錢麗霞

(1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山063012)

鹽井選煤廠隸屬于重慶天弘礦業(yè)有限責(zé)任公司，是一座處理能力為1.8 Mt/a的礦井型選煤廠，該廠采用跳汰-重介的洗選工藝。選煤廠機(jī)電設(shè)備眾多，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，由于設(shè)備之間存在一定的聯(lián)鎖關(guān)系，每臺(tái)設(shè)備必須按照特定的工藝流程順序啟停運(yùn)轉(zhuǎn)，否則將造成堆煤事故，對安全高效生產(chǎn)造成影響[1]。因此，為了實(shí)時(shí)檢測全廠設(shè)備的運(yùn)行狀況，則需構(gòu)建各生產(chǎn)車間工藝流程和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的組態(tài)畫面，統(tǒng)一由調(diào)度室計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的全程控制[2]，但這一組態(tài)畫面的實(shí)現(xiàn)過程對大型生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、兼容性與操作簡便性等方面提出了更高的要求。為了保證選煤生產(chǎn)過程的高效有序，結(jié)合鹽井選煤廠的生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場實(shí)際情況，引入了自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其中集中控制系統(tǒng)采用美國羅克韋爾公司的AB PLC為核心控制器，上位管理系統(tǒng)選用Factory Talk View Site Edition(以下簡稱VSE)組態(tài)軟件，并采用在線雙機(jī)熱備的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。通過VSE組態(tài)軟件創(chuàng)建選煤廠生產(chǎn)工藝流程的組態(tài)畫面，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)調(diào)度人員對現(xiàn)場生產(chǎn)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，減少了設(shè)備故障的發(fā)生，保證了生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行[3]。

1 VSE組態(tài)軟件簡介

作為開發(fā)和運(yùn)行多用戶分布式服務(wù)器人機(jī)界面的集成軟件包，VSE是專為自動(dòng)化過程、機(jī)器監(jiān)視與管理控制而設(shè)計(jì)的軟件。該軟件具有以下特點(diǎn)：①支持在線/遠(yuǎn)程編輯。此功能可實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程組態(tài)和監(jiān)控；②優(yōu)良的通訊兼容性。其與市場上主流PLC都可形成通訊，尤其與羅克韋爾公司的AB PLC編程軟件兼容性最高，不但能實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備冗余，同時(shí)系統(tǒng)性能十分穩(wěn)定；③標(biāo)簽和畫面可重復(fù)使用。這一功能將節(jié)約大量時(shí)間，提高整體生產(chǎn)效率；④人機(jī)界面和數(shù)據(jù)服務(wù)器冗余。在訪問控制信息時(shí)，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，不會(huì)發(fā)生中斷問題；⑤強(qiáng)大的擴(kuò)展能力和監(jiān)控功能，通過Web發(fā)布及時(shí)對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控[4]；⑥應(yīng)用項(xiàng)目開發(fā)和調(diào)試的時(shí)間相對縮短，系統(tǒng)功能更為全面，可靠性進(jìn)一步提高。

VSE軟件包含創(chuàng)建生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)所需的全部工具，并采用專業(yè)面向?qū)ο蟮膱D形和動(dòng)畫創(chuàng)建用戶友好的上位機(jī)人機(jī)交互界面，畫面清晰美觀，結(jié)合大屏幕顯示器使用時(shí)，可顯示全廠設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、控制參數(shù)等內(nèi)容，信息豐富、全面，可靠性高[5]。

2 上位管理系統(tǒng)功能

上位管理系統(tǒng)主要功能包括：①硬件配置組態(tài)，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場設(shè)備(旋流器、離心機(jī)、刮板輸送機(jī)與膠帶輸送機(jī)等)之間的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)交換；②畫面組態(tài)，即采用圖形和動(dòng)畫的形式對選煤生產(chǎn)車間工藝流程進(jìn)行展示，并通過人工操作實(shí)現(xiàn)對過程參數(shù)的控制[6]；③創(chuàng)建實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù)趨勢曲線，反映出倉位、液位等變量隨時(shí)間變化的關(guān)系；④實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、歷史數(shù)據(jù)查詢與報(bào)警功能[7]；⑤各類報(bào)表的生成和打印功能[8]。

3 VSE軟件組態(tài)方法

針對鹽井選煤廠的生產(chǎn)工藝，基于VSE軟件設(shè)計(jì)了選煤廠上位機(jī)管理系統(tǒng)，并結(jié)合PLC控制器(下位機(jī))進(jìn)行了調(diào)試過程。具體操作為：①啟動(dòng)人機(jī)界面編輯環(huán)境，新建一個(gè)用于存放系統(tǒng)組態(tài)所有文件的應(yīng)用項(xiàng)目，并選擇創(chuàng)建應(yīng)用程序的類型，輸入項(xiàng)目名稱(如“鹽井選煤廠”)和描述信息；②在項(xiàng)目“鹽井選煤廠”下，建立空白畫面，命名為“主畫面”，并繪制畫面；③采用VSE自帶的圖庫繪制人機(jī)界面，然后建立RSlinx數(shù)據(jù)通訊，對設(shè)備對象進(jìn)行參數(shù)定義，同時(shí)建立圖像和動(dòng)畫、上位機(jī)冗余、安全措施與報(bào)警功能，從而實(shí)現(xiàn)對全廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測和過程參數(shù)的控制[9]。

