趙崢 劉迎 耿步平
摘 要:現(xiàn)代化選煤廠應(yīng)基于通訊技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)、多模式人機交互技術(shù)等,建立以網(wǎng)絡(luò)為支撐,信息管理為核心,監(jiān)控與管理實現(xiàn)一體化的以信息技術(shù)為手段的集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實現(xiàn)集中管理和高層監(jiān)控,遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程維護;提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制;資源高度共享;高效營運;推動企業(yè)信息化,加快技術(shù)進(jìn)步;增強企業(yè)的綜合效益和競爭實力。文章介紹了基于信息網(wǎng)絡(luò)的的集中控制系統(tǒng)的構(gòu)成、系統(tǒng)功能與作用以及在曉南礦選煤廠的應(yīng)用實踐。
關(guān)鍵詞:信息;網(wǎng)絡(luò);系統(tǒng)設(shè)計;系統(tǒng)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(chǎn)作業(yè)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(huán)利用系統(tǒng)。生產(chǎn)加工工藝繁雜,生產(chǎn)量大,參與生產(chǎn)加工的設(shè)備多,車間廠房分布區(qū)域大,需要自動化程度高。
現(xiàn)有集控系統(tǒng)于2004年11月投入運行,其構(gòu)成主要包括PLC控制、視頻監(jiān)控、調(diào)度通信三大部分,各系統(tǒng)分別獨立,各成系統(tǒng),沒有實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動,通信介質(zhì)采用通信電纜,經(jīng)常出現(xiàn)通信故障情況,影響生產(chǎn)的正常運行;根據(jù)生產(chǎn)需要工藝不斷的調(diào)整變化,軟件、硬件模塊已經(jīng)不能完全適應(yīng)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝;長時間運行,原有設(shè)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(xiàn)有集控系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。
1 信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(tǒng)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)信息及集中控制系統(tǒng)改造。研究決定將曉南礦選煤廠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為三個層次,分別為信息管理網(wǎng)絡(luò)層、生產(chǎn)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)層、現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)層。在這三個層次中建立起完整的控制及管理信息網(wǎng)絡(luò),使曉南礦選煤廠形成集設(shè)備集中連鎖控制、工藝過程參數(shù)監(jiān)視及控制、信息傳輸及生產(chǎn)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(chǎn)與管理系統(tǒng)建立在一個高度網(wǎng)絡(luò)信息化的平臺上,是一個多層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
1.1 信息管理網(wǎng)絡(luò)層
管理信息網(wǎng)絡(luò)層包括:信息管理服務(wù)器、各車間管理計算機、技術(shù)組、廠、礦領(lǐng)導(dǎo)等所需管理計算機以及連接這些終端的交換機等。在該網(wǎng)絡(luò)中,信息管理服務(wù)器負(fù)責(zé)從各個網(wǎng)絡(luò)終端以及生產(chǎn)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)層中獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù),并根據(jù)一定的規(guī)則對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、匯總、存儲,并生成各種有用報表。該網(wǎng)絡(luò)中的各個計算機終端,能將各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯總到信息管理服務(wù)器上,同時,能從信息管理服務(wù)器上獲得自己需要的信息。
1.2 生產(chǎn)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)層
生產(chǎn)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)層包括:環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)、控制計算機、IP調(diào)度計算機、各個遠(yuǎn)程控制終端、無線通話基站、IP調(diào)度管理機、數(shù)據(jù)歸檔服務(wù)器、視頻服務(wù)器等。在該網(wǎng)絡(luò)中,環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)采用光纖作為傳輸介質(zhì),不受現(xiàn)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(chǎn)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)冗余功能,當(dāng)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的任何一點斷開時,對整個網(wǎng)絡(luò)的功能沒有影響,此時,斷網(wǎng)提示能快速的反映到控制計算機上,以便及時發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理。
