選煤廠洗選集中控制系統升級改造的研究

王凱雄神華哈爾烏素露天煤礦選煤廠

選煤廠洗選集中控制系統升級改造的研究

王凱雄
神華哈爾烏素露天煤礦選煤廠

摘要：隨著人機界面的不斷引入，做強、做大，國內外開發這個平臺的模式主要針對小型或中型的控制系統，哈爾烏素選煤廠自動控制系統比較龐大，其信號的采集和應監控尤為重要。通過對集中控制系統的升級改造，可以節約時間提高自動控制系統的穩定性，精準、快速的信號響應帶給操作員速度的提升。

關鍵詞：集中控制系統；FactoryTalkView SE6.0；自動控制

引言

2012年哈爾烏素洗選系統擴能1000萬與前期2008年建立的2000萬洗選系統相結合，其主要工藝為淺槽重介分選工藝，共有6套淺槽重介分選系統，哈爾烏素選煤廠洗選車間擴能改造后現有配電室16個，PLC分站28個，需要采集開關量信號4140個、模擬量信號654個（模擬量要進行A/D轉換，相當于654x16=10464個數字開關量），編程設置中間變量7000多個，實際采集信號為21604多個。

1.升級改造原因分析

PLC控制和操控畫面都要和前期的舊系統合并，由于新擴能系統電氣控制信號及設備保護信號大多數采用了模擬量控制，提高了過程控制精度的同時增加了CPU的運算負擔，使原有PLC的CPU處理速度變慢，并且使上位機組態軟件IFIX和PLC通信的OPC驅動器無法承受系統變量的現有點數（特別是連續變化的模擬量點數），因檢修及生產需要停電的原因導致工控機在從新啟動或操控畫面切換的時候出現OPC驅動器不執行輪詢掃描或掃描時部分信號會丟失，造成系統無法操作或集控操作人員因信號滯后不能及時在畫面上響應，影響集控人員對現場情況的及時判斷。

通過項目技術改造，進一步完善了自動控制系統，提升了自動化控制技術技能，提高哈爾烏素選煤廠洗選系統的安全生產水平，具有廣闊的推廣應用前景。

2.總體技術思路

（1）升級PLC控制器。將PLC控制器由原來的logix1756-L62升級成logix1756-L64。

（2）采用AB公司自己的上位機組態軟件FactoryTalkView SE6.0。改進因擴能后系統新增信號使OPC驅動器無法承受2000點以上變量導致數據丟失的缺陷。選擇AB組態自身的RSLinx Enterprise驅動器，形成一個從現場激勵信號的實時采集到應用平臺監控的完整控制體系，不存在其他的第三方軟件及OPC協議的參與，減少變量轉換的中間環節，避免在運行過程中對數據處理的丟失。

（3）優化程序。采用模塊化編程優化梯形圖程序，縮短程序掃描執行時間。根據現場生產過程控制的關鍵設備和輔助設備，通過編程使關鍵信號響應具有優先等級，優化系統資源，提高控制、監控響應速度。開發組態的VBA環境功能，將PLC內部模擬量編程邏輯，在組態的VBA環境下進行，減輕PLC內部處理，同時最大化開發組態軟件功能。將過程控制和數據處理在組態軟件和PLC之間實現均勻平衡。

圖1　

3.關鍵技術與主要創新點

（1）模塊化編程，功能塊的設計。采用AB Flash軟件刷新了所有分站的固件版本，更換了高級的CPU模塊，將以前的就程序全部刪除，從新設計控制思路，采用模塊化編程，主程序再調用模塊子程序的編程方法，縮短了程序的掃描執行時間，提高了運算速度。為了提高CPU執行掃描周期將原有的順序控制梯形圖改為正對性設計的功能塊，其中包括膠帶機功能塊、篩子功能塊、淺槽功能塊、變頻器控制功能塊、泵功能塊、給煤機功能塊等，方便主程序的調用。

（2）優化PLC采集現場模擬量信號及內部中間變量。將現場開關量變量采用數組形式聲明定義，優化PLC內存資源，模擬量模塊使用規劃軟件RSNetWorx進行所有分站模擬量模塊的在線規劃縮短PLC主站與分站的通訊掃描刷新周期。

（3）升級改造上位機組態畫面。開發了組態畫面大部分功能，包括：過程控制中的操作記錄、故障記錄日志、高壓電流信號歷史趨勢、變頻器電流信號分析、更加完善了生產過程中需要的數據。

通過改造上位機組態畫面與PLC的連接，取消原有OPC驅動器使用AB專門的上位機組態軟件組態軟件FactoryTalkView SE6.0，取消IFIX的PDB數據庫服務器，減少中間控制環節。（圖1為改造前后信號采集圖）。

因洗選系統擴能后OPC驅動器無法承受系統變量的現有點數（特別是連續變化的模擬量點數增多）輪詢刷新過程。

擴能后的洗選系統電氣保護信號及控制信號增加，尤其是模擬量點數相對舊系統有所增加，舊系統的膠帶機打滑保護信號，及篩子的打滑保護信號都是開關量的，而擴能新系統的所有打滑都采用模擬量的信號，OPC驅動器在正常輪詢刷新時周期變長（大約為1.77秒，擴能前大約在600毫秒左右。），導致原有的畫面顯示信號與現場對應變量信號不同步有滯后現象。

