AB PLC在選煤廠的應(yīng)用

邊麗穎

(天地科技股份有限公司，北京 100013)

電氣設(shè)備集中控制系統(tǒng)與工藝環(huán)節(jié)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是選煤廠自動(dòng)化體系建設(shè)的主要支柱單元，即選煤廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行，是實(shí)現(xiàn)選煤廠主洗設(shè)備自動(dòng)閉鎖控制、生產(chǎn)過(guò)程工藝參數(shù)自主測(cè)控、控制信號(hào)并行傳輸和運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)信息綜合管理等功能體系的前提，是將高效的信息化和數(shù)字化平臺(tái)與選煤廠生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)體系緊密聯(lián)系的集多功能為一體的綜合自動(dòng)化控制體系，為選煤廠提高產(chǎn)品品位、降低能耗、提高生產(chǎn)效率、剔除安全隱患提供了強(qiáng)有力的保障。

1 系統(tǒng)框架構(gòu)成

選煤廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)主要包含：原煤篩分系統(tǒng)自動(dòng)控制單元，電氣設(shè)備集中控制系統(tǒng)與工藝環(huán)節(jié)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，重介洗選控制系統(tǒng)，跳汰洗選控制系統(tǒng)，浮選壓濾生產(chǎn)控制系統(tǒng)等部分。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，結(jié)合選煤工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況需求，在搭建基于工業(yè)TCP/IP協(xié)議的光纖環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)信息層的互聯(lián)互通，將生產(chǎn)系統(tǒng)控制層的PLC控制單元進(jìn)行串聯(lián)，并完成與管理層監(jiān)控設(shè)備的穩(wěn)定通信，最終成為集控制、測(cè)量與監(jiān)管于一體的高效穩(wěn)定的生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)。

管理層監(jiān)控設(shè)備由集控系統(tǒng)操作主機(jī)、工藝控制系統(tǒng)測(cè)控計(jì)算機(jī)和1臺(tái)冗余計(jì)算機(jī)組成，通過(guò)信息層的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)與控制層PLC主站單元通訊。其中，控制層PLC單元采用本地主站+遠(yuǎn)程分站的形式，在管理層調(diào)度室設(shè)置PLC冗余主站，并按照洗選工藝指標(biāo)要求進(jìn)行PLC各分站的獨(dú)立控制區(qū)域劃分，即在各煤炭洗選系統(tǒng)的配電室或關(guān)鍵洗選設(shè)備的操作箱設(shè)置PLC遠(yuǎn)程分站，各分站間應(yīng)用光纖收發(fā)器完成對(duì)控制信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，在結(jié)構(gòu)及功能完善的控制環(huán)網(wǎng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)各分站間并行通信功能。

自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過(guò)管理層監(jiān)控設(shè)備的人機(jī)交互體系，將系統(tǒng)控制指令與工藝測(cè)控過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)通過(guò)信息層控制環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)礁髅禾肯催x環(huán)節(jié)的控制分站，由PLC指令完成對(duì)電氣設(shè)備的控制和工藝參數(shù)的監(jiān)測(cè)。自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過(guò)PLC控制系統(tǒng)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并上傳給管理層監(jiān)控設(shè)備。主要的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)參控設(shè)備的電氣參數(shù)及工藝指標(biāo)檢測(cè)儀器的模擬量信號(hào)。

1.1 上位監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)

上位監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的硬件構(gòu)成：工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，DLP無(wú)縫屏接顯示屏，UPS不間斷穩(wěn)壓電源與打印機(jī)等；軟件構(gòu)成：Windows 7操作系統(tǒng)，工業(yè)控制組態(tài)軟件Factory Talk View Site Edition 6.1，Microsoft office與AutoCAD 2007等基本辦公軟件。上位機(jī)的工控軟件采用AB的FT View SE 6.1，完成實(shí)時(shí)監(jiān)控的軟件組態(tài)。該平臺(tái)包含2個(gè)操作員工作站和1個(gè)冗余工作站，設(shè)置在集控室中，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制、信號(hào)獲取、系統(tǒng)組態(tài)、圖形監(jiān)控、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的在線顯示、歷史數(shù)據(jù)的離線查詢、控制環(huán)網(wǎng)的掉線監(jiān)測(cè)等功能，并在此基礎(chǔ)上完善系統(tǒng)的報(bào)警、顯示與查詢，生產(chǎn)故障的統(tǒng)計(jì)與上傳，生產(chǎn)數(shù)據(jù)在線趨勢(shì)的自動(dòng)生成等功能。

