趙莊洗煤廠控制系統(tǒng)升級與程序優(yōu)化研究

韓玉忠

（山西晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治 046605）

0 引言

山西晉煤集團(tuán)趙莊洗煤廠是年產(chǎn)600 萬t 的礦井型洗煤廠，同時(shí)承擔(dān)著趙莊礦二號井的外來洗煤業(yè)務(wù)。自建廠之日起，其控制系統(tǒng)即根據(jù)自動化、現(xiàn)代化的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]，但隨著生產(chǎn)運(yùn)行的不斷深入，設(shè)備的更新改造，以及操作運(yùn)行人員及檢修人員水平的不斷提高，原有的控制系統(tǒng)已不能滿足更高層次的需求。因此，通過對其控制系統(tǒng)的分析研究，并制定實(shí)施解決方案，在原有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上通過升級改造實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化[2]，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的可靠性、安全性，提高洗煤廠的工作效率。

1 原有控制系統(tǒng)分析

山西晉煤集團(tuán)趙莊礦選煤廠控制系統(tǒng)自建廠以來使用IFIX 上位機(jī)軟件+GE RX7I CPU 系統(tǒng)監(jiān)控。原有PLC 系統(tǒng)控制主站安裝在洗煤廠低壓配電室，采用GE RX7I 系列的IC698CPE020 作為主CPU。該CPU 主頻為700 MHZ，自帶以太網(wǎng)通訊模塊；在主站上安裝從站通訊模塊、遠(yuǎn)程IO 通訊模塊和本地IO模塊，通過從站通訊模塊安裝了5 個(gè)從站，連接低壓配電室及附近的系統(tǒng)設(shè)備；同時(shí)通過2 套遠(yuǎn)程IO 模塊連接遠(yuǎn)方壓濾系統(tǒng)的設(shè)備信號。通過以太網(wǎng)與主控制室進(jìn)行通訊，同時(shí)主控制室通過以太網(wǎng)將其他地方輔助控制系統(tǒng)監(jiān)控起來。在實(shí)際運(yùn)行過程中，原有的系統(tǒng)存在著一些問題。

1.1 PLC 站IO 模塊問題

在經(jīng)過幾年的運(yùn)行之后，系統(tǒng)硬件本身也出現(xiàn)了一些設(shè)備故障。

（1）系統(tǒng)主站VAL132 模擬量檢測模塊，一旦外部通道短路，該模塊的通道將會燒壞，至今已燒壞了數(shù)塊模塊；

（2）系統(tǒng)由于幾年來對設(shè)備的升級，現(xiàn)IO 備用通道已嚴(yán)重不足，現(xiàn)有一些設(shè)備和保護(hù)儀表由于沒有IO 通道，無法添加到系統(tǒng)控制中來。

1.2 PLC 系統(tǒng)程序和邏輯問題

在幾年的運(yùn)行過程中，由于設(shè)備的老化和新故障的出現(xiàn)，原有的控制系統(tǒng)出現(xiàn)了一些程序問題。

（1）向PLC 裝程序時(shí)，突然通訊不正常，CPU模塊不能使用。

（2）由于程序設(shè)計(jì)不合理，當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，在集控室無法明確是哪臺設(shè)備和哪一類故障造成的停機(jī)。由于判斷不清，使排查故障費(fèi)時(shí)費(fèi)力，甚至故障沒完全排查清楚就重新啟動設(shè)備，造成安全隱患。

（3）在原有保護(hù)措施中，停車保護(hù)信號出現(xiàn)后系統(tǒng)應(yīng)立刻停車。但實(shí)際運(yùn)行中，由于種種原因，一些保護(hù)報(bào)警信號會出現(xiàn)短暫的虛假報(bào)警。由于所有設(shè)備都是互相關(guān)聯(lián)的，誤報(bào)警產(chǎn)生后引發(fā)一系列的設(shè)備開停，嚴(yán)重影響了正常的生產(chǎn)工作，而且設(shè)備頻繁開停很容易造成設(shè)備老化和損壞。

1.3 上位機(jī)系統(tǒng)的問題

原有上位機(jī)系統(tǒng)采用的是DELL 計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控主機(jī)，每一臺機(jī)子上均安裝IFIX3.5 軟件通過以太網(wǎng)與下面各PLC 系統(tǒng)進(jìn)行通訊并監(jiān)控，該系統(tǒng)存在一些問題。

（1）集控室配置的計(jì)算機(jī)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有監(jiān)控要求，運(yùn)行速度較慢，特別是在查找數(shù)據(jù)庫時(shí)往往需要大約0.5 h。

