馬蘭礦選煤廠集控系統的優化改造設計

祁 浩

（西山煤電集團有限責任公司馬蘭礦選煤廠， 山西 太原 030053）

引言

隨著計算機網絡、自動化控制技術的不斷發展，傳統的選煤廠集中控制系統也在不斷更新進步，現代化選煤廠的建設正朝著自動化、網絡化和智能化方向發展。馬蘭礦選煤廠為提升控制系統自動化水平，對傳統的集控系統進行優化改造，以大幅縮短全廠的啟停車時間，提高原煤的洗選效率。

1 集控系統的總體設計架構

當前，大部分選煤廠所采用的集控系統結構圖如圖1 所示，圖中傳感器、繼電器等信號檢測單元將檢測到的模擬量、開關量信號輸入至以PLC 為核心的控制單元?？刂茊卧鶕斎胄盘柕臓顟B值及上位機發出的操作指令，控制電機、泵及閱門等執行機構完成相應的動作，保證設備按照生產需要可靠運轉，并將輸人信號狀態及操作指令執行情況及時地反饋給上位機。上位機是一臺安裝了組態軟件的工業計算機，組態軟件用于開發集控畫面，從而實現操作工人與控制單元的交互，下發操作指令的同時接收顯示控制單元傳遞的現場設備所處的運行、停止及放障等狀態信息。選煤廠集控系統常用的PC 為西門子和羅克韋爾等產品，控制系統所采用的組態軟件有WinCC、組態王和ForceControl 等?；赑LC的集控系統采用AB 1756 系列控制器+1734 列輸人輸出模塊，組態軟件采用組態王。

2 集控系統的通訊連接與變量創建

2.1 通訊連接

為了使處于靜態的上位機畫面能動態、準確反應出洗選車間設備的運行狀態和數據信息，需要在組態軟件和PLC 之間建立通訊連接，創建過程變量，使之與PLC 內的控制變量相互關聯。OPC 通訊標準以微軟的OLE 技術為基礎，為基于Windows 的應用程序和現場過程控制應用建立了高效的信息集成和數據交換的橋梁，具有效率高、速度快及互操作性強的優點。組態王作為一款基于Windows 的工控應用軟件，支持以OPC 方式與PLC 進行通信，而Rslinx 軟件是羅克韋爾公司開發的PC 驅動軟件，支持與AB 系列PLC 的通訊并提供了OPC Server 的功能。因此，組態王與AB1756 系列控制器之間的通訊連接采用OPC 方式實現。為了在組態王與PLC 之間建立OPC 的通訊連接，需要先在Rslinx 軟件里配置Rslinx 與PLC 的連接，定義一個OPC 的訪問路徑。此外還需要在組態王工程目錄顯示區的設備項下的OPC 服務器子項中雙擊新建，在彈出的對話框中選擇RslinxOPC Server 點擊確定，組態王OPC 通訊連接設置圖如圖2 所示。

圖1 集控系統結構圖

圖2 組態王與通訊連接設置圖

2.2 變量創建

用戶在組態王系統目錄顯示區下點擊數據詞典中的新建變量，在彈出的圖3 所示的對話框中輸入變量名，定義變量類型，在連接設備項下拉菜單中選擇“本機＼Rslinx OPC Server”，寄存器項就會列出RSLINX 軟件提供的PILC 中所有可用的寄存器，選中需要讀取的寄存器，定義數據類型和讀寫屬性即可。在變量定義的過程中還可對模擬量進行高低限制，以及開關量的開通或關斷進行報警定義，對選煤廠集控系統而言，通常需要對與桶的液位及設備故障相關的變量進行報警定義。

3 集控系統操控畫面組態的設計

3.1 整體畫面的布局

設計的過程中，將顯示畫面分成兩部分，左側留出一個很窄的側邊欄作為固定顯示部分，把用于實現畫面切換的按鈕和一些共性操作顯示項如狀態指示燈、順序啟停命令等在此顯示出來。右側作為可變部分，隨著按鈕的切換顯示不同的畫面。

在工藝流程畫面中，使用各個設備的真實圖片經過PS 處理后，作為畫面的圖形元素，形象直觀地反映各個設備之間的實際流程關系，并通過設備號顏色的變化，指示出設備處于運行、停止及故障等狀態。

