選煤廠自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

選煤廠自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1生產(chǎn)控制系統(tǒng)功能目前，大多數(shù)大型煤炭選擇采用的生產(chǎn)控制體系存在技術(shù)滯后、設(shè)備老化、設(shè)備供應(yīng)不足等問題。生產(chǎn)嚴(yán)重制約，無法滿足現(xiàn)代煤炭選擇公司的要求。為了適應(yīng)選煤廠大規(guī)模、高效、連續(xù)性生產(chǎn)的要求,技術(shù)改造后全廠生產(chǎn)控制系統(tǒng)在功能上由集控系統(tǒng)、調(diào)度電話及廣播系統(tǒng)、工業(yè)電視三部分組成。三個系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)系、實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,保證了系統(tǒng)的協(xié)調(diào)一致。在它們聯(lián)合工作下,完成全廠設(shè)備運(yùn)行及工藝參數(shù)控制,使調(diào)度管理數(shù)量化和實時化,實現(xiàn)以最大經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)的集約型生產(chǎn)方式。2現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)2.1在結(jié)構(gòu)上,該系統(tǒng)是由設(shè)備層、控制層、信息管理層三層網(wǎng)絡(luò)組成的計算機(jī)集散控制系統(tǒng),集數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制、功能于一體,能夠完成整個選煤廠的邏輯控制、工藝流程顯示、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測及故障報警,并對選煤處理的工藝過程進(jìn)行分散控制、集中管理。其中,設(shè)備層由ModiconTSXQuantum系列現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與工廠現(xiàn)場設(shè)備相連接,肩負(fù)著生產(chǎn)運(yùn)行一線測量控制的特殊任務(wù),現(xiàn)場設(shè)備的分散控制依靠PLC現(xiàn)場控制站來完成;控制層由以太網(wǎng)組成,通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與設(shè)備層交換數(shù)據(jù)將來自現(xiàn)場的數(shù)據(jù)送入控制室,置入實時數(shù)據(jù)庫,進(jìn)行高級控制與優(yōu)化計算、集中顯示。信息管理層由企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)構(gòu)成,是企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的上層,下層所采集到的一切生產(chǎn)數(shù)據(jù)和工業(yè)電視圖像信息均可與選煤廠、礦辦公樓計算機(jī)信息管理系統(tǒng)(上級管理層)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,可使各個管理部門根據(jù)市場營銷和選煤廠的實際生產(chǎn)情況及時下達(dá)生產(chǎn)指令。2.2fix.6監(jiān)控軟件的設(shè)計設(shè)計的重點(diǎn)在于現(xiàn)場設(shè)備層和控制層的實現(xiàn),硬件平臺上我們選用Quantum遠(yuǎn)程I/O(RI/O)網(wǎng)絡(luò)組成現(xiàn)場總線;軟件上通過IFIX2.6監(jiān)控軟件實現(xiàn)中央控制室的監(jiān)控、管理,使用Concept對PLC進(jìn)行編程,完成控制層和現(xiàn)場設(shè)備層的控制管理功能。本設(shè)計的集中控制系統(tǒng)不但具有設(shè)備起、停、事故閉鎖等順序控制功能,而且還具有數(shù)據(jù)處理、過程控制、以及和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的功能,形成選煤廠綜合自動化系統(tǒng),使得生產(chǎn)過程通過多種方式反映在調(diào)度、指揮者面前,使調(diào)度、指揮者能及時了解生產(chǎn)情況,作出指揮生產(chǎn)的正確決策。