（2）上位機(jī)與PLC 的通訊往往有中斷情況發(fā)生，一些IO 點(diǎn)從PLC 模塊上觀察數(shù)據(jù)正常，但在上位機(jī)上卻無法正確監(jiān)控。特別是系統(tǒng)重新送電之后，全廠的電控閥門無法正常工作，上位機(jī)輸入閥門開度數(shù)據(jù)下位機(jī)無法執(zhí)行。

1.4 急需增加的功能

（1）目前整個(gè)報(bào)警點(diǎn)比較混亂，有些需要報(bào)警，有些則不需要，沒有一個(gè)詳細(xì)有效的列表說明哪些有效哪些無效，使現(xiàn)場工作人員很難判斷哪個(gè)報(bào)警是有用信息，也就沒有辦法采取行動。現(xiàn)存的報(bào)警信息沒有歷史紀(jì)錄，沒有辦法再現(xiàn)當(dāng)時(shí)出現(xiàn)故障的現(xiàn)場情況，使工作人員沒有辦法分析故障。

（2）目前系統(tǒng)里沒有報(bào)表系統(tǒng)，所有報(bào)表都是靠人工填寫，易造成人為錯(cuò)誤，影響工作效率。

（3）目前整個(gè)系統(tǒng)沒有專門的數(shù)據(jù)收集處理服務(wù)器，造成單個(gè)監(jiān)控終端滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，處理和瀏覽速度慢，影響工作人員正常工作。

2 問題分析研究

針對洗煤廠現(xiàn)狀暴露出來的一些問題提出升級改造。重點(diǎn)研究解決以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

（1）接入與擴(kuò)展接口。原有系統(tǒng)主控制PLC 的模擬接口、數(shù)字接口都已經(jīng)接滿設(shè)備，新上設(shè)備已經(jīng)沒有辦法接入主控制網(wǎng)絡(luò)。通過設(shè)計(jì)新的IO 柜為系統(tǒng)增加足夠的新的通訊接口以滿足系統(tǒng)未來幾年的設(shè)備需求；同時(shí)將原有故障模塊的信號也接入新盤柜內(nèi)新的AI 模塊中，并采用隔離器和保險(xiǎn)端子避免再次由于接線短路造成損失，徹底解決VAL132 模塊的損壞問題，也避免了由VAL132 模塊損壞所造成的停機(jī)損失。

（2）PLC 程序問題。對原有PLC 程序進(jìn)行優(yōu)化修改，主要解決程序中不合理的部分；對原有CPU模塊出現(xiàn)的無法下裝等情況進(jìn)行分析處理，并通過更換新的CPU 模塊徹底解決此問題；同時(shí)對原有CPU模塊檢查處理，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（3）對計(jì)算機(jī)和上位機(jī)程序進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)更換新的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，完成新的上位機(jī)安裝，并完整地將原有上位機(jī)系統(tǒng)移植到新的計(jì)算機(jī)中；同時(shí)對IFIX上位機(jī)畫面進(jìn)行優(yōu)化，使其更好服務(wù)系統(tǒng)，發(fā)揮遠(yuǎn)程監(jiān)控效果。

3 解決辦法

3.1 接入接口

在本地控制系統(tǒng)增加一個(gè)IO 盤柜，通過本地?cái)U(kuò)展將系統(tǒng)增加了48 個(gè)雙通道AI 點(diǎn)、96 個(gè)DI 點(diǎn)、32個(gè)DO 點(diǎn)、8 個(gè)AO 點(diǎn)，為未來幾年系統(tǒng)擴(kuò)展提供了接口，同時(shí)將原有VAL132 模塊中的IO 點(diǎn)轉(zhuǎn)移到新的盤柜中。通過修改相關(guān)程序，接入接口后不影響原有系統(tǒng)的邏輯與顯示。

3.2 PLC 程序問題

（1）CPU 系統(tǒng)問題解決方法。CPU 系統(tǒng)在不進(jìn)行修改的時(shí)候也需要按時(shí)對其進(jìn)行整理修訂。若現(xiàn)場具備條件，每隔6 個(gè)月可進(jìn)行一次程序備份刷新工作，以確保系統(tǒng)程序與備份系統(tǒng)的正確性。同時(shí)，由于原有CPU 的速度和內(nèi)存均無法滿足新的要求，因此將CPU 模塊升級為高一級的IC697CPE040。該CPU 主頻為1 800 MHZ，自帶以太網(wǎng)通訊模塊，滿足未來幾年的升級要求。