3.2 啟動、停止順序畫面的設計

在啟動順序和停止順序畫面中，按照逆煤流啟動、順煤流停止的順序排列帶有設備編號的設備圖標，列出設備在順序啟停車中的順序，在設備圖標的左上角添加設備號，并為設備號設置矩形的背景色，通過背景色的變化顯示設備處在運行、停止及故障等狀態。鼠標左鍵單擊設備圖標，還可以彈出控制設備啟停的對話框，實現設備的上位機手動啟停控制，如圖3 所示。

圖3 設備啟?？刂菩Ч麍D

3.3 設備狀態畫面的設計

主廠房淺槽、膠帶篩分及浮選壓濾設備狀態畫面是采集各個車間、各個設備運行狀態、空開、接觸器及控制指令是否及時送達等可能引起設備無法運行的故障點信號，并將這些信號變量與明確的文字標示建立連接。不同的變量值配合不同的文字說明顯示在設備狀態畫面中，需要操作設備時，工人通過查看相應設備各點狀態，判斷設備能否滿足操作要求。設備故障時通過查看各點狀態還可以盡快發現故障點，以便工人及時維修。

3.4 啟停間隔畫面的設計

啟停間隔畫面是為滿足設備按順序啟動、按順序停止過程中，設備之間的啟停間隔時間可以根據現場的實際運行情況靈活調整而設計的，從而可以最大限度地壓縮啟停車時間，延長有效分選時間，增加設備利用率，確保在總的生產時間內，達到最大的原煤入洗量。該畫面在系統調試運轉初期，為操作工人和工程技術人員確定了整個系統最優的順序啟停車時間，提供了極大的方便。

3.5 數據采集畫面的設計

數據采集畫面是將現場桶的液位、風包壓力及變頻器的實際運行頻率等模擬量數據采集并顯示在該畫面中，以便操作人員及時了解現場的實際情況，并根據這些數據的反饋設定水泵、風機等設備的啟停及運行頻率等參數，防止出現桶內液體溢出或抽空、風機過跳等向題，數據采集畫面實際局部效果如圖4 所示。

圖4 數據采集效果圖

圖5 控制系統報警效果圖

3.6 報警信息記錄、查詢畫面的設計

報警記錄、報警查詢畫面是將系統在生產過程中產生的報警信息進行記錄、歸檔查詢。利用組態王進行上位機畫面設計時，在創建變量的過程中對變量進行報警定義，然后在畫面設計的過程中組態報警窗口，并利用與PLC 建立連接關系的“聲音報警”變量和組態王提供的內部變量“8 新報警”使得出現故障報警時上位機畫面系統輸出報警聲音，自動彈出如圖5 所示的報警信息窗口，提示集控畫面操作人員系統出現問題，需盡快處理。注銷為實現報警信息的查詢、瀏覽，通過建立設置ODBC 數據源將報警信息存儲到關Access 系數據庫中，并在組態王畫面配置中創建控件，編輯屬性代碼，實現報警信息按日期、報警組名稱的查詢，以便于生產現場事后對報警信息的查看和設備故障情況的統計分析。

3.7 用戶權限設置與系統保護

用戶登錄/注銷為一個反選按鈕，當有用戶登錄時，顯示用戶注銷，此時點擊即可注銷當前用戶;當沒有用戶登錄時，顯示用戶登錄，此時點擊即可彈出用戶登錄窗口。為了便于現場系統的管理，保證操作的安全，使系統對不同的生產車間滿足不同的操作權限要求，使用組態王軟件中自帶的系統配置中的用戶配置，對選煤廠上位機畫面功能和用戶訪問權限進行設置，使不同的生產車間用戶對系統具有不同的畫面訪問權限，如使用篩分車間的賬戶登錄只能查看和操作篩分車間內的設備，無法控制操作其他車間內的設備。

4 基于組態王的集控系統的應用效果

基于組態王的集控制系統在馬蘭礦選煤廠投入運行后，實踐效果良好，運行可靠、故障率低，操作簡單，學習成本低，上手快；控制準確，控制方式多樣，控制命令的下達時間短、延遲低，能夠及時地反映出現場設備的運行狀態及故障情況，大大降低了設備大范圍故障停機事故的出現，增強了選煤廠生產的連續性，降低了工人的勞動強度，提高洗選效率。