摘要：冶金行业选矿厂水耗大，并产生废水造成环境污染，因此选矿厂的水资源循环利用成为必须解决的问题。山东华联矿业有限公司采用了选矿厂水平衡控制系统，使水资源得到了循环利用，减少了环境污染。
关键词：选矿，水平衡，控制系统
选矿厂是冶金行业的水电能耗大户，选矿生产过程中用水量大，产生的废水含有残留选矿药剂对环境产生严重污染，因此对水资源的循环利用就显得非常重要［1］。山东华联矿业有限公司选矿厂生产用水主要有新水、环水和尾矿库回水。选矿厂水平衡控制系统通过现场安装的检测仪表和电动调节阀，对生产过程中的用水量平衡计算和控制，这样就实现了节约用水和保护环境的目的。
1选矿厂水平衡控制系统设计
1．1系统总体设计山东华联矿业公司选矿厂生产清水供水点一共16处，地理位置分散，每个供水点都设有泵站，根据现场生产的需求要集中到选矿厂中央控制室远程监控。选矿厂主要供水管道上都安装电磁流量计，采集瞬时流量和累计量。当选矿生产过程中水量和水压出现波动时，水平衡控制系统可以控制水量的增减保证选矿正常生产用水。沂河清水供水、一厂水井供水、三号尾矿坝供水、四号尾矿坝供水、五号尾矿坝供水这五个供水点安装电动调节阀控制供水量，水泵电机电流和频率，其他11个地点仅采集管道瞬时流量和累计流量值。由于选厂供水点分散，且供水点多达16处之多，选矿厂水平衡控制系统采用了西门子PLC控制系统。选矿厂水平衡控制系统设置一个PLC300主站位于选矿厂主厂房配电室中，在每个供水点泵站处设置一个PLC200分站，根据每个供水点的分布情况设置11个PLC分站用于现场数据采集。各个分站采用工业以太网光纤传输方式与主站进行通讯，所有数据集中到选厂中央控制室的工业控制计算机上实时显示［2］。选矿厂水平衡系统网络架构图如图1所示。系统的软件采用西门子监控组态软件WinCC7．0和PLC编程软件STEP7。工业控制组态软件WinCC7．0用于人机界面的编写，PLC编程软件STEP7用于系统PLC硬件配置、参数设置、通信定义和控制程序的编写。1．2功能设计通过对选矿厂生产过程用水的自动化控制，使选矿厂的水资源得到循环利用，减少废水对周围环境的影响，并且节能降耗，给企业带来经济和社会效益。山东华联矿业有限公司选矿厂水平衡控制系统实现了以下功能：1）通过控制系统对各供水泵站的设备实现远程启停，并对设备运行状态实时监控，保证设备的安全运行，如图2所示。2）对重要的工艺参数如：管道流量、管道压力、泵池液位、给水泵电流等进行实时自动检测和显示，并用历史曲线图来记录，便于查询。对管道给水流量实现自动控制，保证各选厂用水流量和压力恒定，从而保证了选矿厂生产工艺流程的稳定［3］。3）当工艺参数、设备状况或网络通讯出现异常时，系统将发出报警提示操作人员进行检查，并根据现场情况采取相应措施。4）由于现场安装在供水管道上的流量计分布比较分散，系统具备远程抄表功能，自动记录数据并形成日报表和月报表，减轻了现场操作人员的劳动强度。
2主要实现方法
2．1泵站过程控制选厂生产过程中水量和水压经常出现波动，以往都是通过现场人工调整水泵频率和阀门开度来控制水量。由于供水管道过长和人工调整的滞后性，会造成选矿工艺流程用水波动大从而影响正常生产，同时现场操作人员劳动强度大。在选矿厂新水取水点和尾矿坝回水取水点都设有泵站，在每个泵站都设有PLC分站，用于对泵站设备进行实时在线监控，保证选矿厂生产用水的需求［4］。中央控制室监控计算机可以远程控制水泵电机频率，保证供水管道的压力。在供水管道上安装有电磁流量计和电动调节阀，可以实现水量的PID闭环调节，保证水量恒定，满足选矿厂生产的要求。2．2流量计MODBUS通讯电磁流量计一般具有标准的MODBUS通讯接口，波特率通常设置为9600。通过MODBUS通讯网络，PLC主站可以采集瞬时流量和累积流量等参数［5］。电磁流量计采用的串口参数：1位起始位，8位数据位，1位停止位。电磁流量计的MODBUS通讯接口在物理结构上采用电气隔离方式，能够克服工业现场的各种干扰，保证通讯网络的可靠运行。电磁流量计标准MODBUS通讯网络是总线型网络结构，支持1到99个电磁流量计组网，在网络最远的电磁流量计通常要在通讯线两端并联一个120Ω的终端电阻，标准通讯连接介质为屏蔽双绞线。MODBUS协议是主从通讯方式，每次通讯由PLC主站发起，电磁流量计作为从站响应主站命令并回传数据。电磁流量计仅采用MODBUS功能码04，用来读取读电磁流量计实时信息，寄存器地址定义为4112（0x1010）。S7－200的MODBUS通讯是使用200PLC的自由口通讯功能，向电磁流量计发送命令并接收数据。PLC读取电磁流量计瞬时流量的数据格式见表1和表2。2．3报表功能设计在工业生产中报表一直是非常重要的，它用来记录现场的工艺参数和统计数据。早期的生产报表一般采用人工记录和统计，工作量大，而且还容易出错。随着计算机和工业控制软件的发展，报表已经实现计算机自动记录统计。WinCC作为一款监控组态软件，针对需求提供了报表组态功能，可以根据客户的不同需求设计不同的表格样式，并支持在线打印。选矿厂水平衡控制系统根据现场的需求，设计了日报表和月报表，还可以自定义时间查询。日报表分小时记录各供水管道流量计的瞬时流量和累计流量，并自动统计当天的用水量。WinCC自带的历史数据查询控件不能够满足报表的要求，因此需要通过WinCCOLEDB方法连接WinCC历史数据库读取数据，并采用VBS和SQ相结的编程方式［6］。报表的形式采用Excel表格的，日报表和月报表均可以保存为Excel文件，作为数据档案保存。首先要制作Excel母本，内容包括各供水管道流量计的瞬时流量和累计流量，并定义字体大小、行列宽度、纸张类型、打印方向等。Excel母本定义好后，用WinccVBS脚本编辑Excel的表格内容，并使用Excel自带的功能统计用水量。
3结束语
山东华联矿业有限公司选矿厂水平衡控制系统于2014年4月上线，实现了选矿厂生产用水动态管理、泵站设备远程自动控制、设备状态监控、水量统计以及报表自动统计打印功能。系统运行效果显示：该系统提高了选矿厂用水效率和企业现代化管理水平，提高了企业信息化水平，使水资源得到循环利用。
参考文献
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［2］梅明，胡桂周，魏阳，等．大冶铜绿山矿给排水方案的优化设计［J］．武汉工程大学学报，2012，34（9）：44－53
［3］毛卫东．尾矿坝静压回水远程自控系统研究及实践［J］．金属矿山，2002（10）：42－43
［4］周启昆，曹广海，庞科旺．选矿厂生产用水模糊控制系统设计［J］．电气传动自动化，2011（4）：16－19
［5］李守军，马小平．基于MODBUS协议的SiemensCP340模块与多智能仪表之间通讯［J］．矿山机械，2006（1）：89－91
［6］任韬，温鹏．WinCC报表在提钒半钢冶炼中的实践应用［J］．自动化技术与应用，2013，32（4）：23－26
作者：胡平 许金萍 朱果 单位：中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司 金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心
