羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用

張志亮

（晉神能源有限公司沙坪洗煤廠， 山西 河曲 036500）

引言

選煤廠各設(shè)備的運行直接決定最終的煤炭質(zhì)量和礦井的生產(chǎn)進度。因此，對選煤廠控制系統(tǒng)提出了更高的要求。根據(jù)《煤炭洗選工程設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)標準要求，生產(chǎn)能力高的選煤廠應(yīng)采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并配置有功能齊全的控制主機、軟件，能夠?qū)ΜF(xiàn)場的信息全面采集。羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)能夠滿足上述要求。

1 羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)概述

1.1 羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)組成

根據(jù)選煤廠的工作任務(wù)及工藝流程，綜合考慮現(xiàn)場設(shè)備安裝的便捷性和各個配電設(shè)備的位置，需基于羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)建立如下分控制系統(tǒng)，分別包括有：塊煤車間控制分系統(tǒng)、重介壓力控制分系統(tǒng)、主洗車間控制分系統(tǒng)、桶位控制分系統(tǒng)、壓濾車間控制分系統(tǒng)、浮選車間控制分系統(tǒng)、濃縮車間控制分系統(tǒng)以及運銷車間控制分系統(tǒng)等[1]。此外，上述各分析均需為其配置遠程監(jiān)控分系統(tǒng)對其實時運行狀態(tài)進行監(jiān)測和控制。

1.2 羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)設(shè)備組成

羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)是基于AB 公司的1756系列PLC 所設(shè)計的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可劃分為現(xiàn)場設(shè)備層、PLC 控制層以及監(jiān)控信息層。其中，PLC 控制層作為現(xiàn)場設(shè)備層和監(jiān)控信息層進行通信和控制的中間紐帶，其通訊協(xié)議為工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議。為方便對控制系統(tǒng)功能的增加或減少，該通信協(xié)議下的數(shù)據(jù)發(fā)布接口均是以開放形式實現(xiàn)的。

監(jiān)控信息配置有三臺計算機，其中一臺為工程師站，用于工程師對控制系統(tǒng)程序的修改，在正常工作狀態(tài)，工程師站也可用于監(jiān)控使用。其余兩臺計算機全用來對系統(tǒng)進行監(jiān)視，并為每臺計算機配置大型液晶顯示器[2]。

2 羅克韋爾控制系統(tǒng)的設(shè)計

羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)的設(shè)計主要為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。其中，硬件設(shè)計為對該系統(tǒng)PLC 的選型設(shè)計，軟件設(shè)計即為根據(jù)工藝流程設(shè)計相應(yīng)的流程圖。羅克韋爾AB 可控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)示意圖

2.1 系統(tǒng)硬件的設(shè)計

羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)的硬件主要包括有MCC控制柜、PLC 柜以及各種控制模塊、工業(yè)控制計算機等。本文著重對PLC 的選型設(shè)計進行闡述。PLC 的設(shè)計需對其中各個模塊進行選型設(shè)計，包括有CPU 模塊、通信模塊、模擬量輸入/輸出模塊、數(shù)字量輸入、輸出模塊等[3]。

2.1.1 CPU 模塊的設(shè)計

CPU 作為PLC 控制系統(tǒng)的核心，其對數(shù)據(jù)的處理性能直接據(jù)決定該PLC 控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精確性。為選煤廠羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)中PLC控制器所配置的CPU 模塊型號為1756-L61。該型號的CPU 自帶有32 MB 的內(nèi)存和內(nèi)置的USB 端口?；?756-L61CPU 模塊使得兩PLC 之間的通信可通過光纖電纜實現(xiàn)。

2.1.2 PLC 通信模塊的設(shè)計

PLC 通信模塊作為整個羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)現(xiàn)場界面與上層監(jiān)控界面通信的關(guān)鍵模塊。目前，可供PLC 通信模塊選用的通信模塊包括有以太網(wǎng)、RIO、ControlNet 等。通信模塊主要實現(xiàn)設(shè)備層之間的數(shù)據(jù)交換，下位機與上位機之間的數(shù)據(jù)交換等。因此，綜合考慮各通信模塊的優(yōu)劣勢，羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)選用以太網(wǎng)通信模塊。

