤的远程数据的采集，其中PDC-AI1为流量，PDC-AI2为速度，PDC-AI3为累积量。程序功能图见图2。

图2 程序功能图

2.2 Modbus从站

Modbus从站由西门子电子皮带秤构成，电子皮带秤由承重装置MMI、称重传感器、速度传感器MD256和称重显示仪表BW500L组成。称重时，称重装置将皮带上物料的重力传递到称重传感器上，称重传感器将输出正比于物料重力的电压(mV)信号，经放大器放大后送模数转换器变成数字量A，送到运算器；物料速度输入速度传感器后，速度传感器即输出脉冲数B，也送到运算器；运算器对A、B进行运算后，即得到这一测量周期的物料量。对每一测量周期进行累计，即可得到皮带上连续通过的物料总量，通过BW500L实时显示。BW500L配置有两个输出端子分别是4～20 mA和RS485可以将数据传输到远程系统中，要实现BW500L数据的Modbus远程数据采集功能，要知道参数的Modbus地址和进行相应的参数设置。

BW500L的Modbus参数地址，瞬时流量存于41010，载荷存于41012，皮带速度存于41014，累计量1存于41016，累计量2存于41018中，数据格式为32位浮点数[1]。

BW500L的Modbus参数设置[2]：P770-02设置成3(Modbus RTU从站系列协议)，P771-02设置成2(Modbus RTU从站地址)，P772-02设置成2(9600波特率)，P773-02设置成0(无校验)，P774-02设置成8(数据位)，P775-02设置成1(停止位)，此设置同DCS串口卡的设置保持一致，用数据线将DCS串口卡和皮带秤BW500L RS485端子连接好后，皮带秤BW500L上的数据就能被DCS远程同步采集，有效的保证了就地和远程数据的一致性。

3 结 语

某多金属选矿厂通过采用Modbus RTU通讯方式远程采集皮带秤上的有效数据，优化了原来4～20 mA信号只能传输一个数据量的缺陷，优化后可同步观看皮带秤上的瞬时流量、皮带速度、累计量，并且就地、远程的数据完全保持一致，不用去调节皮带秤的输出量程，减少了操作人员对报表数据的记录量，提高了生产效率、减少了现场操作人员、提高了作业安全性，优化效果良好。

[1] 李占英.分散控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)及其工程设计[M].北京：电子工业出版社，2015.

[2] 阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京：清华大学出版社，2001.

2016-07-13)

黄 波(1980—)，男，工程师，663701 云南省文山州马关县都龙镇。