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本文介紹了一種基于IFIX上位機(jī)的自動配煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì),選用SIEMENS-PLC-300作為主要的控制手段,以在線灰分儀的灰分或發(fā)熱量作為主要控制目標(biāo),通過自動切換給煤機(jī)和調(diào)節(jié)給煤機(jī)控制器變頻頻率作為控制配煤煤種給煤量的調(diào)節(jié)手段,采用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集,上位機(jī)選用IFIX-V5.3作為監(jiān)控軟件,通過MODBUS協(xié)議直接控制現(xiàn)場的變頻器,底層控制網(wǎng)的通訊選用PROFIBUS2MPI現(xiàn)場總線。該系統(tǒng)已在生產(chǎn)實(shí)際中成功應(yīng)用。

　　提出了基于IFIX和灰分閉環(huán)的控制策略,并充分利用在線檢測和自動控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)了配煤過程的自動化和信息化并收到良好效果。開灤礦業(yè)集團(tuán)公司單侯礦井的基于IFIX開發(fā)的配煤綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)底層設(shè)備為SIEMENS公司的SIEMENS-PLC-300,通過MTCP(多通道傳輸平臺)和I/O驅(qū)動進(jìn)入上位機(jī),實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的管控一體化。

1　自動配煤系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1　系統(tǒng)背景

自動配煤控制系統(tǒng)主要由5條皮帶組成:東翼北側(cè)皮帶、東翼南側(cè)皮帶、西翼北側(cè)皮帶、西翼南側(cè)皮帶和儲煤廠至裝車站皮帶,前4條皮帶稱為配煤皮帶,后一條皮帶稱為裝車皮帶;4條配煤皮帶各安裝1臺皮帶秤和7臺給煤機(jī),每臺給煤機(jī)由1臺ABBACS600變頻器控制。裝車皮帶裝有1臺皮帶秤和一臺MCI公司的MODEL-2500型在線灰分儀。監(jiān)測信號主要有5臺皮帶秤的累計(jì)量、在線灰分儀的瞬間值和累計(jì)值、各設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息值,如當(dāng)前皮帶起停信息、皮帶帶速、皮帶伺服電機(jī)電流,還有一些故障信息如皮帶跑偏、堆煤、熱繼故障等。電控柜1負(fù)責(zé)所有的給煤機(jī)的配電,電控柜2負(fù)責(zé)4條配煤皮帶膠帶機(jī)的配電,電控柜3負(fù)責(zé)裝車皮帶膠帶機(jī)的配電,3臺電控柜的綜保接入PLC柜,沿線保護(hù)、電子皮帶秤和灰分儀的監(jiān)控數(shù)據(jù)接入PLC柜,語音、PLC柜通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)入上位機(jī)。

1.2　配煤系統(tǒng)控制原理

采用一致的配煤設(shè)計(jì)思想:通過自動切換給煤機(jī)和調(diào)節(jié)給煤機(jī)變頻器頻率作為控制配煤煤種給煤量的調(diào)節(jié)手段,以在線灰分儀的灰分或發(fā)熱量作為主要控制目標(biāo),以各配煤煤種的煤量作為輔助反饋參數(shù)。 配煤的最終目標(biāo)是要使“累計(jì)灰分或發(fā)熱量”達(dá)到“目標(biāo)值”,如果“累計(jì)值”比“目標(biāo)值”低得較多,就可以適當(dāng)提高當(dāng)前皮帶上煤的灰分或發(fā)熱量,反之,也可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.3　配煤系統(tǒng)硬件/軟件結(jié)構(gòu)

