0 引言

江西宜春钽铌矿是全国最大的钽铌锂原料的生产基地。钽与铌具有吸气、耐腐蚀、超导性、单极导电性和高温下强度高等特性，在化工、机械、精密仪器、电子、电气、超导、国防科技等领域处于不可缺少的重要地位。随着科学技术的进步和信息技术的发展，针对钽铌矿选矿流程开发选矿生产计量网络监控系统，对于提高企业的自动化水平，提高计量精度，降低管理成本，提高选矿效率具有重要意义。

1 现场总线控制技术简介 1.1 现场总线的特点

现场总线控制技术是20世纪80年代中期随着控制技术、计算机技术、通讯技术和网络技术的发展而产生的，它以现场总线为基础应用于生产现场，在测量和控制设备之间实现双向、串行、多节点数字通信，也称为开放式、数字式、多节点通信的底层控制系统。现场总线控制技术不仅是一种通信技术，它还融入了智能仪表、计算机网络和开放系统互联(OSI)等技术的精粹^[1]。

1.2 MODBUS总线

MODBUS总线是一种工业通信和分布式控制系统协议, 由美国莫迪康公司推出。MODBUS协议定义的是一种数据帧结构，独立于物理层介质，所有控制器能够识别和使用，具有良好的适用性^[2]。

MODBUS的通信方式为主从方式，主方所发出的请求帧和从方的应答帧都是以从方地址开头的，从方只读发给自己的命令，对其他从方地址开头的报文不予理睬，并对接受到的正确报文予以回答，这种一问一答的通信模式，大大地提高了通信的正确率^[3]。

MODBUS有RTU和ASCII两种传送方式，本系统应用软件组态王6.5中自带有MODBUS(RTU)协议, 因此选用RTU通信方式。采用CRC-16位循环码冗余校验，将整个字符串(不包括最后两个字节)按规定的方式进行移位并进行异或运算，运算的结果存放在字符串的最后两个字节内。并由接收方按同样的运算方法进行校验是否一致，对随机或突发性造成的帧破坏有良好的校验效果。

2 计量网络监控系统 2.1 选矿工艺流程简介

江西宜春钽铌矿包括采矿场和选矿厂，采矿场从露天矿区开采和剥离，将含有钽铌等稀有金属的原矿石，经汽车运输到溜矿井，通过电机车运输到原矿仓，再经洗矿筛将块矿和原生泥矿分离：筛上块矿经粗碎通过1^#皮带运输到中碎，再通过2^#皮带运输到细碎进行闭路筛分后，经3^#皮带运输到细矿仓分两个系列，分别经4^#皮带、5^#皮带运输到棒球磨进行磨矿工艺，再经螺旋流槽分级后进入摇床重选，最终将钽铌精矿选出；而筛下原生泥矿进入贮矿池，再通过管道输送到螺旋流槽分级后进入摇床重选，最终将钽铌精矿选出，工艺流程如图 1所示。

2.2 工艺技术要求

(1) 在块矿生产工艺中，要求24h实时在线准确测量3^#皮带上块矿的含水量和质量等信息，以便进行内部的计量与考核(节点1)。

(2) 要求能24h实时在线准确测量4^#、5^#皮带上矿料的流量，同时可以计算矿料累计量，并控制皮带上矿料的流量(节点2)。若流量过大，超过棒球磨机的处理能力，造成矿石磨不碎和流程不畅，影响工艺参数指标；若流量过小，则浪费能源消耗，降低生产效率。

(3) 在原生泥生产工艺中，要求能24h实时在线准确测量输送管道中液态物料的浓度、质量，并计算累计量和控制液态物料的流量(节点3)。

(4) 当其中一个计量节点出现故障时，不影响其他节点的计量与控制。

(5) 能方便地进行系统的扩展。

(6) 能挂接在矿局域网上。

2.3 硬件组态与通讯

江西宜春钽铌矿属露天开采，随着时间的不同，矿料含水量变化很大。由于运输皮带宽，现场电机功率大，电磁干扰比较严重。因此对于块矿生产工艺，选用非接触式的核子秤来在线测量矿料的流量和累计量，选用中子测湿仪在线测量矿料水分，通过PLC控制叶轮给料机的打开程度控制矿量；对于原生泥矿液态矿料，选用电磁流量计和核子密度计配合使用的方法测量管道中矿浆的浓度、流量以及累计量。上述现场传感器都通过PLC与主机相连，而PLC则以总线的方式通过MODBUS协议与控制室的上位机通讯，系统硬件组态及通讯如图 2所示^[4-5]。

图 2中工控机置于控制室，装有系统软件和自主开发的生产监控与信息管理程序，通过以太网挂接在矿局域上，实现局域网上的监控，并通过RS232-RS485转换器与现场PLC通信。3^#皮带、4^#与5^#皮带、原生泥矿3个节点各包含一台PLC，都挂接在现场总线上。各PLC将现场采样信号进行预处理后，再将有关数据通过现场总线上传到控制室工控机。

2.4 软件组态

实现硬件组态后，通过软件组态系统以动画、报表、棒图、报警和数据库等方式实现对变量进行实时控制和查询。

组态王6.5由Touchmake和Touchview模块构成，前者为用户提供开发环境，后者为系统提供运行环境，用户可在开发环境中进行系统设计和软件开发，如制作动画画面和对相关变量的定义等工作。本系统根据实际情况制作了工艺流程画面的动画效果，如棒球磨机转动时，利用3张不同角度的画面轮流显示的方法，使得程序运行时感觉棒球磨机在转动一样。

数据库是生产信息管理系统的核心，外部设备如PLC、智能模块，通过各自的驱动程序与监控软件中实时数据库中的对应变量建立联系，由于组态王遵循Windows下标准动态数据交换(DDE)协议，因而可借助于DDE和外设驱动程序，组态王可自动将外设的状态及时传送给数据库中的数据变量，组态王与外设交换数据示意图如图 3所示^[6]。

组态王完全是基于网络的概念，是一种真正的客户—服务器模式，支持分布式历史数据库和分布图 3组态王与外设交换数据示意图式报表系统，可运行在基于TCP/IP的网络中，使用户能够实现与上位机以及更高层次级别的联网。

组态王6.5具有集成的内嵌式报表系统，内部提供了丰富的报表函数，可创建多实时报表和历史报表，提供报表工具条和报表模板，能反复使用，避免重复工作。根据需要本系统生成了“日报表”、“班组统计报表”、和“年报表”，便于日常工作的监控与查询。

3 结束语

基于MODBUS总线的计量网络监控系统，能24h在线准确实时计量、查询、监控与控制系统变量，很好地体现了分散控制和集中管理的思想，一个节点出现问题，并不会影响其他节点的工作。上位机即使关机，也不会影响下位机的工作，可以实现多节点远距离的集中监控，减少了连线，减少了故障率，提高了运行的可靠性。基于总线与以态网的系统，WEB监控终端与PLC节点都易于扩展，同时配合上位机组态监控软件，能实现WEB访问监控，提高了计量精度，降低了管理成本，提高了工作效率。