CN106933264A - 一种尾矿库回水控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种尾矿库回水控制装置，涉及选矿领域，特别是选矿用水循环利用，包括Modbus主站、Modbus从站、超声波液位计；对水泵采用恒液位自动控制方式运行，以达到节约用水、用电的目的。
Description
技术领域
本发明涉及选矿领域，特别是选矿用水循环利用。
背景技术
随着国家环保要求的不断提高，环保部门要求公司的生产用水尽可能的使用工业回水，因此公司的生产用水基本上都是从尾矿库中通过两级泵站，将水送回车间使用。
一级泵站由在尾矿库中的浮船搭载变频器和水泵将水送到二级泵站水池，由于两个泵站相隔较远，长期以来都是采用人工调节频率的方式送水，加上看不见水池的液位因此送上泵池的水长期溢流返回尾矿库，这样一来使用回水的成本远比使用水库中的新水成本高得多。
以某南方大型矿企为例，该企业的尾矿库是2013年建新为车间排尾矿的大型尾矿库，矿库汇水面积17.25km2，右岸坡坡度较陡（35°～50°），左岸坡坡度稍缓（10°～35°），库内平均纵坡13.5%，尾矿库设计堆积标高到1140m，对应的尾矿坝最大坝高为160m，总库容3548万m3，有效库容2909万m3，一级泵站浮船位于尾矿库岸边，浮船上的设备主要由三台三菱FR740变频器驱动三台160KW的电机，通过人工手动调节电位器的方式来控制供水流量和压力对二级泵站的水池供水，由于尾矿库到二级泵站的高差较大，员工来回一趟一二级泵站之间的距离较远，因此无法控制好二级泵站水池的液位，造成水池长期溢流使得车间生产成本非常高。
发明内容
本发明公开了一种尾矿库回水控制装置，对水泵采用恒液位自动控制方式运行，以达到节约用水、用电的目的。
为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：
一种尾矿库回水控制装置，包括Modbus主站100、Modbus从站200、超声波液位计300，所述Modbus从站是并联的多台变频器组成的变频器组201，所述变频器组201对应控制一级泵站组202，所述超声波液位计300放置于二级泵站水池301内采集液位信息，超声波液位计300通过数据线302连接Modbus主站100的4-20mA信号采集模块101,所述变频器组201与Modbus主站100之间采用Modbus RTU方式进行数据通讯，数据传输通过两个光纤收发器102转换后由光纤103连接，所述Modbus主站100对于超声波液位计300传回的数据采用PID闭环控制的方法进行数据处理后对变频器组201发出操作指令，从而自动控制一级泵站组202的工作。
进一步：所述Modbus主站100选用艾默生DCS系统，所述超声波液位计300选用西门子sitrans PROBE LU超声波液位计，所述光纤收发器102选用UT-277SM的485转光纤的收发器；所述Modbus从站200选用三菱FR740变频器；所述艾默生DCS系统上的串口卡104通过485数据线105连接到所述三菱FR740变频器的RS485通讯端子上。
进一步：根据实际需要对所述超声波液位计300选用的门子sitrans PROBE LU超声波液位计的参数：P001测量模式、P003测量响应、P005单位、P006零点、P007量程进行设置；
对所述Modbus主站100选用的艾默生DCS的 DeltaV串口卡件组态，从DeltaV Explorer访问端口的属性：PhysicalNetwork-ControlNetwork-CTLR-I/O-P01-Properties，
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，为Modbus中的Modbus Master模式；
在Communications选项中选择：
RS422/RS485半双工，
波特率在：4800、9600、19200、38400中任意选择一个数值，
校验位在：无、偶数、奇数中任意选择一项，
数据位：选择8，
停止位：选择1；
在P01中选择New Serial device,定义Device Address：在1-254的可选地址中任意选择一个数值；
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选项中分别选择：
holding registers；
PLC base register40001；
offset200；
Number of 16；
完成了艾默生DCS的硬件配置;
所述Modbus从站200选用的三菱FR740变频器参数设置：
Pr331通讯站号的设置为与所述艾默生DCS的 DeltaV串口卡件中：P01/New Serialdevice/定义Device Address的数值选择一致； Pr332通讯速率与所述艾默生DCS的DeltaV串口卡件中的波特率设置一致；