1.3.1　硬件部分整個自動配煤系統(tǒng)硬件可分為兩層:監(jiān)控管理層和現(xiàn)場測控層。監(jiān)控管理層由2臺上位機(jī)組成,2臺上位機(jī)形成雙機(jī)熱備配置,保證了配煤系統(tǒng)的穩(wěn)定性。上位機(jī)裝有3塊接口卡,分別是CP5611現(xiàn)場總線接口卡、摩莎卡CP114IS和SI2EMENS1613卡,CP5611用于上位機(jī)通過PROFIBUS2DP現(xiàn)場總線獲取PLC現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù),摩莎卡CP114IS用于通過MODBUS協(xié)議將28臺變頻器接入上位機(jī),SIEMENS1613卡用于快速裝車站系統(tǒng)的接入和自動配料系統(tǒng)接入調(diào)度室綜合自動化及安全生產(chǎn)管理信息化平臺。

現(xiàn)場測控層由灰分儀、皮帶秤和PLC及其所連接的膠帶保護(hù)設(shè)備組成,灰分儀安裝在裝車皮帶的機(jī)頭處,實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)所配的煤是否滿足要求,皮帶秤安裝在各條皮帶的機(jī)頭處,分別給出各配煤皮帶的累積量作為灰分的輔助參數(shù)參與配煤,PLC負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制。本自動配煤系統(tǒng)采用西門子公司CPU31522DP,它集成PROFIBUS2DP現(xiàn)場總線接口,I/O模塊下的執(zhí)行器和傳感器連接到現(xiàn)場設(shè)備,通過現(xiàn)場總線向CPU或上位機(jī)輸入數(shù)據(jù)。為了便于現(xiàn)場設(shè)備的控制在配煤系統(tǒng)中增加了一個SI2EMENSTP270的觸摸屏,通過MPI總線與CPU通信,CPU的另一個DP口用于低壓配電柜接入,用于實(shí)時的讀取膠帶機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。至此CPU的2個DP口都被占用,所以在配煤系統(tǒng)中增加了CP341通信模塊,用于上位機(jī)獲取PLC現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1.3.2　軟件部分

軟件部分包括Windows2000profissional操作系統(tǒng)、下位機(jī)編程軟件、下位機(jī)組機(jī)的監(jiān)控軟件選用由美國Intellution公司開發(fā)的基于WindowsNT的IFIX-V5.3,它集控制技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、圖形技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身,包含動態(tài)顯示、報警、趨勢、控制策略、控制網(wǎng)絡(luò)通信等組件,使用戶可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要生成相應(yīng)應(yīng)用軟件。

　　本配煤系統(tǒng)在上位機(jī)IFIX監(jiān)控軟件中添加了OPC驅(qū)動和MODBUS驅(qū)動;OPC驅(qū)動用于從PROFIBUSDP總線上獲取PLC數(shù)據(jù),完成設(shè)備監(jiān)測和控制,MODBUS驅(qū)動用于連接28臺變頻器,完成對每臺給煤機(jī)起停和轉(zhuǎn)速的控制,從而調(diào)節(jié)參與自動配煤系統(tǒng)的各煤種的數(shù)量。

2　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)
2.1　正確配置IFIX網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)

為實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間進(jìn)行互訪還需要對IF2李偉,等:基于IFIX的配煤自動化設(shè)計(jì)

IX進(jìn)行正確的配煤系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。1)為每個IFIX節(jié)點(diǎn)命名,這是IFIX節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)上互訪的標(biāo)志;2)為2臺服務(wù)器設(shè)置相同的邏輯節(jié)點(diǎn)名;3)將IFIX節(jié)點(diǎn)正確地加入到遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)列表中;4)啟用服務(wù)器的邏輯節(jié)點(diǎn)名,并將2臺服務(wù)器配置成主節(jié)點(diǎn)和備用節(jié)點(diǎn);5)修改系統(tǒng)hosts文件,注明IFIX節(jié)點(diǎn)及其IP地址。

2.2　OPC服務(wù)器的配置

盡管有OPC服務(wù)器配置的參考手冊,但很多同行在實(shí)際操作中感到很難一次配置成功。需要注意幾點(diǎn):1)配置MPI網(wǎng)絡(luò)時要比DP網(wǎng)多一個通訊參數(shù)的設(shè)置;2)S7連接屬性設(shè)置時所設(shè)置參數(shù)是機(jī)架和插槽號,300系列的CPU默認(rèn)機(jī)架和插槽號分別為0,2;3)CP5611卡的驅(qū)動是在安裝SimaticnetV6.2后自動添加的,無需再添加。

