羅小虎 毛先萍 發(fā) 發(fā)

(新疆大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，烏魯木齊 830046)

隨著計算機、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自控系統(tǒng)也得以迅速發(fā)展，從控制系統(tǒng)的發(fā)展史不難看出，每一代新的控制系統(tǒng)的推出都是針對老一代控制系統(tǒng)存在的缺陷而給出的解決方案[1，2]。DCS、PLC、GPC及EPS等各類控制系統(tǒng)和計量儀表在原煤生產(chǎn)和煤化工領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛[3～8]。

煤的前期處理過程主要有篩分和破碎，該過程的自動化程度會影響到生產(chǎn)效率和環(huán)境污染問題。因此，采用先進的控制系統(tǒng)，提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性有著重要意義。以太網(wǎng)工廠自動化系統(tǒng)(Ethernet for Plant Automation，EPA)是一種分布式現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，具有先進的總線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，高可靠性，強大的系統(tǒng)擴展功能，完善的設(shè)備管理功能和便捷的即插即用功能，以EPA通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，結(jié)合工業(yè)自動化生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境，將若干個分散在現(xiàn)場的設(shè)備、小系統(tǒng)和控制/監(jiān)視設(shè)備連接起來，所有設(shè)備一起運作，共同完成工業(yè)生產(chǎn)過程和操作中的I/O數(shù)據(jù)采集和自動控制，使各網(wǎng)絡(luò)層次上的信息從縱向和橫向上都能實現(xiàn)無縫集成。在此，針對現(xiàn)有煤礦篩分和破碎系統(tǒng)，基于EPA系統(tǒng)設(shè)計煤原料篩分和破碎過程監(jiān)控系統(tǒng)。

1 監(jiān)控系統(tǒng)①

基于EPA系統(tǒng)的煤原料篩分和破碎過程的監(jiān)控系統(tǒng)由篩分系統(tǒng)和破碎系統(tǒng)組成，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。所有控制器和網(wǎng)橋都采用冗余設(shè)計，現(xiàn)場層設(shè)備備有變送器和模塊，對于具有EPA協(xié)議的現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備，直接接入模塊中；不具有EPA協(xié)議的接入變送器中。

圖1 EPA監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

2 硬件

2.1 標準信號輸入模塊

標準信號輸入模塊AI212是符合EPA標準的電壓和電流信號測量模塊，可調(diào)理的信號有標準II、III型電壓信號和標準II、III型電流信號，各采樣通道之間具有點點隔離功能，其模塊接口如圖2所示。

圖2 AI212模塊接口

2.2 標準信號輸出模塊

模擬信號輸出模塊AO212為16路點點隔離型電流信號輸出模塊，能夠輸出II型和III型電流信號，具有實時檢測輸出狀況和斷線檢測功能，其模塊接口如圖3所示。

2.3 開關(guān)量信號輸入模塊

DI232是16路開關(guān)量信號輸入模塊，能夠快速響應(yīng)干觸電信號、電平信號和接近開關(guān)的數(shù)字量輸入，實現(xiàn)數(shù)字量信號的準確采集，具有信號電源自檢功能，通道與地之間統(tǒng)一隔離，并進行了電磁兼容性設(shè)計，具有群脈沖抑制和浪涌吸收保護功能，模塊接口如圖4所示。

圖3 AO212模塊接口

圖4 DI232模塊接口

2.4 開關(guān)量信號輸出模塊

開關(guān)量信號輸出模塊DO232，通過輸出開關(guān)量信號來控制外配電24V電源的通斷，達到控制負載的目的。DO232接收從控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)字信號，可直接或通過配套繼電器端子板(TB367-GPRU或TB367-GPRPU)驅(qū)動電動控制裝置。同時，在輸出電路部分將外部輸出狀態(tài)通過隔離單元反饋給信號處理單元，完成輸出狀態(tài)自檢，從而判斷各個通道的工作狀態(tài)，并將報警信息發(fā)送回控制網(wǎng)絡(luò)中。DO232與端子板TB367-GPRU和TB367-GPRPU的接口電路如圖5、6所示。

圖5 DO232與TB367-GPRU連接接口電路

圖6 DO232與端子板TB367-GPRPU連接接口電路

3 軟件

EPA組態(tài)軟件(EPA_Configuration)是基于Windows2000操作系統(tǒng)的自動控制應(yīng)用軟件，可以對EPA協(xié)議的現(xiàn)場總線進行組態(tài)，主要功能包括設(shè)備管理、設(shè)備信息訪問和設(shè)備的圖形化組態(tài)[9,10]。

基于EPA系統(tǒng)的煤原料篩分和破碎過程的監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計步驟如下：

a. 將各輸入/輸出模塊和計算機都接到交換機上，通過Dema軟件修改IP地址(128.128.3.xx)、模塊類型和位號。

b. 將CON212和計算機連接到交換機上，此時其他輸入/輸出必須切除，然后先通過Dema軟件確定模塊類型、位號和IP地址(默認為128.128.3.20)，如要修改IP，則需在設(shè)備屬性配置軟件中進行。

c. 將輸入/輸出、CON212和計算機都連接到交換機上，打開config軟件，選擇連接方式為“連接SCNET網(wǎng)絡(luò)”。在操作菜單欄中選擇-高級選項-高級工具-將添加的勾選上；然后按設(shè)備聲明，就可讀出所有輸入/輸出和CON212，如出現(xiàn)感嘆號，則需添加DD描述文件，之后再選擇自動組態(tài)-編譯-組態(tài)，即可生成執(zhí)行文件。

d. 打開Advantrol2.65.02，選擇EPA組態(tài)工程，點擊載入組態(tài)，界面如圖7所示。

e. 在總體信息標題欄下選擇組態(tài)配置，導(dǎo)入上述文件就可進行余下的組態(tài)過程，宏周期設(shè)置為250和175。

f. 組態(tài)完畢后，插入軟件狗，進行編譯，若無錯誤組態(tài)，可下載組態(tài)并發(fā)布到操作站，進入調(diào)試階段。

圖7 操作文件組態(tài)界面

4 調(diào)試

圖8 通信測試界面

圖9 自定義通信協(xié)議測試結(jié)果

圖10 一致性測試結(jié)果

5 結(jié)束語

筆者針對某煤礦企業(yè)生產(chǎn)過程設(shè)計了基于EPA系統(tǒng)的煤原料篩分和破碎過程的監(jiān)控系統(tǒng)，給出其軟、硬件設(shè)計方案，組態(tài)調(diào)試結(jié)果證實，在保證以太網(wǎng)可靠、穩(wěn)定的前提下，該監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計是可行的、合理的，可以運用到實際生產(chǎn)過程中。