Pr334奇偶校验与所述艾默生DCS的 DeltaV串口卡件中的校验位设置一致；
Pr549选择协议设置为Modbus RTU，Pr551PU模式操作权选择2，这样就完成了三菱FR740变频器的硬件连接和软件程序设置，从而实现了DCS远程对三菱FR740变频器的PID自动控制，达到了恒液位控制的目的。
进一步：所述变频器组201是由3-8台变频器并联而成。
有益技术效果
本发明专门将一级泵站的变频器设置成Modbus主站的Modbus从站，并通过PID闭环控制算法，实现自动控制，主要由信号采集部分、运算输出部分、执行驱动部分组成采用恒液位自动控制方式运行，以达到节约用水、用电的目的。
以某南方大型矿企为例，该企业的尾矿库是2013年建新为车间排尾矿的大型尾矿库，矿库汇水面积17.25km2，右岸坡坡度较陡（35°～50°），左岸坡坡度稍缓（10°～35°），库内平均纵坡13.5%，尾矿库设计堆积标高到1140m，对应的尾矿坝最大坝高为160m，总库容3548万m3，有效库容2909万m3，一级泵站浮船位于尾矿库岸边，浮船上的设备主要由三台三菱FR740变频器驱动三台160KW的电机，通过人工手动调节电位器的方式来控制供水流量和压力对二级泵站的水池供水，由于尾矿库到二级泵站的高差较大，员工来回一趟一二级泵站之间的距离较远，因此无法控制好二级泵站水池的液位，造成水池长期溢流使得车间生产成本非常高。通过本发明改造以后，可以实时监测三台变频器和二级泵站液位的运行状态和运行数据，降低了操作人员的劳动强度，每月节约了10000KWH的电量消耗，降低了车间的生产成本，达到了改造的预期效果。
附图说明
图1: 本发明连接关系示意图’
图中，100：Modbus主站，101： 4-20mA信号采集模块，102：光纤收发器，103：光纤，104：串口卡，105：485数据线，200：Modbus从站，201:变频器组，202: 一级泵站组，300:超声波液位计,301: 二级泵站水池。
具体实施方式
下面结合附图及生产实践应用对本发明作出进一步说明。
实施例1：一种尾矿库回水控制装置，包括选用艾默生DCS系统的Modbus主站100、3台三菱FR740变频器组成的变频器组201（Modbus从站200）、西门子sitrans PROBE LU超声波液位计，所述变频器组201对应控制一级泵站组202，西门子sitrans PROBE LU超声波液位计放置于二级泵站水池301内采集液位信息，根据实际需要对所述超声波液位计300选用的门子sitrans PROBE LU超声波液位计的参数：P001测量模式、P003测量响应、P005单位、P006零点、P007量程进行设置；西门子sitrans PROBE LU超声波液位计通过数据线302连接Modbus主站100的4-20mA信号采集模块101,所述Modbus主站100的艾默生DCS系统上的串口卡104通过485数据线105连接到所述变频器组201的三菱FR740变频器的RS485通讯端子上（即采用Modbus RTU方式进行数据通讯）；
数据传输通过两个UT-277SM的485转光纤的收发器转换后由光纤103连接，所述Modbus主站100对于超声波液位计300传回的数据采用PID闭环控制的方法进行数据处理后对变频器组201发出操作指令，从而自动控制一级泵站组202的工作；
对所述Modbus主站100选用的艾默生DCS的 DeltaV串口卡件组态，从DeltaV Explorer访问端口的属性：PhysicalNetwork-ControlNetwork-CTLR-I/O-P01-Properties，
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，为Modbus中的Modbus Master模式；
在Communications选项中选择：
RS422/RS485半双工，
波特率在：4800、9600、19200、38400中选择4800，
校验位在：无、偶数、奇数中选择无，
数据位：选择8，
停止位：选择1；
在P01中选择New Serial device,定义Device Address：在1-254的可选地址中选择1；
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选项中分别选择：
holding registers；
PLC base register40001；
offset200；
Number of 16；
完成了艾默生DCS的硬件配置;
所述Modbus从站200选用的三菱FR740变频器参数设置：
Pr331通讯站号的设置为与所述艾默生DCS的 DeltaV串口卡件中：P01/New Serialdevice/定义Device Address的数值选择一致； Pr332通讯速率与所述艾默生DCS的DeltaV串口卡件中的波特率设置一致；
