網絡信息技術在曉南礦選煤廠集中控制系統改造中的應用

趙崢　劉迎　耿步平

摘 要：現代化選煤廠應基于通訊技術、計算機技術、信息處理技術、多模式人機交互技術等，建立以網絡為支撐，信息管理為核心，監控與管理實現一體化的以信息技術為手段的集成網絡系統。實現集中管理和高層監控，遠程診斷和遠程維護；提高生產效率和質量控制；資源高度共享；高效營運；推動企業信息化，加快技術進步；增強企業的綜合效益和競爭實力。文章介紹了基于信息網絡的的集中控制系統的構成、系統功能與作用以及在曉南礦選煤廠的應用實踐。

關鍵詞：信息；網絡；系統設計；系統集成

前言

曉南礦選煤廠是一座年處理能力220萬噸的礦井型選煤廠。有多個生產作業流程，有原煤篩選車間，重介車間，跳汰車間，壓濾車間及尾礦水循環利用系統。生產加工工藝繁雜，生產量大，參與生產加工的設備多，車間廠房分布區域大，需要自動化程度高。

現有集控系統于2004年11月投入運行，其構成主要包括PLC控制、視頻監控、調度通信三大部分，各系統分別獨立，各成系統，沒有實現系統聯動，通信介質采用通信電纜，經常出現通信故障情況，影響生產的正常運行；根據生產需要工藝不斷的調整變化，軟件、硬件模塊已經不能完全適應現有的生產工藝；長時間運行，原有設備元器件不斷老化，維護難度和維護成本越來越高，故障率也越來越高，因此，非常有必要對現有集控系統進行升級改造。

1 信息網絡設計

2013年，曉南礦選煤廠與徐州兆恒工控科技有限公司合作，對曉南礦選煤廠集中控制系統進行了網絡信息及集中控制系統改造。研究決定將曉南礦選煤廠的網絡系統分為三個層次，分別為信息管理網絡層、生產調度網絡層、現場控制網絡層。在這三個層次中建立起完整的控制及管理信息網絡，使曉南礦選煤廠形成集設備集中連鎖控制、工藝過程參數監視及控制、信息傳輸及生產信息管理為一體的多功能綜合自動化控制體系，使選煤廠生產與管理系統建立在一個高度網絡信息化的平臺上，是一個多層的網絡結構。

1.1 信息管理網絡層

管理信息網絡層包括：信息管理服務器、各車間管理計算機、技術組、廠、礦領導等所需管理計算機以及連接這些終端的交換機等。在該網絡中，信息管理服務器負責從各個網絡終端以及生產調度網絡層中獲得基礎數據，并根據一定的規則對基礎數據進行處理、匯總、存儲，并生成各種有用報表。該網絡中的各個計算機終端，能將各種基礎數據匯總到信息管理服務器上，同時，能從信息管理服務器上獲得自己需要的信息。

1.2 生產調度網絡層

生產調度網絡層包括：環形工業以太網、控制計算機、IP調度計算機、各個遠程控制終端、無線通話基站、IP調度管理機、數據歸檔服務器、視頻服務器等。在該網絡中，環形工業以太網采用光纖作為傳輸介質，不受現場各種電磁干擾的影響，最大限度的保證了控制信息的可靠性。生產調度網絡的存在，為各種信息的采集和傳輸提供了一個快速通道。除此之外，該網絡具有網絡冗余功能，當環形網絡中的任何一點斷開時，對整個網絡的功能沒有影響，此時，斷網提示能快速的反映到控制計算機上，以便及時發現并進行處理。

1.3 現場控制網絡層

現場控制網絡層主要包括：由各個分站向下延伸的PROFIBUS網絡、Modbus網絡、通用串口網絡，或者從工業環網直接向外延伸的各種總線網絡。該網絡一般采用485通信，傳輸距離遠，抗干擾能力強。這些網絡分在各個生產車間，主要負責局部設備的控制和現場數據的采集，如Modbus網絡負責電機保護數據采集、變頻器參數采集，電度表數據采集，Profibus網絡負責變頻器參數調節以及變頻器參數采集等。它們將采集的數據，通過生產調度網絡層，按照指定的協議上傳到控制計算機，供生產調度進行參考。

2 現場控制系統的設計

2.1 PLC硬件設計

根據曉南礦選煤廠的特點，采用了集散型控制系統結構模式。主站設在選煤廠集中控制室，分站分別設在篩分車間、重介車間、跳汰車間、壓濾車間、煤泥干燥車間、聯合泵房等主要生產車間配電室。

主站和各個獨立分站都采用一套獨立的S7-300可編程控制器進行控制。變頻器、電機綜合保護器、流量計、灰分儀等設備通過PROFIBUS、MODBUS總線與PLC分站通訊，形成完整的通訊網絡。

2.2 上位機監控軟件設計

曉南礦選煤廠既有重介選煤，又有跳汰選煤，都通過篩分車間給2個洗煤車間提供生產原料，而2個洗煤車間又有共用生產環節，軟件邏輯閉鎖關系復雜，在軟件設計上，既要保證2個生產環節的順利進行，又要保證另一個生產環節出現問題而不互相影響。并在設計上做到了以下幾點：

（1）系統運行中，某臺設備發生故障停車時，故障設備沿煤流方向以后設備同時停車，故障設備沿煤流方向前設備延時一段時間順序停車，如在延時范圍內故障排除，延時順序停車程序終止，操作人員重新啟動預警鈴起車，不能在延時范圍內排除故障，停止全部起車設備。

