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Series No.342 December 2004 金 属 矿 山 METAL MINE 总 第342期 2004年第12期 于仲安,江西理工大学机电工程学院,讲师,硕士,341000江西省赣州 市。 S7 - 300在黄金堆浸微机监控系统中的应用 于仲安 江西理工大学 摘 要 堆浸是黄金生产中普遍采用的提金工艺。以西门子S7 - 300 PLC为控制核心,设计了1套微机监控 系统,实现黄金堆浸过程中加药和喷淋的自动控制,给出了S7 - 300的控制流程以及S7 - 300和计算机的通信程序 设计。 关键词 堆浸 S7 - 300 PLC 监控系统 组态软件 Application of S7 - 300 in Micro2computer Monitoring System for Gold Heap Leaching Yu Zhongan Jiangxi University of Science and Technology Abstract Heap leaching is a gold extracting process widely used in gold production. With Siemens S72300 PLC as the con2 trol core , a microcomputer monitoring systemwas designed , realizing the automatic control of reagent addition and spraying in gold heap leaching. The S72300 control flowchart and the program design of communication between S72300 and computer are given. Keywords Heap leaching , S72300 PLC, Monitoring system , Configuration software 德国西门子公司是世界上较早研制和生产PLC 产品的主要厂家之一,20世纪90年代推出的S7系 列PLC在功能和使用上都比S5系列有了较大的改 进,性能价格比更优。它包括S7 - 200、S7 - 300、S7 - 400 3种产品,其中SIMATIC S7 - 300系列PLC适 用于各行各业、 各种场合中的检测、 监测及控制的自 动化。S7 - 300系列的强大功能使其无论是独立运 行还是相连成网络皆能实现复杂控制功能。S7 - 300系列PLC功能强、 速度快、 扩展灵活,具有紧凑、 模块化的组合结构。 本项目针对堆浸法提金生产工艺,采用西门子 S7 - 300 PLC为控制核心,设计了1套微机监控系 统,实现生产过程和监控管理一体化,使企业不仅在 生产上具有先进的过程控制自动化水平,更在管理 上具有现代化水平,进一步提高企业的经济效益和 管理效益。 1 堆浸法提金生产工艺简介 堆浸法提金工艺主要分为原料的堆积、 加药过 程、 喷淋和氰化浸出过程、 活性炭吸附过程4个主要 环节。将矿石破碎到规定的大小,输送堆积到堆场, 按一定的时间间隔向矿堆喷淋一定浓度的氰化钠溶 液,使金从矿石中浸出。从矿堆里流出的含金液体 称为富液,收集富液流入富液池中,然后分4路分别 流向活性炭吸附桶,每一路经6级吸附,每隔一定的 时间将含金活性炭从吸附桶中取出,运到冶炼厂进 行冶炼。吸附后流出的液体称为贫液,分别流入4 个贫液池中,微机控制系统根据贫液中的氰根浓度, 检测4路贫液的流量,依工艺要求确定加入贫液池 中的氰化钠溶液的流量,实现加药控制;然后通过喷 淋泵将贫液池的药液重新引入矿堆再次喷淋,形成 药液的循环流动。本监控系统主要完成加药过程和 喷淋过程的自动控制。 2 S7 - 300硬件组态 根据生产工艺和企业的具体技术要求,本监控 系统选用1台S7 - 300 PLC作为控制核心,其主要 硬件配置为CPU为315 - 2DP;电源为PS307 5A ,模 拟量输入模块为SM331 AI 812 Bit ,主要用于富液 流量、 喷淋流量、 氰化钠溶液流量信号的输入和处 理;模拟量输出模块为SM332 AO 412 Bit ,主要用 于输出变频器运行的频率信号;数字量输出模块为 55 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. SM322 DO 8DC 24 V/ 2 A ,主要用于对电磁阀开关 控制的信号。选定主要的模块后,必须在编程软件 STEP 7中进行硬件组态,此时上位计算机作为编程 装置。本监控系统的编程软件采用STEP 7 V 5.1 , 组态过程如下。 首先,打开SIMATIC Manager ,建立一个新的项 目,选择合适的存盘路径进行保存。 然后用HW Congfig程序进行硬件组态,即对系 统中选择的各模块如槽架、CPU、 电源、 输入输出模 块等按照其实际配置和物理地址进行组态,并对它 们进行相应的属性设置,如模拟量输入模块SM331 的设置有 “General” 、“Address” 、“s”3个属性页, 其中 “s” 属性页中有正常启用中断、 分别启用中 断、 启用过程中断并设置限定值、 测量类型、 测量范 围、 测量范围模块的位置、 积分时间等。不同的硬 件,组态时必须进行相应的属性设置,才能保证设备 按照要求正常工作。 3 S7 - 300软件编程 本监控系统的PLC控制程序主要分2大部分, 其一为喷淋控制部分,主要是将贫液池中的氰化钠 溶液按照一定的周期和一定的强度引入矿堆,完成 溶液的喷淋;其二为加药控制,根据氰化钠溶液的浓 度、 贫液池中的pH值、 工艺要求的氰化钠溶液中的 氰根浓度决定加入氰化钠溶液的量,自动完成加药。 