上位管理系統(tǒng)通過(guò)HMI標(biāo)簽與RSLogix5000 V20進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在共用畫面參數(shù)設(shè)置時(shí)，更改一個(gè)彈出窗口，所有同類窗口形狀隨之改變，彈出界面整齊如一，內(nèi)部數(shù)據(jù)清晰易讀；全廠生產(chǎn)情況能夠在顯示器上實(shí)時(shí)顯示，并且可以隨時(shí)將計(jì)算機(jī)畫面投射到大屏幕上，方便集控人員觀察操作；集中控制信號(hào)反饋和密度控制數(shù)據(jù)的設(shè)定、讀取簡(jiǎn)潔形象，可以使集控人員迅速、直觀地了解現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況，并及時(shí)作出決策。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

整個(gè)控制系統(tǒng)由環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)組成(見圖1)。該層網(wǎng)絡(luò)集管理、監(jiān)測(cè)于一體，主要由管理交換機(jī)、1783光電轉(zhuǎn)換模塊、1734-Aentr通訊模塊等設(shè)備組成。網(wǎng)絡(luò)采用雙機(jī)冗余熱備模式，搭建光纖單環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通訊網(wǎng)絡(luò)環(huán)形結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，在網(wǎng)絡(luò)中任一節(jié)點(diǎn)偶發(fā)故障時(shí)，均可以保證網(wǎng)絡(luò)的整體通信模式，提高了選煤廠生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。上位工作站與管理型交換機(jī)相連，且管理型交換機(jī)分別與各PLC分站中的光纖環(huán)網(wǎng)模塊連接，構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)的主體結(jié)構(gòu)。各分站間采用光纖傳輸方式，各分站內(nèi)部通過(guò)AB專用四芯網(wǎng)線(配專用金屬接頭)連接，構(gòu)成完整網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)。

圖1 環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)架構(gòu)的控制系統(tǒng)

1.3 下位PLC控制系統(tǒng)

下位控制系統(tǒng)采用美國(guó)Rockwell Allen-Bradley公司生產(chǎn)的Control Logix 1756系列PLC作為控制系統(tǒng)的單元主機(jī)。1756系列PLC具有模塊化、可擴(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于選煤廠生產(chǎn)過(guò)程系統(tǒng)的在線控制領(lǐng)域。控制系統(tǒng)各個(gè)PLC站均包括：電源模塊(1756-PA75/1606 XLE120E)，CPU(1756-L73)，通訊模塊(1756-En2tr/1734-Aentr)，光電轉(zhuǎn)換模塊(1783-ETAP2F)，數(shù)字量輸入/輸出模塊(IB/OB)，模擬量輸入/輸出模塊(IF/OF)等。

通過(guò)各自分站IP地址可進(jìn)行全廠控制系統(tǒng)的信息識(shí)別，即上位工作站通過(guò)基于TCP/IP協(xié)議的光纖控制環(huán)網(wǎng)與控制層網(wǎng)絡(luò)中各PLC分站相互通信，采集控制系統(tǒng)需要的各種設(shè)備運(yùn)行參數(shù)信息及工藝系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)值，經(jīng)過(guò)工作站工控軟件的運(yùn)算處理，同時(shí)反映到相應(yīng)的監(jiān)控畫面中，通過(guò)系統(tǒng)的手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)方式，將各種控制指令與工藝參數(shù)設(shè)定值下發(fā)給控制網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)監(jiān)測(cè)及控制。

1.4 下位編程軟件

應(yīng)用RSLogix5000作為PLC的編程軟件。RSLogix5000基于 Windows 操作系統(tǒng)，是一種集組態(tài)、編程、測(cè)試和程序維護(hù)為一體的高性能工業(yè)編程工具。在選煤廠控制系統(tǒng)中，多采用LD 邏輯梯形圖編程語(yǔ)言編制控制程序。工作站控制系統(tǒng)通過(guò)讀取RSLogix5000中建立的HMI標(biāo)簽列表，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取、命令下達(dá)、報(bào)警等功能。

2 電氣設(shè)備集中控制系統(tǒng)功能

(1)電氣設(shè)備控制方式的選擇。各設(shè)備間均有閉鎖與解鎖的關(guān)聯(lián)方式，單一設(shè)備具有檢修/試驗(yàn)、集中/就地等多個(gè)工作模式，可以在上位機(jī)工作站根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況需求對(duì)各類設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置多種耦合方式。