（2）原有系統(tǒng)由于缺少IO 點(diǎn)，很多皮帶沒有預(yù)警信號。本次系統(tǒng)增加了一個(gè)盤柜，充分滿足了升級的需要。提高系統(tǒng)的安全性也是生產(chǎn)的必需環(huán)節(jié)，因此增加皮帶預(yù)警信號就在實(shí)施階段提了出來。皮帶預(yù)警信號的警報(bào)方式統(tǒng)一為以下模式：

①按照啟動前報(bào)警10 s 統(tǒng)一設(shè)置；

②報(bào)警10 s 后啟動設(shè)備；

③在報(bào)警過程中如果出現(xiàn)拉繩等故障將不再啟動該設(shè)備，以滿足對人員設(shè)備的保護(hù)功能；

④根據(jù)現(xiàn)場工作面的噪音情況和設(shè)備的長短選擇報(bào)警器的數(shù)量和種類，聲音以該設(shè)備工作面上所有地點(diǎn)可在其他設(shè)備開啟的情況下依然能夠清晰的聽到為標(biāo)準(zhǔn)；

⑤報(bào)警器的電源從MCC 柜取得，PLC 柜提供干接點(diǎn)信號；

⑥程序完成后，增加的電源和報(bào)警設(shè)備在系統(tǒng)運(yùn)行間隙完成安裝調(diào)試。

增加此項(xiàng)報(bào)警功能后，大大提高了現(xiàn)場的安全性。

（3）在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，一些現(xiàn)場保護(hù)信號，例如重偏、堵塞等種種原因出現(xiàn)了誤報(bào)等情況，原有程序出于保護(hù)設(shè)備的原因立刻停止了設(shè)備運(yùn)行，對生產(chǎn)造成一定的影響。保護(hù)信號的瞬時(shí)動作是出于對設(shè)備的保護(hù)所做的合理程序，在系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試階段，由于設(shè)備較新，因此保護(hù)信號誤動的可能性很小。經(jīng)過常年的運(yùn)行，設(shè)備出現(xiàn)誤報(bào)的情況時(shí)有發(fā)生，因此解決此問題也是提高生產(chǎn)效率的重要方面，但在修改的過程中又要避免保護(hù)設(shè)備動作后設(shè)備不停機(jī)這種拒動情況的發(fā)生。

經(jīng)過對系統(tǒng)的分析，在PLC 程序中對一些報(bào)警信號添加了延時(shí)報(bào)警功能，如報(bào)警信號出現(xiàn)后在一段很短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，則認(rèn)為此信號為誤報(bào)，通過此程序?qū)⒋诵盘柷谐?，不影響系統(tǒng)，只有當(dāng)信號保持不變才采取措施進(jìn)行停機(jī)。經(jīng)過驗(yàn)證，系統(tǒng)時(shí)間以1 s～3 s 為好，既不影響系統(tǒng)保護(hù)，也可有效消除誤報(bào)。由于拉繩信號是手工操作信號，如出現(xiàn)誤報(bào)的情況，肯定是拉繩保護(hù)開關(guān)本身已出現(xiàn)故障，需要進(jìn)行更換，因此未對拉繩信號做延遲報(bào)警處理，以避免由于更換不及時(shí)造成更大的故障。

（4）信號報(bào)警出現(xiàn)后，系統(tǒng)停機(jī)，報(bào)警信號自動復(fù)位，通過報(bào)警查詢和其他功能查找、時(shí)間過長且復(fù)雜，不能當(dāng)時(shí)就給操作人員和檢修人員提供正確的信息。當(dāng)報(bào)警條件消除后，報(bào)警信號消失是正常的，但因?yàn)闆]有報(bào)警信號自保持功能，當(dāng)出現(xiàn)信號瞬間動作自動復(fù)位等軟故障時(shí)，操作人員和檢修人員無法判斷系統(tǒng)自動停機(jī)的信號來源。通過對程序和畫面的梳理，報(bào)警信號的自保持在程序中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但僅僅是作為屏蔽設(shè)備的啟動而存在，未顯示在上位機(jī)系統(tǒng)中。通過將此信號在上位機(jī)系統(tǒng)的顯示，能夠更好的指導(dǎo)操作人員和檢修人員的工作，更迅速查處故障，解決問題，提高運(yùn)行效率。問題排查結(jié)束后，再通過復(fù)位按鈕消除故障，系統(tǒng)才允許再次啟動。也防止了由于無法查清故障原因而強(qiáng)行啟動造成的設(shè)備損壞。同時(shí)在上位機(jī)畫面中，為避免該報(bào)警信號對操作人員的操作造成影響，將此部分信號統(tǒng)一顯示為設(shè)備狀態(tài)畫面，這樣的顯示更加直觀，更好地幫助操作人員查清問題。