3.1 組態(tài)畫面

鑒于該系統(tǒng)設(shè)備和過程參數(shù)較多，根據(jù)實(shí)際工藝流程和系統(tǒng)工作特性對組態(tài)畫面進(jìn)行分屏顯示，按照控制功能的不同將畫面分為主畫面和單機(jī)啟停聯(lián)鎖畫面、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)畫面、控制參數(shù)畫面與報(bào)表畫面等各分級畫面。

3.1.1 主畫面組態(tài)

主畫面由靜態(tài)文本、圖形、OLE(日期、時(shí)鐘等)、圖形切換按鈕與退出按鈕組成。在背景畫面中插入畫面窗口，調(diào)整其尺寸與各分級畫面相同，確保該窗口能完整顯示分級畫面；編寫切換畫面的語言代碼，便于調(diào)用各分級畫面[10]。鹽井選煤廠主畫面由原煤準(zhǔn)備車間、主洗車間、壓濾車間三部分組成，畫面如圖1所示。

3.1.2 分畫面組態(tài)

VSE組態(tài)軟件可直接采用圖庫中的圖形元素繪制畫面，并根據(jù)圖形對象的顏色轉(zhuǎn)換顯示設(shè)備的運(yùn)行情況。設(shè)備標(biāo)號(hào)上邊沿處的圓形圖標(biāo)顯示為紅色時(shí)，表明設(shè)備處于故障情況；點(diǎn)擊設(shè)備標(biāo)號(hào)，彈出該設(shè)備的控制對話框，即單機(jī)啟停控制畫面(圖2)，在對話框中可對設(shè)備進(jìn)行單機(jī)啟停、解鎖操作；點(diǎn)擊設(shè)備圖形，將彈出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的畫面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對設(shè)備部分狀態(tài)的監(jiān)測(圖3)，圖中402代表刮板輸送機(jī)，401和802代表膠帶輸送機(jī)，設(shè)備標(biāo)號(hào)前紅點(diǎn)表示設(shè)備處于解鎖狀態(tài)[11]。

通過數(shù)字可直觀顯示出液位、電機(jī)電流與閥門開度等控制參數(shù)。當(dāng)控制參數(shù)較多時(shí)，也可集中顯示[12](圖4)。

合介桶、循環(huán)水池等液位和煤倉料位參數(shù)，不僅用數(shù)字顯示，同時(shí)也用各桶、池、倉旁邊的柱狀圖顯示，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的高低限時(shí),閃爍報(bào)警。

3.2 建立RSlinx數(shù)據(jù)通訊

為確保上位管理系統(tǒng)與現(xiàn)場PLC及外圍設(shè)備數(shù)據(jù)鏈路的順暢，建立了RSlinx數(shù)據(jù)通訊。首先搜集與之通訊的PLC和外圍設(shè)備信息，然后確定上位管理系統(tǒng)與可編程控制器和外圍設(shè)備的通訊方式，最后確定設(shè)備的數(shù)據(jù)地址。上位機(jī)與下位機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊采用工業(yè)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)(圖5)。

圖1 主畫面顯示的畫面

圖2 單機(jī)啟停聯(lián)鎖畫面

圖3 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)畫面

圖4 控制參數(shù)顯示畫面

圖5 上位機(jī)與下位機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊圖

采用RSLinx Enterprise (RSLinx企業(yè)版)建立通訊，在應(yīng)用項(xiàng)目的編輯環(huán)境中創(chuàng)建RSLinx 數(shù)據(jù)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對PLC數(shù)值、標(biāo)簽數(shù)值和狀態(tài)信息、處理器變量信息的查看功能。

該數(shù)據(jù)服務(wù)器的標(biāo)簽包括數(shù)據(jù)服務(wù)器名稱、描述信息與所在計(jì)算機(jī)名稱等信息。對主、從數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)置時(shí)，應(yīng)保證當(dāng)主服務(wù)器失效時(shí)，可自動(dòng)切換到從服務(wù)器，減小對客戶端的破壞。

3.3 在線讀取數(shù)據(jù)標(biāo)簽

為了在組態(tài)畫面中對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，將設(shè)備變量與PLC程序中相應(yīng)的控制點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)連接，完成上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換和信息傳遞。

在編輯器中建立標(biāo)簽并存儲(chǔ)于設(shè)備、數(shù)據(jù)服務(wù)器與HMI標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫中，在數(shù)據(jù)服務(wù)器和處理器的編輯器中，創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器標(biāo)簽，并在服務(wù)器標(biāo)簽中，創(chuàng)建具有附加屬性的標(biāo)簽，如報(bào)警、安全與數(shù)據(jù)操作。

