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(tǒng)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(nèi)外開發(fā)這個平臺的模式主要針對小型或中型的控制系統(tǒng)，哈爾烏素選煤廠自動控制系統(tǒng)比較龐大，其信號的采集和應(yīng)監(jiān)控尤為重要。通過對集中控制系統(tǒng)的升級改造，可以節(jié)約時間提高自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，精準、快速的信號響應(yīng)帶給操作員速度的提升。

關(guān)鍵詞：集中控制系統(tǒng)；FactoryTalkView SE6.0；自動控制

引言

2012年哈爾烏素洗選系統(tǒng)擴能1000萬與前期2008年建立的2000萬洗選系統(tǒng)相結(jié)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(tǒng)，哈爾烏素選煤廠洗選車間擴能改造后現(xiàn)有配電室16個，PLC分站28個，需要采集開關(guān)量信號4140個、模擬量信號654個（模擬量要進行A/D轉(zhuǎn)換，相當于654x16=10464個數(shù)字開關(guān)量），編程設(shè)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(tǒng)合并，由于新擴能系統(tǒng)電氣控制信號及設(shè)備保護信號大多數(shù)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(tài)軟件IFIX和PLC通信的OPC驅(qū)動器無法承受系統(tǒng)變量的現(xiàn)有點數(shù)（特別是連續(xù)變化的模擬量點數(shù)），因檢修及生產(chǎn)需要停電的原因?qū)е鹿た貦C在從新啟動或操控畫面切換的時候出現(xiàn)OPC驅(qū)動器不執(zhí)行輪詢掃描或掃描時部分信號會丟失，造成系統(tǒng)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(yīng)，影響集控人員對現(xiàn)場情況的及時判斷。

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

2.總體技術(shù)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(tài)軟件FactoryTalkView SE6.0。改進因擴能后系統(tǒng)新增信號使OPC驅(qū)動器無法承受2000點以上變量導致數(shù)據(jù)丟失的缺陷。選擇AB組態(tài)自身的RSLinx Enterprise驅(qū)動器，形成一個從現(xiàn)場激勵信號的實時采集到應(yīng)用平臺監(jiān)控的完整控制體系，不存在其他的第三方軟件及OPC協(xié)議的參與，減少變量轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)，避免在運行過程中對數(shù)據(jù)處理的丟失。

（3）優(yōu)化程序。采用模塊化編程優(yōu)化梯形圖程序，縮短程序掃描執(zhí)行時間。根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)過程控制的關(guān)鍵設(shè)備和輔助設(shè)備，通過編程使關(guān)鍵信號響應(yīng)具有優(yōu)先等級，優(yōu)化系統(tǒng)資源，提高控制、監(jiān)控響應(yīng)速度。開發(fā)組態(tài)的VBA環(huán)境功能，將PLC內(nèi)部模擬量編程邏輯，在組態(tài)的VBA環(huán)境下進行，減輕PLC內(nèi)部處理，同時最大化開發(fā)組態(tài)軟件功能。將過程控制和數(shù)據(jù)處理在組態(tài)軟件和PLC之間實現(xiàn)均勻平衡。

圖1　

3.關(guān)鍵技術(shù)與主要創(chuàng)新點

（1）模塊化編程，功能塊的設(shè)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(shè)計控制思路，采用模塊化編程，主程序再調(diào)用模塊子程序的編程方法，縮短了程序的掃描執(zhí)行時間，提高了運算速度。為了提高CPU執(zhí)行掃描周期將原有的順序控制梯形圖改為正對性設(shè)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(diào)用。

（2）優(yōu)化PLC采集現(xiàn)場模擬量信號及內(nèi)部中間變量。將現(xiàn)場開關(guān)量變量采用數(shù)組形式聲明定義，優(yōu)化PLC內(nèi)存資源，模擬量模塊使用規(guī)劃軟件RSNetWorx進行所有分站模擬量模塊的在線規(guī)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(tài)畫面。開發(fā)了組態(tài)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(chǎn)過程中需要的數(shù)據(jù)。

通過改造上位機組態(tài)畫面與PLC的連接，取消原有OPC驅(qū)動器使用AB專門的上位機組態(tài)軟件組態(tài)軟件FactoryTalkView SE6.0，取消IFIX的PDB數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，減少中間控制環(huán)節(jié)。（圖1為改造前后信號采集圖）。

因洗選系統(tǒng)擴能后OPC驅(qū)動器無法承受系統(tǒng)變量的現(xiàn)有點數(shù)（特別是連續(xù)變化的模擬量點數(shù)增多）輪詢刷新過程。