3.3 計(jì)算機(jī)和上位機(jī)程序改造

集控室的電腦配置不能滿足軟件維護(hù)需求，在數(shù)據(jù)庫中找一個(gè)變量要花費(fèi)0.5 h。原有系統(tǒng)完成于2006 年，上位機(jī)為DELL 計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)為Windows XP，上位機(jī)系統(tǒng)為IFIX3.5 系統(tǒng)，通過現(xiàn)場檢測，數(shù)據(jù)庫查詢速度明顯偏慢，為了系統(tǒng)的穩(wěn)定，必須更換計(jì)算機(jī)。將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更換為聯(lián)想E5500、320 G 硬盤、4 G 內(nèi)存、19 英寸液晶顯示器。由于控制系統(tǒng)已完成很多年，其上位機(jī)軟件版本也較老，IFIX3.5 不支持Windows 7 操作系統(tǒng)。由于授權(quán)原因，如升級IFIX 需要較多的資金投入，因此選擇的此款計(jì)算機(jī)可安裝與以前計(jì)算機(jī)一致的XP 操作系統(tǒng)。通過計(jì)算機(jī)的升級及上位機(jī)畫面的移植，計(jì)算機(jī)的速度明顯提高，現(xiàn)對IFIX 中的數(shù)據(jù)庫的查找在1 min 以內(nèi)，保證了操作的正確性、及時(shí)性，提高了故障的分析和處理能力。

4 改造效果

系統(tǒng)改造后，由于控制系統(tǒng)故障造成停機(jī)的事故率明顯下降。增加了濾波程序消除1 s～3 s 以內(nèi)的信號波動的干擾，程序優(yōu)化后由于報(bào)警信號瞬間動作造成的臨時(shí)停機(jī)對生產(chǎn)的影響明顯減少。按照每次停機(jī)需要1 h 由檢修人員檢查排除問題計(jì)算，每年可增加運(yùn)行時(shí)間10 h。通過對報(bào)警信號增加自保持信號，系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警后通過畫面可迅速排查出問題故障，減少檢修排查問題需要的時(shí)間。按照每年系統(tǒng)出現(xiàn)故障20 次計(jì)算，每次排查時(shí)間減少1 h，每年可再增加運(yùn)行時(shí)間20 h。通過以上對比分析，系統(tǒng)通過軟硬件系統(tǒng)的優(yōu)化，可提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，減少系統(tǒng)非正常停機(jī)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了原定的目標(biāo)。

5 結(jié)語

目前，許多選煤廠及煤礦的其他控制系統(tǒng)經(jīng)過幾年的運(yùn)行，由于設(shè)備的更換，現(xiàn)有控制系統(tǒng)的升級換代，上位計(jì)算機(jī)的老化，已不能適應(yīng)新的生產(chǎn)情況，因此其改造空間相當(dāng)大。該系統(tǒng)改造方式可以推廣到其他選煤廠及工礦企業(yè)，推廣前景廣闊。信息發(fā)布系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)平臺，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)存儲起來，這種方式已經(jīng)成為未來洗煤廠、煤礦和其他工業(yè)領(lǐng)域系統(tǒng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺的標(biāo)準(zhǔn)[3]。通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的挖掘，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為管理數(shù)據(jù)以更快更準(zhǔn)確了解生產(chǎn)消耗和產(chǎn)出，然后通過反饋指導(dǎo)生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率，此種方式在現(xiàn)在激烈競爭的市場環(huán)境中必將成為企業(yè)精細(xì)化管理和實(shí)現(xiàn)超額利潤的方式之一[4]。

[1]崔莉莉，陳相輝，李辛.基于PLC 的集中控制系統(tǒng)在城郊選煤廠的應(yīng)用[J].煤，2008（02）：75+78.

[2]王維峰，王新平.PLC 在臨渙選煤廠選煤控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2009（02）：117-120.

[3]劉建文，王坤.生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)在東歡坨選煤廠的應(yīng)用[J].選煤技術(shù)，2005（02）：117-120.

[4]秦艷軍，郭志林.淺談王莊礦選煤廠模塊化技術(shù)改造自動化系統(tǒng)[J].煤，2010 (01):40-42.