祁 浩

（西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司馬蘭礦選煤廠， 山西 太原 030053）

引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的選煤廠集中控制系統(tǒng)也在不斷更新進(jìn)步，現(xiàn)代化選煤廠的建設(shè)正朝著自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展。馬蘭礦選煤廠為提升控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平，對(duì)傳統(tǒng)的集控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，以大幅縮短全廠的啟停車時(shí)間，提高原煤的洗選效率。

1 集控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)架構(gòu)

當(dāng)前，大部分選煤廠所采用的集控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，圖中傳感器、繼電器等信號(hào)檢測(cè)單元將檢測(cè)到的模擬量、開關(guān)量信號(hào)輸入至以PLC 為核心的控制單元?？刂茊卧鶕?jù)輸入信號(hào)的狀態(tài)值及上位機(jī)發(fā)出的操作指令，控制電機(jī)、泵及閱門等執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的動(dòng)作，保證設(shè)備按照生產(chǎn)需要可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，并將輸人信號(hào)狀態(tài)及操作指令執(zhí)行情況及時(shí)地反饋給上位機(jī)。上位機(jī)是一臺(tái)安裝了組態(tài)軟件的工業(yè)計(jì)算機(jī)，組態(tài)軟件用于開發(fā)集控畫面，從而實(shí)現(xiàn)操作工人與控制單元的交互，下發(fā)操作指令的同時(shí)接收顯示控制單元傳遞的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所處的運(yùn)行、停止及放障等狀態(tài)信息。選煤廠集控系統(tǒng)常用的PC 為西門子和羅克韋爾等產(chǎn)品，控制系統(tǒng)所采用的組態(tài)軟件有WinCC、組態(tài)王和ForceControl 等?；赑LC的集控系統(tǒng)采用AB 1756 系列控制器+1734 列輸人輸出模塊，組態(tài)軟件采用組態(tài)王。

2 集控系統(tǒng)的通訊連接與變量創(chuàng)建

2.1 通訊連接

為了使處于靜態(tài)的上位機(jī)畫面能動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確反應(yīng)出洗選車間設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息，需要在組態(tài)軟件和PLC 之間建立通訊連接，創(chuàng)建過程變量，使之與PLC 內(nèi)的控制變量相互關(guān)聯(lián)。OPC 通訊標(biāo)準(zhǔn)以微軟的OLE 技術(shù)為基礎(chǔ)，為基于Windows 的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過程控制應(yīng)用建立了高效的信息集成和數(shù)據(jù)交換的橋梁，具有效率高、速度快及互操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。組態(tài)王作為一款基于Windows 的工控應(yīng)用軟件，支持以O(shè)PC 方式與PLC 進(jìn)行通信，而Rslinx 軟件是羅克韋爾公司開發(fā)的PC 驅(qū)動(dòng)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(tài)王與AB1756 系列控制器之間的通訊連接采用OPC 方式實(shí)現(xiàn)。為了在組態(tài)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(gè)OPC 的訪問路徑。此外還需要在組態(tài)王工程目錄顯示區(qū)的設(shè)備項(xiàng)下的OPC 服務(wù)器子項(xiàng)中雙擊新建，在彈出的對(duì)話框中選擇RslinxOPC Server 點(diǎn)擊確定，組態(tài)王OPC 通訊連接設(shè)置圖如圖2 所示。

圖1 集控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 組態(tài)王與通訊連接設(shè)置圖

2.2 變量創(chuàng)建

用戶在組態(tài)王系統(tǒng)目錄顯示區(qū)下點(diǎn)擊數(shù)據(jù)詞典中的新建變量，在彈出的圖3 所示的對(duì)話框中輸入變量名，定義變量類型，在連接設(shè)備項(xiàng)下拉菜單中選擇“本機(jī)＼Rslinx OPC Server”，寄存器項(xiàng)就會(huì)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(shù)據(jù)類型和讀寫屬性即可。在變量定義的過程中還可對(duì)模擬量進(jìn)行高低限制，以及開關(guān)量的開通或關(guān)斷進(jìn)行報(bào)警定義，對(duì)選煤廠集控系統(tǒng)而言，通常需要對(duì)與桶的液位及設(shè)備故障相關(guān)的變量進(jìn)行報(bào)警定義。

3 集控系統(tǒng)操控畫面組態(tài)的設(shè)計(jì)

3.1 整體畫面的布局

設(shè)計(jì)的過程中，將顯示畫面分成兩部分，左側(cè)留出一個(gè)很窄的側(cè)邊欄作為固定顯示部分，把用于實(shí)現(xiàn)畫面切換的按鈕和一些共性操作顯示項(xiàng)如狀態(tài)指示燈、順序啟停命令等在此顯示出來。右側(cè)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(gè)設(shè)備的真實(shí)圖片經(jīng)過PS 處理后，作為畫面的圖形元素，形象直觀地反映各個(gè)設(shè)備之間的實(shí)際流程關(guān)系，并通過設(shè)備號(hào)顏色的變化，指示出設(shè)備處于運(yùn)行、停止及故障等狀態(tài)。

3.2 啟動(dòng)、停止順序畫面的設(shè)計(jì)

在啟動(dòng)順序和停止順序畫面中，按照逆煤流啟動(dòng)、順煤流停止的順序排列帶有設(shè)備編號(hào)的設(shè)備圖標(biāo)，列出設(shè)備在順序啟停車中的順序，在設(shè)備圖標(biāo)的左上角添加設(shè)備號(hào)，并為設(shè)備號(hào)設(shè)置矩形的背景色，通過背景色的變化顯示設(shè)備處在運(yùn)行、停止及故障等狀態(tài)。鼠標(biāo)左鍵單擊設(shè)備圖標(biāo)，還可以彈出控制設(shè)備啟停的對(duì)話框，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的上位機(jī)手動(dòng)啟?？刂?，如圖3 所示。