在訪問標(biāo)簽時(shí)，打開選擇的圖形對象(如402刮板輸送機(jī))，導(dǎo)入PLC標(biāo)簽，進(jìn)入PLC數(shù)據(jù)庫瀏覽器，通過在線方式獲取最新的標(biāo)簽信息(電源、運(yùn)行與故障)。將402刮板輸送機(jī)的圖形對象和標(biāo)簽進(jìn)行鏈接，當(dāng)上位管理系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，標(biāo)簽值將自動(dòng)傳送給402刮板輸送機(jī)對應(yīng)的圖形對象，這種方式能夠在線監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備和儀表(刮板輸送機(jī)、離心機(jī)與浮選機(jī)等)的運(yùn)行狀態(tài)，并存儲(chǔ)于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)日志和生成數(shù)據(jù)報(bào)表中，進(jìn)而為選煤廠的生產(chǎn)過程提供重要的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)。

3.4 冗余配置

為確保上位管理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，減少故障造成的損失，對人機(jī)界面和數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行冗余配置。該上位管理系統(tǒng)由兩臺(tái)具有主從關(guān)系的上位管理計(jì)算機(jī)組成，它們具有系統(tǒng)監(jiān)視和控制功能。當(dāng)主機(jī)正常工作時(shí)，從機(jī)同步監(jiān)視主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)；當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，主從關(guān)系立即進(jìn)行切換，從機(jī)將作為主機(jī)工作。為了實(shí)現(xiàn)上位管理系統(tǒng)的冗余，主機(jī)與從機(jī)可以具備不同的硬件配置，但必須安裝相同的軟件平臺(tái)和用戶程序。具有熱備冗余的上位管理系統(tǒng)如圖6所示，該系統(tǒng)由一臺(tái)上位管理主機(jī)和一臺(tái)熱備上位機(jī)(即從機(jī))組成，它們之間通過工業(yè)交換機(jī)與下位機(jī)和PLC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊。

圖6 熱備冗余上位管理系統(tǒng)

設(shè)置該上位管理系統(tǒng)冗余的具體步驟為：①在從機(jī)上安裝VSE軟件，將人機(jī)界面服務(wù)器文件和數(shù)據(jù)服務(wù)器組態(tài)文件復(fù)制到從機(jī)，確保每臺(tái)計(jì)算機(jī)具有相同的數(shù)據(jù)服務(wù)器組態(tài)設(shè)置，如主題、網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)置；②在人機(jī)界面編輯條件下，設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器的屬性，并指定冗余的數(shù)據(jù)服務(wù)器所處計(jì)算機(jī)名稱；③設(shè)置人機(jī)界面服務(wù)器的冗余屬性，將主服務(wù)器和從服務(wù)器的設(shè)置與應(yīng)用項(xiàng)目一并保存，在安裝服務(wù)器的計(jì)算機(jī)上設(shè)置服務(wù)器冗余，不必在客戶端計(jì)算機(jī)上進(jìn)行設(shè)置。通常情況下，當(dāng)主服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，客戶端在5 s內(nèi)就能檢測出通訊丟失的問題，及時(shí)切換到從服務(wù)器，確保客戶端運(yùn)行期間不發(fā)生中斷；當(dāng)主服務(wù)器再次啟用時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)切回主服務(wù)器，在服務(wù)器故障檢測和切換過程中，不需要采取任何措施，也無須重新啟動(dòng)軟件，即可持續(xù)地使用系統(tǒng)。

4 應(yīng)用效果

基于礦用工業(yè)以太網(wǎng)的鹽井選煤廠上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，采用VSE大型組態(tài)軟件后，可將控制技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)合而為一，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、報(bào)警及打印、實(shí)時(shí)與歷史趨勢分析等功能。采用VSE組態(tài)軟件創(chuàng)建的選煤廠上位機(jī)管理系統(tǒng)，其系統(tǒng)開發(fā)和調(diào)試時(shí)間較短，減輕了工人生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)了選煤廠機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)控制, 降低了選煤廠生產(chǎn)和維護(hù)成本，提高了鹽井選煤廠的信息化、自動(dòng)化水平。

5 結(jié)語

基于VSE組態(tài)軟件的上位機(jī)管理系統(tǒng)在鹽井選煤廠監(jiān)控系統(tǒng)的成功應(yīng)用，不僅滿足了生產(chǎn)工藝現(xiàn)場控制的需求，同時(shí)與PLC等各種設(shè)備的通訊兼容性良好。VSE組態(tài)軟件具有畫面美觀，操作簡單，組態(tài)靈活，系統(tǒng)穩(wěn)定，開發(fā)和調(diào)試時(shí)間短的優(yōu)勢，在選煤廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)中具有很好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。