基于工控組態(tài)的選煤廠智能化系統(tǒng)的研究

高俊梅

（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 063000）

1 概述

延安市車村煤礦一號(hào)井選煤廠采用“跳汰+重介+浮選”的選煤工藝，上位管理系統(tǒng)采用工控組態(tài)軟件組態(tài)王設(shè)計(jì)而成。應(yīng)用中，該組態(tài)軟件生成的監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)選煤廠生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)采集及密度控制等，進(jìn)而生成選煤廠生產(chǎn)管理需要的各種報(bào)表。

2 基于車村選煤廠組態(tài)軟件的選擇及簡介

2.1 車村選煤廠組態(tài)軟件的選擇

組態(tài)軟件的特點(diǎn)是功能全面、操作簡單、拓展性強(qiáng)、運(yùn)行可靠性高，但是針對(duì)于洗煤廠的工控軟件種類繁多，在建立系統(tǒng)前選取適合車村選煤廠的組態(tài)軟件是關(guān)鍵所在[1]。

車村選煤廠設(shè)備眾多，系統(tǒng)復(fù)雜，工況環(huán)境惡劣?；谶@些限制，北京亞控公司推出的組態(tài)王6.55具有比較完善的功能，性價(jià)比高，管理也可以實(shí)現(xiàn)最大的優(yōu)化，能滿足車村選煤廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求，因此本系統(tǒng)的上位機(jī)選用了組態(tài)王6.55。

2.2 車村選煤廠上位組態(tài)的優(yōu)點(diǎn)

組態(tài)王軟件結(jié)合了亞控公司自主研發(fā)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫（KingHistorian），目標(biāo)是建立一個(gè)以工業(yè)應(yīng)用為主的服務(wù)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)能夠?qū)嚧暹x煤廠的生產(chǎn)過程進(jìn)行人機(jī)控制，匯總、計(jì)算、分析及管理現(xiàn)場返回的數(shù)據(jù)，使操作員能夠及時(shí)地掌握生產(chǎn)的有關(guān)信息，進(jìn)而使選煤廠的產(chǎn)煤率達(dá)到最大化。

車村選煤廠上位組態(tài)的優(yōu)點(diǎn)主要包括：

（1）車村工程項(xiàng)目管理。上位機(jī)的項(xiàng)目管理器可以管理車村選煤廠的組態(tài)王工程，并且上位機(jī)組態(tài)王還可以對(duì)本工程進(jìn)行系統(tǒng)加密、畫面的開發(fā)以及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)[2-4]。

（2）豐富的驅(qū)動(dòng)能力，可與大部分的硬件連接，這就可以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場設(shè)備之間的數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)交換；畫面設(shè)計(jì)系統(tǒng)，用來監(jiān)視并控制選煤廠的生產(chǎn)過程，通過對(duì)畫面設(shè)備的操作實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場實(shí)際設(shè)備的操作，達(dá)到整個(gè)生產(chǎn)過程中控制過程參數(shù)的顯示以及修改。

（3）故障事件和系統(tǒng)報(bào)警。車村組態(tài)王故障事件和系統(tǒng)報(bào)警得到全面升級(jí)，更加凸顯上位機(jī)的可靠、靈活、方便的優(yōu)勢，多種報(bào)警管理功能組成了組態(tài)王的分布式報(bào)警管理系統(tǒng)，進(jìn)而可以隨時(shí)記錄應(yīng)用程序事件和操作員操作信息[5-6]。

通訊模式，支持異地訪問，車村上位組態(tài)可以通過遠(yuǎn)程撥號(hào)的形式與異地的設(shè)備進(jìn)行通訊，組態(tài)的原有驅(qū)動(dòng)程序與組態(tài)王的異地?fù)芴?hào)達(dá)到無縫連接，進(jìn)而原有的程序無需修改。通過此方法，車村選煤廠車間設(shè)備的運(yùn)行狀況就可以得到實(shí)時(shí)的顯示，對(duì)于返回的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行打印以及上傳等操作[7-9]。

（4）組態(tài)王的系統(tǒng)冗余。車村選煤廠的上位組態(tài)的冗余功能比較全面，這樣就大大降低了丟失數(shù)據(jù)的可能性，系統(tǒng)的可靠性得到了提高。上位組態(tài)的冗余功能起著至關(guān)重要的作用，包括雙網(wǎng)絡(luò)冗余、雙機(jī)冗余和雙設(shè)備冗余。本系統(tǒng)因?yàn)橛辛巳哂啵拍芨涌煽糠€(wěn)定地進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行，對(duì)各種狀況都能游刃有余[10-11]。

2.3 車村選煤廠上位組態(tài)簡介

車村選煤廠的上位組態(tài)系統(tǒng)主要涉及到以下四部分：項(xiàng)目的瀏覽器、項(xiàng)目的管理器、項(xiàng)目的信息以及項(xiàng)目運(yùn)行畫面。車村上位組態(tài)的總體架構(gòu)如圖1。

