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(jí)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(jī)界面的不斷引入，做強(qiáng)、做大，國(guó)內(nèi)外開發(fā)這個(gè)平臺(tái)的模式主要針對(duì)小型或中型的控制系統(tǒng)，哈爾烏素選煤廠自動(dòng)控制系統(tǒng)比較龐大，其信號(hào)的采集和應(yīng)監(jiān)控尤為重要。通過對(duì)集中控制系統(tǒng)的升級(jí)改造，可以節(jié)約時(shí)間提高自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，精準(zhǔn)、快速的信號(hào)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(dòng)控制

引言

2012年哈爾烏素洗選系統(tǒng)擴(kuò)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(kuò)能改造后現(xiàn)有配電室16個(gè)，PLC分站28個(gè)，需要采集開關(guān)量信號(hào)4140個(gè)、模擬量信號(hào)654個(gè)（模擬量要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，相當(dāng)于654x16=10464個(gè)數(shù)字開關(guān)量），編程設(shè)置中間變量7000多個(gè)，實(shí)際采集信號(hào)為21604多個(gè)。

1.升級(jí)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(kuò)能系統(tǒng)電氣控制信號(hào)及設(shè)備保護(hù)信號(hào)大多數(shù)采用了模擬量控制，提高了過程控制精度的同時(shí)增加了CPU的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，使原有PLC的CPU處理速度變慢，并且使上位機(jī)組態(tài)軟件IFIX和PLC通信的OPC驅(qū)動(dòng)器無法承受系統(tǒng)變量的現(xiàn)有點(diǎn)數(shù)（特別是連續(xù)變化的模擬量點(diǎn)數(shù)），因檢修及生產(chǎn)需要停電的原因?qū)е鹿た貦C(jī)在從新啟動(dòng)或操控畫面切換的時(shí)候出現(xiàn)OPC驅(qū)動(dòng)器不執(zhí)行輪詢掃描或掃描時(shí)部分信號(hào)會(huì)丟失，造成系統(tǒng)無法操作或集控操作人員因信號(hào)滯后不能及時(shí)在畫面上響應(yīng)，影響集控人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的及時(shí)判斷。

通過項(xiàng)目技術(shù)改造，進(jìn)一步完善了自動(dòng)控制系統(tǒng)，提升了自動(dòng)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(jí)PLC控制器。將PLC控制器由原來的logix1756-L62升級(jí)成logix1756-L64。

（2）采用AB公司自己的上位機(jī)組態(tài)軟件FactoryTalkView SE6.0。改進(jìn)因擴(kuò)能后系統(tǒng)新增信號(hào)使OPC驅(qū)動(dòng)器無法承受2000點(diǎn)以上變量導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的缺陷。選擇AB組態(tài)自身的RSLinx Enterprise驅(qū)動(dòng)器，形成一個(gè)從現(xiàn)場(chǎng)激勵(lì)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集到應(yīng)用平臺(tái)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(yùn)行過程中對(duì)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(shí)間。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(hào)響應(yīng)具有優(yōu)先等級(jí)，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(jìn)行，減輕PLC內(nèi)部處理，同時(shí)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(shí)現(xiàn)均勻平衡。

圖1　

3.關(guān)鍵技術(shù)與主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

（1）模塊化編程，功能塊的設(shè)計(jì)。采用AB Flash軟件刷新了所有分站的固件版本，更換了高級(jí)的CPU模塊，將以前的就程序全部刪除，從新設(shè)計(jì)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(shí)間，提高了運(yùn)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(duì)性設(shè)計(jì)的功能塊，其中包括膠帶機(jī)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(jī)功能塊等，方便主程序的調(diào)用。

（2）優(yōu)化PLC采集現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)及內(nèi)部中間變量。將現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)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(jí)改造上位機(jī)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(hào)歷史趨勢(shì)、變頻器電流信號(hào)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(jī)組態(tài)畫面與PLC的連接，取消原有OPC驅(qū)動(dòng)器使用AB專門的上位機(jī)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(hào)采集圖）。

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

擴(kuò)能后的洗選系統(tǒng)電氣保護(hù)信號(hào)及控制信號(hào)增加，尤其是模擬量點(diǎn)數(shù)相對(duì)舊系統(tǒng)有所增加，舊系統(tǒng)的膠帶機(jī)打滑保護(hù)信號(hào)，及篩子的打滑保護(hù)信號(hào)都是開關(guān)量的，而擴(kuò)能新系統(tǒng)的所有打滑都采用模擬量的信號(hào)，OPC驅(qū)動(dòng)器在正常輪詢刷新時(shí)周期變長(zhǎng)（大約為1.77秒，擴(kuò)能前大約在600毫秒左右。），導(dǎo)致原有的畫面顯示信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)變量信號(hào)不同步有滯后現(xiàn)象。