擴能后的洗選系統(tǒng)電氣保護信號及控制信號增加，尤其是模擬量點數(shù)相對舊系統(tǒng)有所增加，舊系統(tǒng)的膠帶機打滑保護信號，及篩子的打滑保護信號都是開關(guān)量的，而擴能新系統(tǒng)的所有打滑都采用模擬量的信號，OPC驅(qū)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(xiàn)場對應(yīng)變量信號不同步有滯后現(xiàn)象。

同時在檢修及生產(chǎn)過程中難免遇到需要停電作業(yè)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(xiàn)OPC驅(qū)動器不執(zhí)行輪詢掃描或掃描時部分信號會丟失，造成系統(tǒng)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(yīng)，影響集控人員對現(xiàn)場情況的及時判斷，有些情況打開OPC驅(qū)動器配置環(huán)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(shù)據(jù)庫中但所需時間大約半個小時左右，影響系統(tǒng)正常啟機。（圖2為軟件升級后的數(shù)據(jù)流程）。

改造升級組態(tài)軟件后在現(xiàn)有點數(shù)變量信號對PLC和組態(tài)而言能順利的解決未改造之前的所有情況，取消了服務(wù)器環(huán)節(jié)，使自動化控制維護變的方便，同時滿足現(xiàn)場生產(chǎn)所需要求。

（4）開發(fā)組態(tài)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(shù)據(jù)庫類型，利用自己編寫的腳本數(shù)據(jù)庫查詢語言選擇性的讀取、記錄、刪除生產(chǎn)中需要的數(shù)據(jù)。

未升級前IFIX組態(tài)軟件采用的是access表，最多存儲2G的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫表。

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

開發(fā)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(guān)聯(lián)，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(shè)備畫面，將每一個參控設(shè)備及水系統(tǒng)走向都完整無缺的顯示在組態(tài)畫面上，完善了洗選系統(tǒng)生產(chǎn)工藝組態(tài)畫面。

圖2　

4.升級改造后與同類設(shè)備優(yōu)缺點比較情況

（1）與國外集益（GE）組態(tài)軟件IFIX比較。IFIX組態(tài)軟件功能完善且價格低廉，在所有組態(tài)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(chǎn)廠商，中間通訊的時候存在通訊標準協(xié)議，這個協(xié)議就是OPC。AB的PLC只提供這個協(xié)議的接口和自己生產(chǎn)的上位機通訊協(xié)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(chǎn)品，上位機組態(tài)IFIX，但是現(xiàn)場信號及PLC內(nèi)存變量的點數(shù)相對洗選系統(tǒng)較少，在OPC驅(qū)動器的承受范圍內(nèi)，沒有出現(xiàn)過問題。

IFIX與 FactoryTalkView SE6.0在 價 格 上 比 較 ，F(xiàn)acto?ryTalkView SE6.0組態(tài)相對較貴些，但功能也IFIX一樣強大，同樣也支持其他的工業(yè)通訊協(xié)議接口，我車間改造使用Facto?ryTalkView SE6.0組態(tài)軟，與下位機是同一生產(chǎn)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(tài)軟件，下位機使用的PLC是施內(nèi)德的，他們之間的通訊是modbus協(xié)議，驅(qū)動器采用的是MBE驅(qū)動器和OPC有區(qū)別，通訊也很穩(wěn)定沒有問題。

（2）與西門子wincc組態(tài)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(fā)上位機組態(tài)軟件，所以wincc組態(tài)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(xié)議，通訊一定比工業(yè)標準提供的協(xié)議要穩(wěn)定、讀寫速度快，這一點是肯定的，當然wincc也支持其他的工業(yè)通訊協(xié)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(nèi)組態(tài)王KingView比較。首先組態(tài)王KingView從系統(tǒng)的運行穩(wěn)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(fā)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(yīng)用性

可推廣到中大型具有集中自控控制的系統(tǒng)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(tǒng)的操控效率解決了實際存在的系統(tǒng)缺陷，改進了自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定，精準及快速信號響應(yīng)性。

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

運行升級改造后的系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，同時信號的響應(yīng)速度和操作同步，減少了對服務(wù)器中間環(huán)節(jié)的維護。將系統(tǒng)更加簡潔，方便，靈活的應(yīng)用，給我車間的自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行順利生產(chǎn)提供了保障。

每天的設(shè)備停產(chǎn)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(chǎn)節(jié)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(xiàn)畫面的滯后或緩沖變慢，不論以后設(shè)備的控制信號和設(shè)備保護信號的增加，還是畫面的添加，都不會影響系統(tǒng)的本質(zhì)性能，創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟效益。

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