1.3 現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)層
現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)層主要包括:由各個分站向下延伸的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)、Modbus網(wǎng)絡(luò)、通用串口網(wǎng)絡(luò),或者從工業(yè)環(huán)網(wǎng)直接向外延伸的各種總線網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)一般采用485通信,傳輸距離遠(yuǎn),抗干擾能力強。這些網(wǎng)絡(luò)分在各個生產(chǎn)車間,主要負(fù)責(zé)局部設(shè)備的控制和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集,如Modbus網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)電機保護數(shù)據(jù)采集、變頻器參數(shù)采集,電度表數(shù)據(jù)采集,Profibus網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)變頻器參數(shù)調(diào)節(jié)以及變頻器參數(shù)采集等。它們將采集的數(shù)據(jù),通過生產(chǎn)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)層,按照指定的協(xié)議上傳到控制計算機,供生產(chǎn)調(diào)度進(jìn)行參考。
2 現(xiàn)場控制系統(tǒng)的設(shè)計
2.1 PLC硬件設(shè)計
根據(jù)曉南礦選煤廠的特點,采用了集散型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。主站設(shè)在選煤廠集中控制室,分站分別設(shè)在篩分車間、重介車間、跳汰車間、壓濾車間、煤泥干燥車間、聯(lián)合泵房等主要生產(chǎn)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(jìn)行控制。變頻器、電機綜合保護器、流量計、灰分儀等設(shè)備通過PROFIBUS、MODBUS總線與PLC分站通訊,形成完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。
2.2 上位機監(jiān)控軟件設(shè)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(chǎn)原料,而2個洗煤車間又有共用生產(chǎn)環(huán)節(jié),軟件邏輯閉鎖關(guān)系復(fù)雜,在軟件設(shè)計上,既要保證2個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行,又要保證另一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題而不互相影響。并在設(shè)計上做到了以下幾點:
(1)系統(tǒng)運行中,某臺設(shè)備發(fā)生故障停車時,故障設(shè)備沿煤流方向以后設(shè)備同時停車,故障設(shè)備沿煤流方向前設(shè)備延時一段時間順序停車,如在延時范圍內(nèi)故障排除,延時順序停車程序終止,操作人員重新啟動預(yù)警鈴起車,不能在延時范圍內(nèi)排除故障,停止全部起車設(shè)備。
(2)監(jiān)視系統(tǒng)、與控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)鏈接,當(dāng)某臺設(shè)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(zhuǎn)向故障設(shè)備區(qū)域;按照故障等級,將故障原因以電話短信的方式發(fā)到相關(guān)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(shè)備可以任意的連鎖、解鎖、而不影響其他設(shè)備的起停;任意幾臺設(shè)備可以連鎖集控運行。
(4)可以模擬起車、運行程序,而現(xiàn)場的設(shè)備不需要啟動,作為調(diào)度員培訓(xùn)、軟件調(diào)試起停車流程用。還可對起車流程進(jìn)行修改,以適應(yīng)將來工藝流程的變化。
3 監(jiān)視、通訊、信息管理系統(tǒng)
3.1 視頻監(jiān)視系統(tǒng)
系統(tǒng)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(zhì)等組成。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程布線及結(jié)構(gòu)特點:通過局域網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)聯(lián)動;每路攝像頭通過光纖局域網(wǎng)傳輸;視頻信號供電采用局部集中供電模式,保證了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性;調(diào)度人員能監(jiān)視視頻監(jiān)控系統(tǒng)的供電狀態(tài),便于及時排查故障。
3.2 調(diào)度通訊系統(tǒng)
主要特點:(1)采用雙調(diào)度鍵盤模式,提高了系統(tǒng)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(xiàn)電話錄音功能;(3)系統(tǒng)靈活的將遠(yuǎn)程的無線分機和IP電話都納入了系統(tǒng)內(nèi)部分機編號中,對固話分機、遠(yuǎn)程IP分機以及無線分機進(jìn)行統(tǒng)一編制短號、統(tǒng)一指揮調(diào)度、統(tǒng)一維護管理,將調(diào)度指揮功能從本地延伸到遠(yuǎn)端的每一個角落。