（2）監視系統、與控制系統通過網絡進行系統鏈接，當某臺設備起車或運行中故障停車，上位機有聲光報警，上位機畫面立即跳到故障點的畫面，提示操作人員處理故障；同時，在大屏幕上顯示故障點附近定點攝像頭畫面，智能球轉向故障設備區域；按照故障等級，將故障原因以電話短信的方式發到相關人員或值班人員的手機上，以便盡快處理故障。

（3）集控起停車的設備可以任意的連鎖、解鎖、而不影響其他設備的起停；任意幾臺設備可以連鎖集控運行。

（4）可以模擬起車、運行程序，而現場的設備不需要啟動，作為調度員培訓、軟件調試起停車流程用。還可對起車流程進行修改，以適應將來工藝流程的變化。

3 監視、通訊、信息管理系統

3.1 視頻監視系統

系統主要由電視墻、攝像機、視頻分配器、硬盤錄像機、視頻終端計算機、視頻光端機、矩陣切換器傳輸介質等組成。

視頻監控系統工程布線及結構特點：通過局域網絡與控制系統聯動；每路攝像頭通過光纖局域網傳輸；視頻信號供電采用局部集中供電模式，保證了視頻監控系統的穩定性；調度人員能監視視頻監控系統的供電狀態，便于及時排查故障。

3.2 調度通訊系統

主要特點：（1）采用雙調度鍵盤模式，提高了系統運行的可靠性；（2）硬件平臺集成了電話錄音功能，無需增加第三方的錄音卡，就能實現電話錄音功能；（3）系統靈活的將遠程的無線分機和IP電話都納入了系統內部分機編號中，對固話分機、遠程IP分機以及無線分機進行統一編制短號、統一指揮調度、統一維護管理，將調度指揮功能從本地延伸到遠端的每一個角落。

3.3 信息管理系統

選煤廠信息管理系統是一套網絡應用程序，這套應用程序運行在一個網絡服務器上，在服務器上裝有數據庫，數據庫中的數據來源與集控系統運行數據和各部門手動錄入的數據。

整個信息管理系統包括一下幾部分：信息管理服務器、客戶端、網絡。信息管理系統軟件運行在信息管理服務器上，選煤廠內的每臺聯網計算機都算作該服務器的客戶端，用戶可以通過IE瀏覽器或客戶端程序進行填報數據、查詢數據、打印數據、導出數據。

信息管理系統的主要功能：（1）信息公告；（2）工作流功能；（3）調度臺帳；（4）化驗臺帳；（5）成本考核；（6）機電設備管理；（7）數據曲線；（8）倉庫管理；（9）設備運行記錄；（10）操作記錄查詢。

3.4 巡檢考勤系統

巡檢考勤系統分布在各個車間的考勤機通過以太網與放置在集中控制室的考勤服務器進行數據交換。用戶的各種信息，在考勤服務器上進行采集后，通過U盤下載到各個考勤機，也可以通過網絡直接下載靠考勤機。

功能及特點：（1）考勤員通過本系統可以簡單清晰地統計員工考勤信息，方便快捷地生成報表；（2）圖形操作、方便調整、報表統計、快速準確、實時監控、遠程管理、自動升級；（3）通過接線端子外接音箱，可以將識別后的語音報姓名、報警聲音放大輸出；（4）設置考勤時間間隔：通過設置考勤時間間隔，有效減少重復考勤記錄數量。

4 效益分析

4.1 安全效益

改造后的集中控制系統擁有先進可靠的控制硬件；完善的皮帶和電動機綜合保護系統；科學的設備狀態檢測；視頻監測監控系統。形成了一套完整的選煤廠底層自動化系統，為選煤廠安全可靠運行打下了堅實的基礎，完善的監測監控手段，對選煤廠機電設備運行中的隱患提前預警，可有效避免生產過程重大事故的發生。

原系統于2004年投入運行，PLC模塊電子元件已老化，可靠性降低，不可預見性的故障明顯增多，控制繼電器由于長時間運行，通斷的可靠性大大下降，導致選煤廠生產中斷增多。集控系統改造后，設備監測手段先進，故障報警功能完善，故障分析、處理時間大大減少。和之前的情況相比較，每周故障處理時間減少20分鐘計算，一年按照300個生產日計算（300/7=40周），每年減少處理設備故障停機時間800分鐘。

4.2 管理效益

新的集控系統在集控室安裝了服務器，既可以實現控制功能，又可以實現信息發布功能，實現在全廠、全礦、全局瀏覽流程畫面，查看選煤廠的各種生產信息，供管理人員監視、調度指揮生產。為各級領導和管理人員提供了科學的決策依據。通過系統的軟硬件資源，建立集控系統日志，并查看歷史數據，降低了工作人員的勞動強度，提高了廠區現代化管理水平。

4.3 經濟效益

原有系統不能在線改變重介車間、篩分車間公用部分工藝流程，每次改變流程都要把所有的設備停下，更改流程后，重新啟動。這樣增加了設備無故障停車時間，多消耗了電能，影響整體工作效率，新的集控系統能夠在線改變流程，使2個流程公用的設備不停機， 其他設備按閉鎖關系起停，節約電能，提高生產效率；能夠在線改變閉鎖關系，調整運行的設備。生產流程主要設備的總容量為 4297.4KW，按平均每天減少全停機改變流程一次，折合空開皮帶等設備30分鐘。此一項每年節約電能40多萬元。

5 結束語

網絡自動化時代已經到來，綜合化、網絡化、智能化、信息化是本世紀自動化技術的發展趨勢。建立信息化網絡化的企業管理監控系統，可充分利用系統資源，實現強有力的過程動態監測和信息管理功能，從而使生產信息系統從單元化走向多元化，對過程優化、產品質量改善、生產效率提高及安全性、可靠性保障等方面起到重要作用。

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