圖3 設(shè)備啟停控制效果圖

3.3 設(shè)備狀態(tài)畫面的設(shè)計(jì)

主廠房淺槽、膠帶篩分及浮選壓濾設(shè)備狀態(tài)畫面是采集各個(gè)車間、各個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、空開、接觸器及控制指令是否及時(shí)送達(dá)等可能引起設(shè)備無法運(yùn)行的故障點(diǎn)信號(hào)，并將這些信號(hào)變量與明確的文字標(biāo)示建立連接。不同的變量值配合不同的文字說明顯示在設(shè)備狀態(tài)畫面中，需要操作設(shè)備時(shí)，工人通過查看相應(yīng)設(shè)備各點(diǎn)狀態(tài)，判斷設(shè)備能否滿足操作要求。設(shè)備故障時(shí)通過查看各點(diǎn)狀態(tài)還可以盡快發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，以便工人及時(shí)維修。

3.4 啟停間隔畫面的設(shè)計(jì)

啟停間隔畫面是為滿足設(shè)備按順序啟動(dòng)、按順序停止過程中，設(shè)備之間的啟停間隔時(shí)間可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況靈活調(diào)整而設(shè)計(jì)的，從而可以最大限度地壓縮啟停車時(shí)間，延長有效分選時(shí)間，增加設(shè)備利用率，確保在總的生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)，達(dá)到最大的原煤入洗量。該畫面在系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)轉(zhuǎn)初期，為操作工人和工程技術(shù)人員確定了整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)的順序啟停車時(shí)間，提供了極大的方便。

3.5 數(shù)據(jù)采集畫面的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集畫面是將現(xiàn)場(chǎng)桶的液位、風(fēng)包壓力及變頻器的實(shí)際運(yùn)行頻率等模擬量數(shù)據(jù)采集并顯示在該畫面中，以便操作人員及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)的反饋設(shè)定水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的啟停及運(yùn)行頻率等參數(shù)，防止出現(xiàn)桶內(nèi)液體溢出或抽空、風(fēng)機(jī)過跳等向題，數(shù)據(jù)采集畫面實(shí)際局部效果如圖4 所示。

圖4 數(shù)據(jù)采集效果圖

圖5 控制系統(tǒng)報(bào)警效果圖

3.6 報(bào)警信息記錄、查詢畫面的設(shè)計(jì)

報(bào)警記錄、報(bào)警查詢畫面是將系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的報(bào)警信息進(jìn)行記錄、歸檔查詢。利用組態(tài)王進(jìn)行上位機(jī)畫面設(shè)計(jì)時(shí)，在創(chuàng)建變量的過程中對(duì)變量進(jìn)行報(bào)警定義，然后在畫面設(shè)計(jì)的過程中組態(tài)報(bào)警窗口，并利用與PLC 建立連接關(guān)系的“聲音報(bào)警”變量和組態(tài)王提供的內(nèi)部變量“8 新報(bào)警”使得出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí)上位機(jī)畫面系統(tǒng)輸出報(bào)警聲音，自動(dòng)彈出如圖5 所示的報(bào)警信息窗口，提示集控畫面操作人員系統(tǒng)出現(xiàn)問題，需盡快處理。注銷為實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的查詢、瀏覽，通過建立設(shè)置ODBC 數(shù)據(jù)源將報(bào)警信息存儲(chǔ)到關(guān)Access 系數(shù)據(jù)庫中，并在組態(tài)王畫面配置中創(chuàng)建控件，編輯屬性代碼，實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息按日期、報(bào)警組名稱的查詢，以便于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)事后對(duì)報(bào)警信息的查看和設(shè)備故障情況的統(tǒng)計(jì)分析。

3.7 用戶權(quán)限設(shè)置與系統(tǒng)保護(hù)

用戶登錄/注銷為一個(gè)反選按鈕，當(dāng)有用戶登錄時(shí)，顯示用戶注銷，此時(shí)點(diǎn)擊即可注銷當(dāng)前用戶;當(dāng)沒有用戶登錄時(shí)，顯示用戶登錄，此時(shí)點(diǎn)擊即可彈出用戶登錄窗口。為了便于現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的管理，保證操作的安全，使系統(tǒng)對(duì)不同的生產(chǎn)車間滿足不同的操作權(quán)限要求，使用組態(tài)王軟件中自帶的系統(tǒng)配置中的用戶配置，對(duì)選煤廠上位機(jī)畫面功能和用戶訪問權(quán)限進(jìn)行設(shè)置，使不同的生產(chǎn)車間用戶對(duì)系統(tǒng)具有不同的畫面訪問權(quán)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(nèi)的設(shè)備，無法控制操作其他車間內(nèi)的設(shè)備。

4 基于組態(tài)王的集控系統(tǒng)的應(yīng)用效果

基于組態(tài)王的集控制系統(tǒng)在馬蘭礦選煤廠投入運(yùn)行后，實(shí)踐效果良好，運(yùn)行可靠、故障率低，操作簡(jiǎn)單，學(xué)習(xí)成本低，上手快；控制準(zhǔn)確，控制方式多樣，控制命令的下達(dá)時(shí)間短、延遲低，能夠及時(shí)地反映出現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及故障情況，大大降低了設(shè)備大范圍故障停機(jī)事故的出現(xiàn)，增強(qiáng)了選煤廠生產(chǎn)的連續(xù)性，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高洗選效率。