同時在檢修及生產過程中難免遇到需要停電作業或其他雷雨天氣保護動作跳電原因，導致工控機在從新啟動的時候出現OPC驅動器不執行輪詢掃描或掃描時部分信號會丟失，造成系統無法操作或集控操作人員因假信號不能實時在畫面上響應，影響集控人員對現場情況的及時判斷，有些情況打開OPC驅動器配置環境認為的多啟動幾次也能將下位機全部信號刷新到IFIX的PDB過程數據庫中但所需時間大約半個小時左右，影響系統正常啟機。（圖2為軟件升級后的數據流程）。

改造升級組態軟件后在現有點數變量信號對PLC和組態而言能順利的解決未改造之前的所有情況，取消了服務器環節，使自動化控制維護變的方便，同時滿足現場生產所需要求。

（4）開發組態軟件FactoryTalkView SE6.0的功能。將原有OLE操作查詢控件對象刪除，從新建立腳本語言，改進存儲數據庫類型，利用自己編寫的腳本數據庫查詢語言選擇性的讀取、記錄、刪除生產中需要的數據。

未升級前IFIX組態軟件采用的是access表，最多存儲2G的數據，數據庫就不在自動存儲，需要人為的手動刪除，從新建立新的access數據庫表。

升級之后的SQL2000的數據庫存儲容量是取決于工控電腦硬盤大小的，可通過設定數據庫定期刪除時間周期。

開發了基于Windows平臺ADO連接的slide滑塊模擬量輸入控件，通過編輯程序使的模擬量輸入控制操作和鼠標滾輪相關聯，更加方便集控人員操作，像閥門開度的控制，變頻器頻率的控制等。

添加新增擴能設備畫面，將每一個參控設備及水系統走向都完整無缺的顯示在組態畫面上，完善了洗選系統生產工藝組態畫面。

圖2　

4.升級改造后與同類設備優缺點比較情況

（1）與國外集益（GE）組態軟件IFIX比較。IFIX組態軟件功能完善且價格低廉，在所有組態軟件中占有總銷量的49%。由于我們車間下位機采用的是美國AB公司的PLC，不是一個生產廠商，中間通訊的時候存在通訊標準協議，這個協議就是OPC。AB的PLC只提供這個協議的接口和自己生產的上位機通訊協議，造成了對外接口開放的單一性，哈爾烏素原煤車間下位機也是AB的產品，上位機組態IFIX，但是現場信號及PLC內存變量的點數相對洗選系統較少，在OPC驅動器的承受范圍內，沒有出現過問題。

IFIX與 FactoryTalkView SE6.0在 價 格 上 比 較 ，Facto?ryTalkView SE6.0組態相對較貴些，但功能也IFIX一樣強大，同樣也支持其他的工業通訊協議接口，我車間改造使用Facto?ryTalkView SE6.0組態軟，與下位機是同一生產廠商，形成了一套完整的控制體系。

黑岱溝原煤車間和洗選二車間同樣使用IFIX組態軟件，下位機使用的PLC是施內德的，他們之間的通訊是modbus協議，驅動器采用的是MBE驅動器和OPC有區別，通訊也很穩定沒有問題。

（2）與西門子wincc組態軟件比較。幾乎每一個PLC制造廠商都會為自己的下位機，開發上位機組態軟件，所以wincc組態也是像FactoryTalkView SE6.0一樣有針對性的對自己的PLC提供自定義通訊協議，通訊一定比工業標準提供的協議要穩定、讀寫速度快，這一點是肯定的，當然wincc也支持其他的工業通訊協議接口。要和AB的PLC通訊也只能是OPC標準，沒有別的選擇。

（3）與國內組態王KingView比較。首先組態王KingView從系統的運行穩定性考慮比較差，但價格和國外的品牌比較是非常的便宜，二次開發功能較少，和FactoryTalkView SE6.0不是同一個檔次的不去考慮。

5.可推廣應用性

可推廣到中大型具有集中自控控制的系統中，在哈爾烏素選煤廠洗選車間成功運用，效果顯著，提高了自動控制系統的操控效率解決了實際存在的系統缺陷，改進了自動控制系統的穩定，精準及快速信號響應性。

推廣共享之后，有利于其他涉及到PLC自動控制的領域都可以使用這套系統，不受環境及其他因素的影響。對社會的效益和間接的經濟效益是可觀的，和原來為改造之前的系統形成鮮明的對比。

運行升級改造后的系統，大大提高了系統運行的穩定性，同時信號的響應速度和操作同步，減少了對服務器中間環節的維護。將系統更加簡潔，方便，靈活的應用，給我車間的自動控制系統穩定運行順利生產提供了保障。

每天的設備停產檢修完成，到送電起車，在未改造之前大約用時35分鐘，改造升級后，大約在3分鐘左右，為生產節約了時間。

帶料運行中，信號的實時變化采集，操作的精準性非常流暢，不會出現畫面的滯后或緩沖變慢，不論以后設備的控制信號和設備保護信號的增加，還是畫面的添加，都不會影響系統的本質性能，創造了很好的經濟效益。

作者簡介：王凱雄（1987-），男，機電一體化專業畢業，大學學歷，2008年參加工作，助力工程師，現于神華集團哈爾烏素選煤廠洗選車間工作。