基于模块化设计的铜选过程控制软件设计与开发

摘要

随着选矿技术的不断发展，选矿过程控制软件也在飞速的更新换代以跟上选矿技术前进的步伐。由于选矿生产过程的差异性和复杂性，导致选矿过程控制系统软件存在着一些缺陷，如研发周期长，程序可复用性差，程序维护、升级、移植困难等问题。
　　模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合构成不同类别的产品，以满足市场的不同需求。本文创新性地把模块化方法应用在选矿过程控制系统软件的设计中，开发出了满足选矿工艺要求的功能模块，解决了传统控制系统软件中存在的问题。接着利用这些模块，设计开发了镜铁山铜选厂控制系统软件，克服了工期短，任务紧，设备多，流程长，控制模式复杂等困难，提前完成项目的开发工作。经过现场试车表明，控制系统运行正常，实现了设计功能，保证铜选生产过程的稳定运行，满足现场的控制要求，保证生产安全，取得了良好的实际效果。本文主要完成了下面几个方面的工作:
　　1.在分析了选矿生产过程控制系统软件的问题和模块化设计方法的优点之后，得出模块化设计可以解决控制系统软件设计中存在的问题的结论，创新性地提出了把模块化设计思想应用到选矿生产过程控制系统软件开发过程中的思路，同时结合选矿生产过程，提出了模块化设计的具体步骤。
　　2.按照模块化设计步骤，设计了选矿生产过程控制系统软件的功能模块。在深入研究分析控制系统软件的基础上，按照功能划分出不同类别的功能模块，比如系统监视功能模块，数据采集功能模块，设备程序功能模块，结构化PID模块，第三方通讯模块等等，同时基于西门子S7-300，设计了PLC冗余系统;设计了不同模块间通讯方式。
　　3.开发了控制系统的不同种类的模块。在西门子WinCC和Step7平台上，开发了不同种类的功能模块。包括数据采集模块的控制程序，设备程序功能模块的控制程序与画面程序，结构化PID控制器的控制程序等。详细介绍了西门子PLC S7-300系列软件冗余系统的配置，并完成了程序开发。详细绍了PLC与第三方设备之间的通讯配置，并设计开发了通讯程序。另外，详细介绍了在控制系统软件中非常实用的关键技术。
　　4.将本文根据模块化思想设计开发的功能模块，应用到镜铁山铜选厂生产过程控制系统软件中。在极短的工期内，取得了非常显著的效果，通过工业试验与实际运行表明，该系统运行稳定，保证了生产过程的正常运行，满足铜选生产工艺要求，控制系统响应快速精确。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选矿过程控制软件概述及发展趋势

1．2 选矿过程控制软件的现状以及存在的问题

1．3 模块化设计概述

1．3．1 模块化设计的概念

1．3．2 模块化设计的优势

1．3．3 模块化设计的趋势

1．4 本课题研究内容和主要意义

第2章 铜矿选矿过程描述及控制需求分析

2．1 铜矿选矿过程描述

2．1．1 铜选过程概述

2．1．2 破碎筛分工艺

2．1．3 磨矿分级工艺

2．1．4 浮选工艺

2．1．5 脱水工艺

2．2 铜矿选矿过程的控制需求分析

2．2．1 设备控制

2．2．2 冗余系统

2．2．3 数据采集和趋势显示

2．2．4 状态监视和状态报警

2．2．5 第三方设备通讯

2．3 本章小结

第3章 控制系统软件的模块化设计

3．1 控制系统软件的模块化设计

3．1．1 控制系统模块化设计特征及实际意义

3．1．2 控制系统模块化设计步骤及控制系统功能模块划分

3．2 控制系统软件的总体结构设计

3．3 数据采集功能模块设计

3．4 结构化PID控制器模块设计

3．5 设备控制功能模块设计

3．5．1 单体设备逻辑控制模块设计

3．5．2 多个设备顺序控制模块设计

3．6 报警功能模块设计

3．7 冗余功能模块设计

3．8 通讯模块设计

3．8．1 工业以太网

3．8．2 PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery)

3．9 人机组态界面界面HMI设计

3．10 本章小结

第4章 控制系统软件的模块化开发

4．1 系统软件开发环境

4．1．1 系统软件开发环境

4．1．2 Step7编程软件介绍

4．1．3 WinCC编程软件介绍

4．2 系统模块开发的关键技术

4．2．1 从Step7中复制变量到WinCC中

4．2．2 硬件配置和下载运行

4．3 控制系统功能模块的开发

4．3．1 数据采集模块的开发

4．3．2 设备程序模块的开发

4．3．3 结构化PID模块的开发

4．4 冗余系统模块的开发

4．4．1 西门子S7-400系列软件冗余系统的构成

4．4．2 S7-400系列软件冗余系统的配置

4．4．3 S7-400系列软件冗余系统的程序编制

4．5 第三方设备通讯模块的开发

4．6 本章小结

第5章 模块化控制系统软件在镜铁山铜选厂中的应用

5．1 项目背景及铜选工艺简介

5．2 镜铁山选矿厂控制系统的构成

5．2．1 系统相关硬件构成

5．2．2 系统实际网络结构

5．2．3 工业多媒体监控系统

5．3 控制系统软件的功能验证

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要工作