Pr334奇偶校验与所述艾默生DCS的 DeltaV串口卡件中的校验位设置一致；
Pr549选择协议设置为Modbus RTU，Pr551PU模式操作权选择2，这样就完成了三菱FR740变频器的硬件连接和软件程序设置，从而实现了DCS远程对三菱FR740变频器的PID自动控制，达到了恒液位控制的目的。
实施例2：一种尾矿库回水控制装置，包括选用艾默生DCS系统的Modbus主站100、5台三菱FR740变频器组成的变频器组201（Modbus从站200）、西门子sitrans PROBE LU超声波液位计，所述变频器组201对应控制一级泵站组202，西门子sitrans PROBE LU超声波液位计放置于二级泵站水池301内采集液位信息，根据实际需要对所述超声波液位计300选用的门子sitrans PROBE LU超声波液位计的参数：P001测量模式、P003测量响应、P005单位、P006零点、P007量程进行设置；西门子sitrans PROBE LU超声波液位计通过数据线302连接Modbus主站100的4-20mA信号采集模块101,所述Modbus主站100的艾默生DCS系统上的串口卡104通过485数据线105连接到所述变频器组201的三菱FR740变频器的RS485通讯端子上（即采用Modbus RTU方式进行数据通讯）；
数据传输通过两个UT-277SM的485转光纤的收发器转换后由光纤103连接，所述Modbus主站100对于超声波液位计300传回的数据采用PID闭环控制的方法进行数据处理后对变频器组201发出操作指令，从而自动控制一级泵站组202的工作；
对所述Modbus主站100选用的艾默生DCS的 DeltaV串口卡件组态，从DeltaV Explorer访问端口的属性：PhysicalNetwork-ControlNetwork-CTLR-I/O-P01-Properties，
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，为Modbus中的Modbus Master模式；
在Communications选项中选择：
RS422/RS485半双工，
波特率在：4800、9600、19200、38400中选择9600，
校验位在：无、偶数、奇数中选择偶数，
数据位：选择8，
停止位：选择1；
在P01中选择New Serial device,定义Device Address：在1-254的可选地址中选择10；
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选项中分别选择：
holding registers；
PLC base register40001；
offset200；
Number of 16；
完成了艾默生DCS的硬件配置;
所述Modbus从站200选用的三菱FR740变频器参数设置：
Pr331通讯站号的设置为与所述艾默生DCS的 DeltaV串口卡件中：P01/New Serialdevice/定义Device Address的数值选择一致； Pr332通讯速率与所述艾默生DCS的DeltaV串口卡件中的波特率设置一致；
Pr334奇偶校验与所述艾默生DCS的 DeltaV串口卡件中的校验位设置一致；
Pr549选择协议设置为Modbus RTU，Pr551PU模式操作权选择2，这样就完成了三菱FR740变频器的硬件连接和软件程序设置，从而实现了DCS远程对三菱FR740变频器的PID自动控制，达到了恒液位控制的目的。
实施例3：一种尾矿库回水控制装置，包括选用艾默生DCS系统的Modbus主站100、6台三菱FR740变频器组成的变频器组201（Modbus从站200）、西门子sitrans PROBE LU超声波液位计，所述变频器组201对应控制一级泵站组202，西门子sitrans PROBE LU超声波液位计放置于二级泵站水池301内采集液位信息，根据实际需要对所述超声波液位计300选用的门子sitrans PROBE LU超声波液位计的参数：P001测量模式、P003测量响应、P005单位、P006零点、P007量程进行设置；西门子sitrans PROBE LU超声波液位计通过数据线302连接Modbus主站100的4-20mA信号采集模块101,所述Modbus主站100的艾默生DCS系统上的串口卡104通过485数据线105连接到所述变频器组201的三菱FR740变频器的RS485通讯端子上（即采用Modbus RTU方式进行数据通讯）；
数据传输通过两个UT-277SM的485转光纤的收发器转换后由光纤103连接，所述Modbus主站100对于超声波液位计300传回的数据采用PID闭环控制的方法进行数据处理后对变频器组201发出操作指令，从而自动控制一级泵站组202的工作；