3監(jiān)控控制系統(tǒng)的構(gòu)成以平媒八礦為例,現(xiàn)場控制主機(jī)選用施奈德QuantumPLC,主要對原煤準(zhǔn)備系統(tǒng),主廠房跳汰系統(tǒng),壓濾系統(tǒng)煤流線上的設(shè)備實行按程序自動控制方式,裝車、濃縮車間設(shè)備采用手動集控控制方式,所有控制系統(tǒng)設(shè)備均設(shè)就地控制方式,以滿足調(diào)試、檢修及緊急停車的需要。新增S7-300PLC控制柜設(shè)在廠房配電室,設(shè)置PLC主機(jī)站,在中央控制室內(nèi)使用二臺上位機(jī)對設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控、在其它主要生產(chǎn)車間的配電室內(nèi)分別設(shè)置遠(yuǎn)程ET200M分站。在中央控制室設(shè)兩套上位機(jī)系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控,上位機(jī)系統(tǒng)通過高速以太網(wǎng)與中央控制室S7-300PLC主機(jī)站進(jìn)行通訊,主機(jī)站通過PROFIBUS總線與主廠房配電室和末煤車間配電室的ET200M分站通訊,進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,采集信號、發(fā)出指令,控制全廠設(shè)備的正常運(yùn)行。全廠設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)組成一個完整的二級網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)。設(shè)在集控室內(nèi)的監(jiān)控為集中調(diào)度監(jiān)控級,設(shè)在現(xiàn)場各個配電室內(nèi)的PLC遠(yuǎn)程分站為分散檢測控制級。它們相互之間可進(jìn)行各種數(shù)據(jù)通訊和交換,使全廠的控制系統(tǒng)在硬件、軟件的配置上相互關(guān)聯(lián),功能上各自獨(dú)立、但又可相互補(bǔ)充和完善。在它們的聯(lián)合工作下,可完成全廠設(shè)備運(yùn)行控制、實時監(jiān)控生產(chǎn)狀態(tài)和各種工況參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等。全廠集控PLC同監(jiān)控系統(tǒng)之間的通訊采用TCP/IP高速以太網(wǎng),傳輸速度為100Mbt/sec,利用高速工業(yè)以太網(wǎng)(TCP/IP協(xié)議)進(jìn)行連接以實現(xiàn)信息和資源的共享,具備完善的控制能力、極高的可靠性和方便靈活的擴(kuò)展能力。系統(tǒng)采用的是世界上先進(jìn)的、標(biāo)準(zhǔn)的、開放的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的,以全廠集成自動化為概念的生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng),它是用工業(yè)以太網(wǎng)為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),配以高性能、高可靠的PLC現(xiàn)場控制站,并具有服務(wù)器的新一代的控制系統(tǒng)。通過PROFIBUS總線控制層網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時采集到現(xiàn)場控制站,現(xiàn)場控制站可進(jìn)行及時的數(shù)據(jù)處理,并將上位監(jiān)控計算機(jī)所需的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)絡(luò)傳送到上層的監(jiān)控計算機(jī),便于管理層對現(xiàn)場實際情況的及時掌握。4控制系統(tǒng)的設(shè)置操縱臺是用戶與整個全廠綜合自動化系統(tǒng)的人機(jī)接口,它對操作界面是否合理、控制功能是否齊全等起著決定性的作用,它的可靠與否對整個系統(tǒng)來說都是至關(guān)重要的?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場需要設(shè)置多個操縱臺,如可將操作臺分別安放在中央控制室、動篩車間控制室、裝車站控制室和壓濾車間等系統(tǒng)分站內(nèi)。如在平媒八礦選煤廠自動化系統(tǒng)中,主廠房采用兩臺工業(yè)控制機(jī)和互為備用觸摸屏作為主操作接口,動篩車間采用一臺工控機(jī)和一臺觸摸屏互相備用。