3.1 喷淋控制程序 喷淋的时间、 喷淋的强度、 喷淋的周期是影响金 浸出的重要因素。用一对一的控制方案,用4个变 频器对4个喷淋泵电机的转速进行调节,从而控 制对堆场的喷淋药液量和喷淋强度。 根据堆场的情况和工艺要求,对喷淋泵可以进 行手动和自动控制。当系统启动时,判断系统处于 手动运行还是自动运行状态,然后转入相应的程序 运行。在运行过程中设置了停止按钮,无论系统处 于自动运行状态还是手动运行状态,若停止按钮有 效,系统都将停止运行。喷淋控制主程序如图1。 1自动运行。自动运行是由工程师或操作员 根据系统运行实际情况,给定系统的运行时间和停 机时间以及喷淋泵的运行频率,系统将按照此设定 数据自动地循环运行。当自动运行中遇到停止信号 时,系统马上停止运行。自动控制流程如图2。 2手动运行。手动运行指变频器的启动和停 止不是根据预先给定的参数自动运行,而由工程师 图1 喷淋控制主程序流程 图2 喷淋控制自动运行流程 或操作员来决定喷淋泵的起停、 喷淋时间、 喷淋强 度。在上位机监控界面中设置手动启动和手动停止 按钮,在程序中还必须设置一个计时器进行计时,这 个运行时间主要用于生产报表的生成。手动控制流 程较简单,其流程图省略。 3.2 加药控制程序 喷淋溶液中氰根浓度是影响金浸出的重要因 素,因此加药在堆浸工艺中占有很重要的位置。在 加药控制中,主要根据检测的氰根浓度和工艺要求, 确定实际的氰化钠溶液流量。 按一对一的控制方案,用4个电磁阀控制4路 氰化钠溶液的流量。电磁阀可以分为自动和手动运 行两种方式,自动控制指根据给定的控制流量自动 调节电磁阀的开闭时间,周期性地向贫液池中加入 65 总第342期 金 属 矿 山 2004年12期 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 氰化钠溶液;手动控制指由操作员控制电磁阀的开 闭时间。加药控制的主程序流程和喷淋控制相似, 本文只给出加药自动控制流程图,如图3所示。 图3 加药控制自动运行流程 通常,用户程序由组织块OB、 功能块 FB 、 FC 和数据块DB构成。其中,OB是系统操作程序与 应用程序在各种条件下的接口界面,用于控制程序 的运行;FB、FC是用户子程序;DB是用户定义的用 于存取数据的存储区,本系统中它是上位机监控软 件与STEP 7程序的数据接口点。 STEP 7支持的编程语言有梯形逻辑LDA、 助 记符语言ST L ,又称为语句表、 功能块图FBD 3 种,本系统采用梯形逻辑LAD进行程序编写。 4 通信实现 S7 - 300和上位监控计算机的通信可以采用多 点接口网络MPI或PROFIBUS - DP接口等多种方 式。本监控系统中S7 - 300的CPU选用315 - 2DP , 它本身具有MPI和PROFIBUS - DP 2个通讯接口, 因此只要在上位机中安装CP5613卡,通过MPI电缆 进行连接,就在上位机和S7 - 300 PLC之间建立了 通讯硬件联系。 4.1 安装CP5613通讯卡 硬件安装好后,安装CP5613卡的驱动程序,然 后打开计算机的 “控制面板”,利用 “Set PG/ PC inter2 face” 安装硬件CP5613网卡,然后点击 “Diagnostics”, 按 “test” 进行测试,若返回 “OK”,说明硬件安装成 功,在上位机和PLC之间已建立了通信连接,按 “Read” 可以检测到总线上所挂的PLC个数,以及它 们在网络中的位置。 4.2 通讯设备组态 上位机人机界面采用监控组态软件MCGS Monitor and Control Generated System网络版V5.1进 行设计,在MCGS中必须进行设备组态,才能使上位 机监控界面中的变量和S7 - 300 PLC建立变量联 系。在MCGS的设备箱中选用S7300 - 400 MPI设 备,本设备构件用于MCGS操作和读写西门子S7 - 300系列PLC设备的DB数据、 数据块、 输入输出、 中 间寄存器。通过对S7300 - 400 MPI设备构件进行 属性设置主要包括基本属性、 通道连接、 设备调试、 数据处理4个属性页 , 从而在MCGS和S7 - 300 PLC之间建立变量连接,达到操作PLC设备的目的。 在上位机和S7 - 300 PLC之间建立了通信联 系,并测试成功后,将前面设计的程序包括STEP 7 硬件组态和PLC控制程序下载到S7 - 300 PLC中, 然后进行程序的调试和运行。 本监控系统利用监控组态软件MCGS的另一个 优点是通过企业内部的局域网,可以实现生产的远 程监控,具有操作权限的人员可以进行远程参数修 改和生产数据的查询,实现生产过程和监控管理一 体化。 5 结 语 采用西门子公司的SIMATIC S7 - 300实现现场 控制的优点是PLC功能比较简单,安装调试比较容 易,且发生故障时容易查找。上位机监控程序利用 监控组态软件开发,大大缩短了系统的研制时间,又 提高了系统的可靠性、 可维护性和可扩展性。 本监控系统以S7 - 300 PLC为控制核心,以监 控组态软件设计上位人机界面,实现了对黄金堆浸 生产过程的实时监控和企业管控一体化,提高了企 业生产的自动化程度,进一步提高了企业的经济效 益和管理效益。 参考文献 1 李培铮,吴延之编著.黄金生产加工技术大全.长沙中南工业大 学出版社,1995 2 宋德玉.可编程控制器原理及应用系统设计技术.北京冶金工业 出版社,1999 收稿日期 20042092 22 75 于仲安S7 - 300在黄金堆浸微机监控系统中的应用 2004年第12期 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.