同時(shí)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(hù)動(dòng)作跳電原因，導(dǎo)致工控機(jī)在從新啟動(dòng)的時(shí)候出現(xiàn)OPC驅(qū)動(dòng)器不執(zhí)行輪詢掃描或掃描時(shí)部分信號(hào)會(huì)丟失，造成系統(tǒng)無法操作或集控操作人員因假信號(hào)不能實(shí)時(shí)在畫面上響應(yīng)，影響集控人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的及時(shí)判斷，有些情況打開OPC驅(qū)動(dòng)器配置環(huán)境認(rèn)為的多啟動(dòng)幾次也能將下位機(jī)全部信號(hào)刷新到IFIX的PDB過程數(shù)據(jù)庫中但所需時(shí)間大約半個(gè)小時(shí)左右，影響系統(tǒng)正常啟機(jī)。（圖2為軟件升級(jí)后的數(shù)據(jù)流程）。

改造升級(jí)組態(tài)軟件后在現(xiàn)有點(diǎn)數(shù)變量信號(hào)對(duì)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(dòng)化控制維護(hù)變的方便，同時(shí)滿足現(xiàn)場(chǎng)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(duì)象刪除，從新建立腳本語言，改進(jìn)存儲(chǔ)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(jí)前IFIX組態(tài)軟件采用的是access表，最多存儲(chǔ)2G的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫就不在自動(dòng)存儲(chǔ)，需要人為的手動(dòng)刪除，從新建立新的access數(shù)據(jù)庫表。

升級(jí)之后的SQL2000的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)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(shí)間周期。

開發(fā)了基于Windows平臺(tái)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(biāo)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(kuò)能設(shè)備畫面，將每一個(gè)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(jí)改造后與同類設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)比較情況

（1）與國(guó)外集益（GE）組態(tài)軟件IFIX比較。IFIX組態(tài)軟件功能完善且價(jià)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(jī)采用的是美國(guó)AB公司的PLC，不是一個(gè)生產(chǎn)廠商，中間通訊的時(shí)候存在通訊標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，這個(gè)協(xié)議就是OPC。AB的PLC只提供這個(gè)協(xié)議的接口和自己生產(chǎn)的上位機(jī)通訊協(xié)議，造成了對(duì)外接口開放的單一性，哈爾烏素原煤車間下位機(jī)也是AB的產(chǎn)品，上位機(jī)組態(tài)IFIX，但是現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)及PLC內(nèi)存變量的點(diǎn)數(shù)相對(duì)洗選系統(tǒng)較少，在OPC驅(qū)動(dòng)器的承受范圍內(nèi)，沒有出現(xiàn)過問題。

IFIX與 FactoryTalkView SE6.0在 價(jià) 格 上 比 較 ，F(xiàn)acto?ryTalkView SE6.0組態(tài)相對(duì)較貴些，但功能也IFIX一樣強(qiáng)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(jī)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(jī)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(dòng)器采用的是MBE驅(qū)動(dòng)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(gè)PLC制造廠商都會(huì)為自己的下位機(jī)，開發(fā)上位機(jī)組態(tài)軟件，所以wincc組態(tài)也是像FactoryTalkView SE6.0一樣有針對(duì)性的對(duì)自己的PLC提供自定義通訊協(xié)議，通訊一定比工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供的協(xié)議要穩(wěn)定、讀寫速度快，這一點(diǎn)是肯定的，當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)，沒有別的選擇。

（3）與國(guó)內(nèi)組態(tài)王KingView比較。首先組態(tài)王KingView從系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性考慮比較差，但價(jià)格和國(guó)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(gè)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(yùn)用，效果顯著，提高了自動(dòng)控制系統(tǒng)的操控效率解決了實(shí)際存在的系統(tǒng)缺陷，改進(jìn)了自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定，精準(zhǔn)及快速信號(hào)響應(yīng)性。

推廣共享之后，有利于其他涉及到PLC自動(dòng)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(duì)社會(huì)的效益和間接的經(jīng)濟(jì)效益是可觀的，和原來為改造之前的系統(tǒng)形成鮮明的對(duì)比。

運(yùn)行升級(jí)改造后的系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)信號(hào)的響應(yīng)速度和操作同步，減少了對(duì)服務(wù)器中間環(huán)節(jié)的維護(hù)。將系統(tǒng)更加簡(jiǎn)潔，方便，靈活的應(yīng)用，給我車間的自動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)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(shí)35分鐘，改造升級(jí)后，大約在3分鐘左右，為生產(chǎn)節(jié)約了時(shí)間。

帶料運(yùn)行中，信號(hào)的實(shí)時(shí)變化采集，操作的精準(zhǔn)性非常流暢，不會(huì)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(hào)和設(shè)備保護(hù)信號(hào)的增加，還是畫面的添加，都不會(huì)影響系統(tǒng)的本質(zhì)性能，創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

作者簡(jiǎn)介：王凱雄（1987-），男，機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)，大學(xué)學(xué)歷，2008年參加工作，助力工程師，現(xiàn)于神華集團(tuán)哈爾烏素選煤廠洗選車間工作。