壓濾車間設(shè)觸摸屏一臺方便于壓濾車間設(shè)備的操作。考慮到裝車現(xiàn)場的環(huán)境,裝車控制還是以觸摸屏來實現(xiàn)。4.1plc與模擬顯示功能控制方式選擇---集中自動方式,PLC執(zhí)行用戶程序的全部控制功能;現(xiàn)場單機(jī)操作方式下PLC僅執(zhí)行模擬顯示功能;集中手動方式下,在集控室實現(xiàn)單臺設(shè)備的起、停車,并具有聯(lián)鎖、解鎖功能。這三種控制方式能方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)換,在轉(zhuǎn)換過程中不影響設(shè)備的原有運(yùn)行狀態(tài)。4.2起車過程動態(tài)監(jiān)控4.2.1當(dāng)前述指令操作完畢,系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒,發(fā)出起車指令,系統(tǒng)發(fā)出起車預(yù)告信號,所選工藝流程的設(shè)備將在指定的起車方式下進(jìn)入起車控制過程?，F(xiàn)場人員可根據(jù)崗位情況隨時向集控室發(fā)禁止起動信號,隨時中斷起車程序。在任何時候,現(xiàn)場人員都可對設(shè)備實施緊急停車。4.2.2在起車過程中發(fā)生故障或某臺設(shè)備禁起時,起車指令自動撤除并報警,已起設(shè)備保持運(yùn)行,在短時間排除故障后,可從故障設(shè)備處繼續(xù)起車,否則可全部停車。4.2.3按照使設(shè)備無料空運(yùn)轉(zhuǎn)時間最短的原則沿逆煤流方向按給料先后順序分段或分組起車。4.3現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控和安全檢測4.3.1設(shè)備起車和運(yùn)行后,原則上為按逆煤流方向相互閉鎖。但對因存料可能造成設(shè)備下次帶料起動困難或因急停會造成跑料、跑水使車間環(huán)境惡化的設(shè)備均設(shè)有跳轉(zhuǎn)功能。4.3.2對系統(tǒng)有效工作時間及各種參數(shù)進(jìn)行自動統(tǒng)計、顯示并打印。4.3.3對各種保護(hù)、過程參數(shù)、管理參數(shù)進(jìn)行實時檢測監(jiān)控。4.3.4在正常生產(chǎn)過程中,當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備狀況出現(xiàn)任何異常時均可在集控室內(nèi)及時給出事故報警。對一般事故只做報警,對影響設(shè)備和人身安全的事故可直接作用于停車。4.3.5調(diào)度人員和崗位工人都可以隨時解除某個系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行程序,以免造成人員受傷和減少故障損失。4.4進(jìn)行停車實驗4.4.1當(dāng)系統(tǒng)對任一流程發(fā)出停車指令后,系統(tǒng)發(fā)出停車預(yù)告信號,PLC將按用戶程序完成停車閉鎖控制。4.4.2停車時設(shè)備沿順煤流方向單獨(dú)停車,即從各設(shè)備停止給料后,按本設(shè)備正常處理能力及允許的存料條件及時停車,以減少設(shè)備的起、停車空運(yùn)轉(zhuǎn)時間。4.4.3系統(tǒng)所有設(shè)備應(yīng)卸空停車。4.4.4對系統(tǒng)停車時間進(jìn)行統(tǒng)計、累計和顯示。4.4.5在停車過程中,如遇某臺設(shè)備故障,則該設(shè)備和受其閉鎖的設(shè)備立即停車,不受閉鎖的設(shè)備仍可按程序停車。凡因可能造成設(shè)備存料或因設(shè)備急停造成堆積使車間環(huán)境惡化的設(shè)備除本設(shè)備故障立即停車外,凡其他設(shè)備故障引起設(shè)備閉鎖停車時,則上述設(shè)備不立即停車,而按一定延時停車。5該系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能5.1企業(yè)監(jiān)控數(shù)據(jù)采集該系統(tǒng)通過監(jiān)控軟件可以控制全廠所有參與集中控制設(shè)備的開、停車,監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),完成監(jiān)控企業(yè)生產(chǎn)過程及資源;采集各種實時數(shù)據(jù),實時監(jiān)控生產(chǎn)狀態(tài);此外通過給定數(shù)據(jù)與監(jiān)控采集數(shù)據(jù)相比較形成報警系統(tǒng)。