圖1 軟件結(jié)構(gòu)框圖

3 組態(tài)王在選煤廠自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 車村選煤廠自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)車村選煤廠控制系統(tǒng)的需求，在設(shè)計(jì)車村選煤廠自動(dòng)控制系統(tǒng)前必須制定整體的可實(shí)施的方案，關(guān)鍵是要挑選與上位組態(tài)相匹配的終端節(jié)點(diǎn)、下位機(jī)和傳感器以及可視化系統(tǒng)的建設(shè)和實(shí)現(xiàn)。技術(shù)路線如圖2。

圖2 技術(shù)路線圖

根據(jù)車村選煤廠自動(dòng)控制系統(tǒng)要求，組態(tài)王6.55作為本項(xiàng)目的上位組態(tài)，其中添加外部設(shè)備、畫面的運(yùn)行開發(fā)以及構(gòu)造數(shù)據(jù)都是在組態(tài)王中進(jìn)行的,通過以太網(wǎng)與下位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

3.2 創(chuàng)建應(yīng)用項(xiàng)目

依據(jù)車村選煤廠的監(jiān)控系統(tǒng)和工作流程，建立數(shù)據(jù)庫，定義外部設(shè)備，然后進(jìn)行項(xiàng)目界面的繪制和開發(fā)，建立畫面相應(yīng)控件與變量（數(shù)字量、模擬量）的連接。建立完成后，要進(jìn)行反復(fù)調(diào)試和運(yùn)行，直到正常運(yùn)行，項(xiàng)目建立完成。上位組態(tài)的建立流程主要包括五部分[4]，如圖3 所示。

圖3 應(yīng)用程序流程圖

（1）建立與PLC（SIMENSE S7-300）的數(shù)據(jù)通訊

組態(tài)王利用以太網(wǎng)和TCP/IP 協(xié)議可以與PLC（SIMENSE S7-300）的模塊進(jìn)行通訊，工控機(jī)網(wǎng)卡與PLC（SIMENSE S7-300）在通訊之前需要進(jìn)行如下設(shè)置：首先，確保工控機(jī)中安裝有以太網(wǎng)卡,并與PLC（SIMENSE S7-300）的模塊連接到同一局域網(wǎng)中；其次，通過編程軟件Step7 為下位機(jī)通訊模塊設(shè)定IP 地址和子網(wǎng)掩碼，并下傳到下位機(jī)中；最后，通過ping 命令查看數(shù)據(jù)通訊建立是否成功[12-13]。上位機(jī)與下位機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊如圖4。

圖4 上位機(jī)與下位機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊圖

（2）定義數(shù)據(jù)變量

組態(tài)王的數(shù)據(jù)定義內(nèi)容包括對(duì)數(shù)字量和模擬量以及中間量的定義，在創(chuàng)建項(xiàng)目過程中可以定義變量的安全區(qū)、基本屬性和報(bào)警記錄。傳統(tǒng)都采用字節(jié)定義，這樣可以節(jié)省前期工作，但是本項(xiàng)目采用了位定義，雖然前期任務(wù)重，但是在調(diào)試和生產(chǎn)過程中如果遇到問題，可以很快地得到解決，為以后長期運(yùn)行提供了安全保障，部分變量見表1。

表1 I/O 變量定義

（3）設(shè)計(jì)圖形界面

車村選煤廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的界面有：登陸、工藝流程圖、密度控制、歷史趨勢曲線、設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)報(bào)表、緊急停車、順序啟停、每個(gè)設(shè)備的啟停控制等畫面。工藝流程畫面按照設(shè)計(jì)的要求，完成逆煤流順序啟車和順煤流順序停車控制，如果有事件或者故障發(fā)生，實(shí)現(xiàn)順煤流停車控制以及緊急停車控制；密度控制畫面采用單獨(dú)的畫面控制，該畫面可以對(duì)密度計(jì)、磁性物含量、加水、分流進(jìn)行控制，從而達(dá)到重介質(zhì)密度的控制；歷史趨勢曲線畫面可以在線監(jiān)測密度計(jì)、磁性物、壓力表、浮選入料液位、加壓過濾池液位的數(shù)據(jù)變化或者查看他們的歷史情況，這樣方便操作人員實(shí)時(shí)掌握數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到對(duì)比。

（4）車村上位組態(tài)的調(diào)試和運(yùn)行

車村選煤廠控制系統(tǒng)是在系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行設(shè)計(jì)制作的畫面，其中運(yùn)行系統(tǒng)和開發(fā)系統(tǒng)是分開獨(dú)立的，因此，車村選煤廠的系統(tǒng)可以同時(shí)編輯和運(yùn)行。只有不斷地對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試修改，本系統(tǒng)的功能才能夠得到完善，運(yùn)行界面如圖5。

圖5 運(yùn)行主界面

4 結(jié)語

選煤廠的自動(dòng)控制發(fā)展，要求不能仿照以往的生產(chǎn)模式，要緊跟現(xiàn)代化、智能化的腳步，建立分布式的監(jiān)控系統(tǒng)[14-15]，進(jìn)而提高洗煤廠的效率和質(zhì)量。但由于項(xiàng)目重，工程緊，時(shí)間短，本系統(tǒng)尚存在很多缺點(diǎn)，組態(tài)王技術(shù)還沒有得到全面開發(fā)，界面還需要更進(jìn)一步地完善，還需著重開發(fā)更多的功能。