2.1.3 PLC 模擬量輸入/輸出模塊的選型

通過對現(xiàn)場控制需求進行統(tǒng)計，選煤廠中壓力傳感器、料位計等所輸出的電流信號上傳至PLC 模塊為模擬量；重介質(zhì)密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)閥門的開度大小進行控制，該信號為模擬量輸出。經(jīng)統(tǒng)計，為選煤廠羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)PLC 配置的輸入/輸出模塊為1756-IF16、1756-OF8。此外，為了確保保證信號傳輸?shù)臏蚀_性，為輸出/輸出模塊增設(shè)了相應(yīng)的安全柵。

2.1.4 PLC 數(shù)字量輸入/輸出模塊的選型

由于選煤廠工作現(xiàn)場煤塵濃度較高屬于爆炸性粉塵環(huán)境，為確保接觸可靠性，選煤廠羅克韋爾AB控制系統(tǒng)中PLC 的數(shù)字輸入模塊為1756IM16I，共有16 路；配置的輸出模塊為1756-OW16I，共有16點常開輸出。上述數(shù)字量輸入/輸出模塊能夠減少中間繼電器的環(huán)節(jié)，一定程度上簡化了接線，有利于作業(yè)人員對系統(tǒng)進行調(diào)試、維護。

2.2 系統(tǒng)軟件的選擇

選煤廠中羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)的軟件包含有監(jiān)控軟件和編程軟件?；诒O(jiān)控和編程軟件可實現(xiàn)對上位機人機接口的監(jiān)控，確保PLC 邏輯功能的實現(xiàn)以及為控制系統(tǒng)內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)通信提供接口[4]。

2.2.1 編程軟件

選煤廠羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)所選用PLC 控制器的型號為1756 系列的PLC。因此，針對該系列PLC 選用的編程軟件為RSLogix 5000 系列的中文編程軟件。該編程軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對自動化控制系統(tǒng)中PLC 的邏輯算法功能和邏輯組態(tài)功能，采用該編程軟件的優(yōu)勢在于，盡管系統(tǒng)中測點數(shù)量有變，但不需對整個系統(tǒng)程序進行編譯。

2.2.2 監(jiān)控軟件

羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)中的監(jiān)控軟件是RSview32 組態(tài)軟件，該軟件能夠在win7 的環(huán)境下運行，具有較好的運行實時性和開放性。

2.2.3 通訊軟件

RSlinx 為現(xiàn)場設(shè)備連接羅克韋爾軟件提供全套通訊服務(wù)，主要用于與第二方人機界面系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集、分析系統(tǒng)，客戶應(yīng)用軟件系統(tǒng)進行通訊，支持多個應(yīng)用軟件同時與在不同網(wǎng)絡(luò)上的不同設(shè)備進行通訊。

3 羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)在沙坪選煤廠的應(yīng)用效果

1）羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)的操作界面簡單，便于作業(yè)人員掌握并熟練操作。此外，該控制系統(tǒng)增加了部分通信協(xié)議，可為系統(tǒng)配置各種通信接口。

2）羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)的電氣分系統(tǒng)采用先進的集成電路技術(shù)和抗干擾技術(shù)，大大提升了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。具體表現(xiàn)為：羅克韋爾AB控制系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)而言，大大減少了繼電接觸器的數(shù)量，從而有效降低了設(shè)備出現(xiàn)故障的概率。此外，羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)具有故障自檢、自排除功能，大大提升了系統(tǒng)的可靠性。

3）不論從羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)的硬件配置還是從其軟件集成而言均具有前瞻性，為今后系統(tǒng)的優(yōu)化提供了可靠的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

選煤廠的日常生產(chǎn)所涉及的設(shè)備種類多，工藝流程復(fù)雜，需要先進的集成控制系統(tǒng)為其服務(wù)。羅克韋爾AB 控制系統(tǒng)從硬件設(shè)計和軟件配置具有一定的先進性和前瞻性，能夠明顯提升選煤廠的自動化水平，為提升選煤廠的工作效率和最終產(chǎn)品的質(zhì)量起決定性的作用。