通過工藝參數(shù)的采集處理,為逐步建立以工藝參數(shù)檢測和人工實踐知識為基礎(chǔ)的智能監(jiān)控系統(tǒng)創(chuàng)造條件,及時響應(yīng)生產(chǎn)要求和市場需求,最大化企業(yè)效率,提高生產(chǎn)力,降低生產(chǎn)成本和浪費(fèi)。5.2軟件功能5.2.1設(shè)備的運(yùn)行模擬圖形顯示功能是一個實時動畫顯示功能。通過觀察顯示器畫面上系統(tǒng)對設(shè)備狀態(tài)描述來監(jiān)視生產(chǎn)過程的系統(tǒng)運(yùn)行狀況;系統(tǒng)采用動畫圖形對特殊設(shè)備進(jìn)行描述,當(dāng)設(shè)備處于停止?fàn)顟B(tài)時,代表該設(shè)備的圖形是靜態(tài)的,當(dāng)設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)時,系統(tǒng)就會以動畫的形式模擬設(shè)備運(yùn)行,形象逼真,富有動感;系統(tǒng)采用不同顏色來表示設(shè)備的各種運(yùn)行狀態(tài)。紅色表示設(shè)備處于帶電狀態(tài);綠色表示設(shè)備正在運(yùn)行;黃色表示設(shè)備處于故障狀態(tài);所有的流程線均采用不同顏色的線條進(jìn)行描述:如煤流用黑色、煤泥水用藍(lán)色、循環(huán)水用棕色等;不論在任何顯示方式下,一旦設(shè)備發(fā)生故障,計算機(jī)自動調(diào)出故障設(shè)備發(fā)生故障的類型、時間等,同時發(fā)出聲音報警,并存儲在硬盤中。5.2.2自動顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示功能主要以各種方式顯示數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集的各種參數(shù):如煤量、灰分、水量、電機(jī)電流、倉位、水位等。1)煤量顯示———按流程顯示原煤煤量、精煤煤量和其它產(chǎn)品煤煤量,以圖表方式顯示瞬時值及累加值;2)灰分顯示———以餡餅圖、棒狀圖、圖表方式顯示原煤灰分和精煤灰分;3)水量顯示———按圖表方式顯示循環(huán)水至濃縮系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)加水量、斜板沉淀池和濃縮機(jī)底流流量的瞬時值及累加值;4)倉位———以直方圖動態(tài)顯示原煤倉、緩沖倉、產(chǎn)品倉倉位的連續(xù)變化,以煤倉的固有幾何尺寸自動換算出為煤倉儲煤量,并在直方圖上實時顯示,倉位設(shè)高低位超限報警;5)水位———以直方圖方式動態(tài)顯示循環(huán)水池、生產(chǎn)清水池、事故排水池等水位的連續(xù)變化,以水池的固有幾何尺寸自動換算出水池儲水量,并直方圖上顯示;水位設(shè)高低位超限報警;6)電量———圖表方式顯示40KW以上電機(jī)和重要設(shè)備的電流值以及顯示電量值。7)濃度———以餡餅圖、棒狀圖、圖表方式顯示濃度。5.3歷史趨勢分析根據(jù)采集到的各參數(shù)性質(zhì),按類別形成多幅歷史趨勢曲線圖,如煤量歷史趨勢圖、水量歷史趨勢圖、灰分歷史趨勢圖等,一些重要參數(shù)可記錄在硬盤,隨時可調(diào)盤顯示,趨勢曲線圖中的各種參數(shù)曲線可用各種顏色顯示,對生產(chǎn)情況的分析起著重要指導(dǎo)作用。5.4語音報警功能檢測系統(tǒng)設(shè)備故障時,可自動報警、記錄,并以語音方式播出,以提醒操作員注意。5.5打印功能可以根據(jù)現(xiàn)場實際將需要上報的數(shù)據(jù)做成報表的形式,根據(jù)需要隨時打印。6系統(tǒng)安裝調(diào)試,主要特點(diǎn)該系統(tǒng)經(jīng)過在平媒八礦改造后的運(yùn)轉(zhuǎn)證明,該控制系統(tǒng)改造方案設(shè)計合理,功能豐富,工作可靠,基本適應(yīng)現(xiàn)場工作環(huán)境,完善了生產(chǎn)控制工藝,改善了生產(chǎn)控制條件,提高了生產(chǎn)控制自動化水平,設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)得到了較好的監(jiān)測和控制,方便了技術(shù)參數(shù)的調(diào)整,洗煤工藝參數(shù)控制靈活,分選效果有了明顯的改善,提高了煤炭利用率,改善了工人生產(chǎn)操作環(huán)境,提升了生產(chǎn)效率,增加了經(jīng)濟(jì)效益。該集散控制系統(tǒng)在平煤八礦于2007年2月至2007年11月進(jìn)行安裝調(diào)試,于2007年12月調(diào)試完畢并進(jìn)入正式生產(chǎn)階段。在試生產(chǎn)過程中,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,性能可靠,