3.3 信息管理系統(tǒng)
選煤廠信息管理系統(tǒng)是一套網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序,這套應(yīng)用程序運行在一個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上,在服務(wù)器上裝有數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)來源與集控系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)和各部門手動錄入的數(shù)據(jù)。
整個信息管理系統(tǒng)包括一下幾部分:信息管理服務(wù)器、客戶端、網(wǎng)絡(luò)。信息管理系統(tǒng)軟件運行在信息管理服務(wù)器上,選煤廠內(nèi)的每臺聯(lián)網(wǎng)計算機都算作該服務(wù)器的客戶端,用戶可以通過IE瀏覽器或客戶端程序進(jìn)行填報數(shù)據(jù)、查詢數(shù)據(jù)、打印數(shù)據(jù)、導(dǎo)出數(shù)據(jù)。
信息管理系統(tǒng)的主要功能:(1)信息公告;(2)工作流功能;(3)調(diào)度臺帳;(4)化驗臺帳;(5)成本考核;(6)機電設(shè)備管理;(7)數(shù)據(jù)曲線;(8)倉庫管理;(9)設(shè)備運行記錄;(10)操作記錄查詢。
3.4 巡檢考勤系統(tǒng)
巡檢考勤系統(tǒng)分布在各個車間的考勤機通過以太網(wǎng)與放置在集中控制室的考勤服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。用戶的各種信息,在考勤服務(wù)器上進(jìn)行采集后,通過U盤下載到各個考勤機,也可以通過網(wǎng)絡(luò)直接下載靠考勤機。
功能及特點:(1)考勤員通過本系統(tǒng)可以簡單清晰地統(tǒng)計員工考勤信息,方便快捷地生成報表;(2)圖形操作、方便調(diào)整、報表統(tǒng)計、快速準(zhǔn)確、實時監(jiān)控、遠(yuǎn)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(shè)置考勤時間間隔:通過設(shè)置考勤時間間隔,有效減少重復(fù)考勤記錄數(shù)量。
4 效益分析
4.1 安全效益
改造后的集中控制系統(tǒng)擁有先進(jìn)可靠的控制硬件;完善的皮帶和電動機綜合保護系統(tǒng);科學(xué)的設(shè)備狀態(tài)檢測;視頻監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。形成了一套完整的選煤廠底層自動化系統(tǒng),為選煤廠安全可靠運行打下了堅實的基礎(chǔ),完善的監(jiān)測監(jiān)控手段,對選煤廠機電設(shè)備運行中的隱患提前預(yù)警,可有效避免生產(chǎn)過程重大事故的發(fā)生。
原系統(tǒng)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(yù)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(dǎo)致選煤廠生產(chǎn)中斷增多。集控系統(tǒng)改造后,設(shè)備監(jiān)測手段先進(jìn),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(chǎn)日計算(300/7=40周),每年減少處理設(shè)備故障停機時間800分鐘。
4.2 管理效益
新的集控系統(tǒng)在集控室安裝了服務(wù)器,既可以實現(xiàn)控制功能,又可以實現(xiàn)信息發(fā)布功能,實現(xiàn)在全廠、全礦、全局瀏覽流程畫面,查看選煤廠的各種生產(chǎn)信息,供管理人員監(jiān)視、調(diào)度指揮生產(chǎn)。為各級領(lǐng)導(dǎo)和管理人員提供了科學(xué)的決策依據(jù)。通過系統(tǒng)的軟硬件資源,建立集控系統(tǒng)日志,并查看歷史數(shù)據(jù),降低了工作人員的勞動強度,提高了廠區(qū)現(xiàn)代化管理水平。
4.3 經(jīng)濟效益
原有系統(tǒng)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(shè)備停下,更改流程后,重新啟動。這樣增加了設(shè)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(tǒng)能夠在線改變流程,使2個流程公用的設(shè)備不停機, 其他設(shè)備按閉鎖關(guān)系起停,節(jié)約電能,提高生產(chǎn)效率;能夠在線改變閉鎖關(guān)系,調(diào)整運行的設(shè)備。生產(chǎn)流程主要設(shè)備的總?cè)萘繛?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(shè)備30分鐘。此一項每年節(jié)約電能40多萬元。
5 結(jié)束語
網(wǎng)絡(luò)自動化時代已經(jīng)到來,綜合化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化是本世紀(jì)自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢。建立信息化網(wǎng)絡(luò)化的企業(yè)管理監(jiān)控系統(tǒng),可充分利用系統(tǒng)資源,實現(xiàn)強有力的過程動態(tài)監(jiān)測和信息管理功能,從而使生產(chǎn)信息系統(tǒng)從單元化走向多元化,對過程優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量改善、生產(chǎn)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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