Profibus+PA总线在黄金矿选矿厂中的应用.pdf

2 0 1 7 年第5 期有色金属 选矿部分 1 9 9 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 7 ．z 1 ．0 4 3 P r o f i b u sP A 总线在黄金矿选矿厂中的应用 万洪涛 山东黄金矿业 莱州 有限公司焦家金矿，山东菜州2 6 1 4 4 1 摘要介绍了P r o f i b u sP A 总线的技术特点，结合P r o f l b u sP A 总线协议仪表在焦家金矿选矿厂生产自动化中的应用，阐 述了该总线协议仪表在自动化系统中具体配置过程。 ， 关键词P r o f i b u sP A ；现场总线；自动化 中图分类号T D 9 2 8 ．9文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 7 S 0 - 0 1 9 9 - 0 3 A p p l i c a t i o no fP r o f i b u sP AF i e l d b u si nG o l dM i n e r a lP r o c e s s i n gP l a n t W A NH o n g t a o J i a o J i aG o l dM i n e ，S h a n d o n gG o 比M i n i n g L a i z h o u C o ．，L t d ．，L a i z h o u2 6 1 4 4 1 ，S h a n d o n g ，C h i n a A b s t r a c t I n t r o d u c e st h et e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fP r o f i b u sP Af i e l d b u s ，w i t ht h ea p p l i c a t i o no fi n s t r u m e n t w h i c hu s i n gt h eP r o f i b u sP Af i e l d b u sp r o t o c o li nt h ep r o d u c t i o na u t o m a t i o no fm i n e r a lp r o c e s s i n gp l a n ti nJ i a o j i ag o l d m i n e ，e x p o u n d st h es p e c i f i cc o n f i g u r a t i o no fi n s t r u m e n tb u sp r o t o c o li nt h ea u t o m a t i o ns y s t e m ． K e yw o r d s P r o f i b u sP A ；f i e l d b u s ；a u t o m a t i o n 由P r o f i b u sD P 、P r o f i b u sP A 、P r o f i b u sF M S 共同构 成的P r o f i b u s 德国标准 D I N l 9 2 5 4 和欧洲标准 E N 5 0 1 7 0 的过程现场总线标准，在自动化领域占 据重要地位。P r o f i b u s 现场总线协议是一种连接现 场设备与P L C 等逻辑控制器进行数据交互的双向通 讯系统。它即可以将一个现场设备的运行状态、参 数以及故障信息等重要数据发送到逻辑控制器，又 可以将逻辑控制命令、组态命令以及参数整定命令 发送到现场设备执行。其中P r o f i b u sP A 专为过程自 动化设计，可使传感器和逻辑控制器连接在一根总 线上，并可通过现场总线为现场设备供电，使系统结 构更加简洁，减少设计施工及维护维修难度⋯。 1P r o f i b u sP A 协议概述 P r o f i b u sP A 总线协议是由于过程控制的特殊需 求在P r o f i b u sD P 总线协议的基础上扩展设计的，故 而采用P A 协议的设备必须由D P 主站来控制。但 在物理层上D P 、P A 有很大的区。D P 采用的是 R S 4 8 5 、异步N R Z 编码、比特率可变，而P A 采用的是 I E C l l 5 8 - 2 、同步曼彻斯特编码、波特率固定为3 1 ．2 5 k b p s 。故而P A 与逻辑控制器的数据交互多需要采 用D P ／P A 耦合器或D P ／P A 连接器来完成相应的协 议转换。这一点在P r o f i b u s 网络中非常重要㈨。 2P r o f i b u sP A 技术特点 P A 总线协议使用同步传送技术I E 6 1 1 5 8 - 2 ，通 过总线供电的方式，引入了现场本质安全概念，使其 适合在易燃爆场所使用口J 。其主要特点有 1 数据传送采用数字式、位同步、电压模式。通 过曼彻斯特总线供电技术，允许数字信号与设备电 源在同一电缆上进行传送。只需要一台本安供电设 备，当一个站发送数据时无需供电，P A 总线上的从 站设备如传感器等作为一种无源耗电设备存在； 2 数据传输可靠，采用前同步信号和起、止界定 符来避免出错； 3 在一个网段中P A 站点数量可达到1 2 6 个，每 段可达3 2 个。