对所述Modbus主站100选用的艾默生DCS的 DeltaV串口卡件组态，从DeltaV Explorer访问端口的属性：PhysicalNetwork-ControlNetwork-CTLR-I/O-P01-Properties，
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，为Modbus中的Modbus Master模式；
在Communications选项中选择：
RS422/RS485半双工，
波特率在：4800、9600、19200、38400中选择19200，
校验位在：无、偶数、奇数中选择奇数，
数据位：选择8，
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在P01中选择New Serial device,定义Device Address：在1-254的可选地址中选择254；
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在General选项中选择数据类型为input;
Deltav中选择16 bit int w/status；
PLC选项中分别选择：
holding registers；
PLC base register40001；
offset200；
Number of 16；
完成了艾默生DCS的硬件配置;
所述Modbus从站200选用的三菱FR740变频器参数设置：
Pr331通讯站号的设置为与所述艾默生DCS的 DeltaV串口卡件中：P01/New Serialdevice/定义Device Address的数值选择一致； Pr332通讯速率与所述艾默生DCS的DeltaV串口卡件中的波特率设置一致；
Pr334奇偶校验与所述艾默生DCS的 DeltaV串口卡件中的校验位设置一致；
Pr549选择协议设置为Modbus RTU，Pr551PU模式操作权选择2，这样就完成了三菱FR740变频器的硬件连接和软件程序设置，从而实现了DCS远程对三菱FR740变频器的PID自动控制，达到了恒液位控制的目的。
实施例4：一种尾矿库回水控制装置，包括选用艾默生DCS系统的Modbus主站100、8台三菱FR740变频器组成的变频器组201（Modbus从站200）、西门子sitrans PROBE LU超声波液位计，所述变频器组201对应控制一级泵站组202，西门子sitrans PROBE LU超声波液位计放置于二级泵站水池301内采集液位信息，根据实际需要对所述超声波液位计300选用的门子sitrans PROBE LU超声波液位计的参数：P001测量模式、P003测量响应、P005单位、P006零点、P007量程进行设置；西门子sitrans PROBE LU超声波液位计通过数据线302连接Modbus主站100的4-20mA信号采集模块101,所述Modbus主站100的艾默生DCS系统上的串口卡104通过485数据线105连接到所述变频器组201的三菱FR740变频器的RS485通讯端子上（即采用Modbus RTU方式进行数据通讯）；
数据传输通过两个UT-277SM的485转光纤的收发器转换后由光纤103连接，所述Modbus主站100对于超声波液位计300传回的数据采用PID闭环控制的方法进行数据处理后对变频器组201发出操作指令，从而自动控制一级泵站组202的工作；
对所述Modbus主站100选用的艾默生DCS的 DeltaV串口卡件组态，从DeltaV Explorer访问端口的属性：PhysicalNetwork-ControlNetwork-CTLR-I/O-P01-Properties，
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，为Modbus中的Modbus Master模式；
在Communications选项中选择：
RS422/RS485半双工，
波特率在：4800、9600、19200、38400中选择38400，
校验位在：无、偶数、奇数中选择偶数，
数据位：选择8，
停止位：选择1；
在P01中选择New Serial device,定义Device Address：在1-254的可选地址中选择200；
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选项中分别选择：
holding registers；
PLC base register40001；
offset200；
Number of 16；
完成了艾默生DCS的硬件配置;
所述Modbus从站200选用的三菱FR740变频器参数设置：