(2)工藝系統(tǒng)電氣設(shè)備流程啟、停車控制方式。集中控制系統(tǒng)可以選擇常規(guī)工藝流程，按生產(chǎn)系統(tǒng)逆煤流方向，將各類設(shè)備逐臺(tái)啟動(dòng)；也可以在啟動(dòng)前，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要或設(shè)備狀態(tài)，選擇工藝流程的多種配合方式；在啟動(dòng)過(guò)程中，若發(fā)生設(shè)備故障，則與該設(shè)備閉鎖的上游設(shè)備均不再啟動(dòng)，而是進(jìn)入待啟狀態(tài)，直到故障設(shè)備能夠正常啟動(dòng)后，工藝啟車流程將繼續(xù)按程序啟動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)生產(chǎn)工作完成后，需要停止正在工作的設(shè)備，為防止物料堆積，按生產(chǎn)過(guò)程的煤流方向，將系統(tǒng)中各臺(tái)設(shè)備逐一進(jìn)行延時(shí)停車動(dòng)作。如果現(xiàn)場(chǎng)工藝流程根據(jù)當(dāng)班生產(chǎn)情況發(fā)生了變化，可以針對(duì)不同需要，對(duì)設(shè)備的啟、停車流程進(jìn)行調(diào)整與組合。在集中控制系統(tǒng)中，每臺(tái)設(shè)備啟車時(shí)間或停車間隔，均可在上位工作站通過(guò)RSView SE人機(jī)交互界面進(jìn)行設(shè)置，提高了集中控制系統(tǒng)的操作性。

(3)生產(chǎn)預(yù)告及設(shè)備故障報(bào)警。當(dāng)集中控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中按工藝流程進(jìn)行全廠設(shè)備啟、停車動(dòng)作時(shí)，為警示現(xiàn)場(chǎng)處于危險(xiǎn)區(qū)域的工作人員，可以發(fā)起生產(chǎn)預(yù)告信號(hào)。如在生產(chǎn)系統(tǒng)中，若發(fā)生單臺(tái)設(shè)備故障現(xiàn)象，生產(chǎn)流程中相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行閉鎖停車動(dòng)作，集中控制系統(tǒng)對(duì)外將以燈光、語(yǔ)音和數(shù)據(jù)報(bào)表等方式，分別對(duì)上位工作站和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行報(bào)警與記錄工作，提醒相關(guān)人員進(jìn)行處理。

(4)數(shù)據(jù)的采集、處理與顯示功能。系統(tǒng)能準(zhǔn)確進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并顯示電壓、電流、液位、料位、溫度等工藝參數(shù)，同時(shí)對(duì)關(guān)鍵主洗設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)進(jìn)行在線統(tǒng)計(jì)，根據(jù)檢測(cè)記錄，計(jì)算和統(tǒng)計(jì)出各種數(shù)據(jù)報(bào)表及趨勢(shì)曲線。

3 系統(tǒng)工業(yè)化分析

3.1 性能評(píng)價(jià)

該系統(tǒng)采用控制主站+遠(yuǎn)程分站的組態(tài)模式，各類信號(hào)可直接從配電柜讀取，并通過(guò)以太網(wǎng)傳輸，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與PLC主站的信息交換；再由PLC主站或遠(yuǎn)程分站向配電柜發(fā)布指令，從而省略了傳統(tǒng)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制箱至配電柜的大量電纜，節(jié)省了大量人力、物力。就地操作箱安裝完成即可認(rèn)為環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)形成，該分項(xiàng)工程可節(jié)約工期60%。系統(tǒng)采用1734環(huán)網(wǎng)遠(yuǎn)程分站形式，現(xiàn)場(chǎng)操作箱接線簡(jiǎn)單，通訊故障點(diǎn)少，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行中保養(yǎng)維護(hù)主要工作量?jī)H為更換故障模塊及網(wǎng)線故障，大大降低了現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)難度；現(xiàn)場(chǎng)操作箱中，主要工作電壓為24V DC，相對(duì)傳統(tǒng)操作箱，維護(hù)時(shí)更加安全。

3.2 整改措施及效果

針對(duì)多度依賴PLC模塊的現(xiàn)象，建議提前備齊各類模塊，一旦出現(xiàn)模塊損壞，便于立即更換(模塊支持熱插拔)，可迅速恢復(fù)正常生產(chǎn)。針對(duì)掉線問(wèn)題，該系統(tǒng)設(shè)置了掉線報(bào)警功能，可根據(jù)各分站IP直接定位掉線分站位置；實(shí)際生產(chǎn)中，上位機(jī)操作員要勤觀察，重視該項(xiàng)報(bào)警，及時(shí)排除通訊故障，以免影響生產(chǎn)。

4 總 結(jié)

基于Control Logix 1756系列PLC及1734遠(yuǎn)程通訊模塊構(gòu)成的雙機(jī)冗余結(jié)構(gòu)控制網(wǎng)絡(luò)在選煤廠集中控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，提高了選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和運(yùn)營(yíng)水平，減輕了各崗位操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。該系統(tǒng)可靠性強(qiáng)、故障率低，易于維護(hù)和管理。