在此要注意，考虑到设备耗电情况及 使用场合，每段上的设备量尽可能少于3 2 个； 4 P A 电缆长度最多可达到19 0 0m ，在扩展中 继器的情况下可使电缆长度达到1 0k m ； 5 P A 在从站行规中定义了应具有的特性，使用 G S D 、E D D L 、F D T ／D T M ，方便了设备的管理，进而保 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 4 0 4 0 2 7 收稿日期2 0 1 7 - 0 6 2 3 作者简介万洪涛 1 9 7 2 ． ，男，山东莱州人，本科，工程师，主要从事选矿过程自动化及其优化工作。 万方数据 有色金属 选矿部分 2 0 1 7 年增刊 证了不同设备厂商、不同设备型号产品的互操作性 和互换性[ 4 - 53 。 3P r o f i b u sP A 的系统结构 在P r o f i b u s 网络系统中，P A 设备需要由D P 主 站控制，所以需要将P A 设备接入D P 网络中才能组 成一个完成P r o f i b u s 网络。这时就需要用到D P ／P A 耦合器或连接模块。具体区别如下 1 在使用耦合器时，D P 段的波特率不能太高， 一般为4 5 ．4 5k b p s 或9 3 ．6 5k b p s 。而使用连接器 时，D P 段可以在各种波特率下运行，且一个连接器 可以驱动多个P A 网段； 2 使用耦合器时，耦合器本身不会占用设备地 址，但P A 段的设备地址和D P 段的设备地址统一编 排，所以地址不允许重叠。而使用连接器时，连接器 自身需要占用一个D P 地址。此时连接器对于P A 设备来说相当于一个主站，而对于D P 段相当于一个 从站。所以使用连接器时，P A 段设备与D P 段设备 地址是允许重叠的。 综合以上两点，如果使用D P ／P A 耦合器设计 P r o f i b u s 网络时，通常独立一个D P 模块单独用于驱 动耦合器。而要想更灵活的配置网络，通常选用连 接器。 4P r 曲b u sP A 在焦家金矿选矿中的应用 焦家金矿选矿工艺主要分为破碎、磨浮、排尾三 个主要工序。在生产过程中需要监测大量的流量、 压力、料位、温度及阀位开度等现场数据，用于现场 操作人员监控及逻辑控制器的连锁逻辑处理。以磨 浮工段为例，有超过3 0 台雷达料位计、电磁流量计 在该生产流程中。系统规模较大，连锁关系复杂，要 求的数据传输速率较高。因此在配置P r o f i b u s 网络 时，采用了D P ／P AL I N K 模块。该模块在D P 网络中 作为一个从站占据一个D P 地址，D P ／P AC o u p l e r 依 然没有地址。所有P A 仪表作为D P ／P AL I N K 的从 站独立于P r o f i b u s ．D P 之外，独立进行编址，即P A 地由E 。 图1焦家金矿选矿车间磨浮段系统结构图 F i g ．1 S t r u c t u r ed i a g r a mo fg r i n d i n gf l o a t i n gs e c t i o ni nJ i a o J i aG o l dM i n e 5结论 在典型的黄金选矿厂自动化系统中，流量、物 位、压力等测点的传感器大多分散不集中，这对逻辑 控制器的数据采集造成很大的难度。传统的D C S 系 统大多采取逻辑控制器与现场设备一对一的模拟量 数据采集。这种方式不仅需要现场大量布线，增加 了施工量，而且传输距离及不良的现场环境如潮湿、 粉尘、震动等会对模拟信号的采集造成巨大的干扰， 为日后的正常生产留下隐患。P r o f i b u sP A 总线不但 能够实现一对多的总线式通讯，还将仪表供电和数 据传输线合二为一，既提高了系统的性能，又降低工 程造价，具有很高的性价比，近年来在黄金选矿厂等 场合的应用也越来越普遍。 万方数据 2 0 1 7 年第5 期 万洪涛P r o f i b u sP A 总线在黄金矿选矿厂中的应用 2 0 1 参考文献 [ 1 ] 任振寰．P w f i b u s - P A 总线在工程应用中的探究[ J ] ．石油 化工自动化，2 0 1 5 6 1 4 ．1 6 ． [ 2 ] 叶彬强．P r o f i b u s P A 现场总线技术研究和应用[ J ] ．石油 化工自动化，2 0 0 5 5 4 ．5 ． [ 3 ] 迟伟刚，武广泉．D P 总线技术在黄金选矿自动控制系统 中的应用[ J ] ．矿山机械，2 0 1 1 1 0 1 4 7 1 4 9 ． [ 4 ] 李野光．P R O F I B U S P A 总线技术在水泥工程中的应用 [ J ] ．水泥工程，2 0 1 2 3 5 6 _ 5 7 ． [ 5 ] 彭秀云，李涛，段银联，等．P m f i b u s 现场总线在黄金 选矿厂自动控制系统的应用[ J ] ．有色冶金设计与研究， 2 0 1 4 4 1 2 ．1 4 ． 上接第1 5 5 页 参考文献 [ 1 ] 刘炯天，王永田，曹亦俊，等．浮选柱技术的研究现状及 发展趋势[ J ] ．选煤技术，2 0 0 6 5 2 5 ．2 9 ． [ 2 ] 胡卫新．浮选柱气含率的影响机制与调控研究[ D ] ．徐 州中国矿业大学，2 0 1 0 ． [ 3 ] 沈政昌，陈东，史帅星，等．B G R I M M 浮选柱技术的发 展[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 6 6 3 3 ．3 7 ． [ 4 ] 赖茂河，史帅星，武涛，等．K Y Z E 型浮选柱的发展和应 用[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 1 增刊1 2 0 8 - 2 1 1 [ 5 ] 沈政昌，史帅星，卢世杰．K Y z B 型浮选柱系统的设计 研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 6 4 2 0 - 2 4 ． 万方数据