Pr331通讯站号的设置为与所述艾默生DCS的 DeltaV串口卡件中：P01/New Serialdevice/定义Device Address的数值选择一致； Pr332通讯速率与所述艾默生DCS的DeltaV串口卡件中的波特率设置一致；
Pr334奇偶校验与所述艾默生DCS的 DeltaV串口卡件中的校验位设置一致；
Pr549选择协议设置为Modbus RTU，Pr551PU模式操作权选择2，这样就完成了三菱FR740变频器的硬件连接和软件程序设置，从而实现了DCS远程对三菱FR740变频器的PID自动控制，达到了恒液位控制的目的。
在不脱离本发明范围的情况下，还可以对发明进行各种变换及等同代替，因此，本发明专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方案。
Claims (4)
1.一种尾矿库回水控制装置，其特征在于，包括Modbus主站（100）、Modbus从站（200）、超声波液位计（300），所述Modbus从站是并联的多台变频器组成的变频器组（201），所述变频器组（201）对应控制一级泵站组（202），所述超声波液位计（300）放置于二级泵站水池（301）内采集液位信息，超声波液位计（300）通过数据线（302）连接Modbus主站（100）的4-20mA信号采集模块（101）,所述变频器组（201）与Modbus主站（100）之间采用Modbus RTU方式进行数据通讯，数据传输通过两个光纤收发器（102）转换后由光纤（103）连接，所述Modbus主站（100）对于超声波液位计（300）传回的数据采用PID闭环控制的方法进行数据处理后对变频器组（201）发出操作指令，从而自动控制一级泵站组（202）的工作。
2.根据权利要求1所述的一种尾矿库回水控制装置，其特征在于，所述Modbus主站（100）选用艾默生DCS系统，所述超声波液位计（300）选用西门子sitrans PROBE LU超声波液位计，所述光纤收发器（102）选用UT-277SM的485转光纤的收发器；所述Modbus从站（200）选用三菱FR740变频器；所述艾默生DCS系统上的串口卡（104）通过485数据线（105）连接到所述三菱FR740变频器的RS485通讯端子上。
3.根据权利要求2所述的一种适用于选矿厂电子皮带秤数据采集的装置，其特征在于，根据实际需要对所述超声波液位计（300）选用的门子sitrans PROBE LU超声波液位计的参数：P001测量模式、P003测量响应、P005单位、P006零点、P007量程进行设置；
对所述Modbus主站（100）选用的艾默生DCS的 DeltaV串口卡件组态，从DeltaVExplorer访问端口的属性：PhysicalNetwork-ControlNetwork-CTLR-I/O-P01-Properties，
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，为Modbus中的Modbus Master模式；
在Communications选项中选择：
RS422/RS485半双工，
波特率在：4800、9600、19200、38400中任意选择一个数值，
校验位在：无、偶数、奇数中任意选择一项，
数据位：选择8，
停止位：选择1；
在P01中选择New Serial device,定义Device Address：在1-254的可选地址中任意选择一个数值；
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选项中分别选择：
holding registers；
PLC base register40001；
offset200；
Number of 16；
完成了艾默生DCS的硬件配置;
所述Modbus从站（200）选用的三菱FR740变频器参数设置：
Pr331通讯站号的设置为与所述艾默生DCS的 DeltaV串口卡件中：P01/New Serialdevice/定义Device Address的数值选择一致； Pr332通讯速率与所述艾默生DCS的DeltaV串口卡件中的波特率设置一致；
Pr334奇偶校验与所述艾默生DCS的 DeltaV串口卡件中的校验位设置一致；
Pr549选择协议设置为Modbus RTU，Pr551PU模式操作权选择2，这样就完成了三菱FR740变频器的硬件连接和软件程序设置，从而实现了DCS远程对三菱FR740变频器的PID自动控制，达到了恒液位控制的目的。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种适用于选矿厂电子皮带秤数据采集的装置，其特征在于，所述变频器组（201）是由3-8台变频器并联而成。
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