2.3　利用MODBUS驅(qū)動控制變頻器

首先在IFIX中添加MODBUS驅(qū)動,驅(qū)動添加完成后再添加設(shè)備和設(shè)備的數(shù)據(jù)塊。添加設(shè)備時變頻器參數(shù)設(shè)置和上位機(jī)的通訊參數(shù)設(shè)置要一致,添加數(shù)據(jù)塊時要注意寄存器與其所賦值代表的不同含義。例如:對寄存器40001賦值0476204772047F變頻器啟動;賦值047E變頻器應(yīng)用停止;賦值0476變頻器復(fù)位。另外,IFIX只能輸入10進(jìn)制,需要把上述16進(jìn)制的賦值轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制。

2.4　數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

作為組態(tài)畫面顯示的數(shù)據(jù)來源,實(shí)時數(shù)據(jù)庫在整個監(jiān)控系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。在創(chuàng)建IFIX實(shí)時數(shù)據(jù)庫前,需要:1)按照帶給煤機(jī)啟動、給煤機(jī)控制系統(tǒng)保護(hù)和系統(tǒng)監(jiān)測等的不同分別設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及其類型;2)監(jiān)控數(shù)據(jù)的I/O驅(qū)動器或OPC服務(wù)器地址列表;3)報警要求。在設(shè)計(jì)實(shí)時數(shù)據(jù)庫時,為了提高數(shù)據(jù)庫的查詢速度,尤其是方便分系統(tǒng)瀏覽煤礦生產(chǎn)中的監(jiān)控數(shù)據(jù),實(shí)時數(shù)據(jù)庫中標(biāo)簽的命名最好遵守一定的規(guī)則。在該項(xiàng)目中,采用了3級標(biāo)簽命名法,即設(shè)備名、數(shù)據(jù)塊名和數(shù)據(jù)類型,相互之間用下劃線分開。設(shè)備名標(biāo)明該標(biāo)簽代表的數(shù)據(jù)是屬于哪個監(jiān)控分系統(tǒng),數(shù)據(jù)塊名是該自動化配煤系統(tǒng)中進(jìn)行某一具體監(jiān)測與控制的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)類型進(jìn)一步說明了該數(shù)據(jù)是輸入還是輸出,是模擬量還是開關(guān)量等重要信息。標(biāo)簽名的設(shè)備名和數(shù)據(jù)塊名都取拼音字母的首位并大寫。這一標(biāo)簽命名方式不僅大大減少了在實(shí)時數(shù)據(jù)庫中出現(xiàn)重復(fù)標(biāo)簽的機(jī)會,而且提高了數(shù)據(jù)庫的檢索速度。例如要在實(shí)時數(shù)據(jù)庫中建立一個監(jiān)測東翼北給煤機(jī)運(yùn)行的監(jiān)測量,則應(yīng)該命名為:DBJDJDI,監(jiān)控信息時,當(dāng)要查詢所有關(guān)于東翼北給煤機(jī)電機(jī)運(yùn)行的只要在數(shù)據(jù)庫中增加過濾條件“標(biāo)簽名={DBJDJ3}”即可。

3　給煤系統(tǒng)功能
3.1　實(shí)現(xiàn)自動/手動配煤控制模式

手動控制方式是通過調(diào)度室配煤上位機(jī)的有關(guān)參數(shù)畫面,用鍵盤進(jìn)行頻率設(shè)定,控制煤的流量。自動配煤是計(jì)算機(jī)根據(jù)所要求的灰分自動給出有關(guān)計(jì)算參數(shù)和配煤策略,根據(jù)所得的參數(shù)自動下裝到變頻器的控制參數(shù)中,給煤系統(tǒng)自動運(yùn)行達(dá)到灰分要求。

3.2　顯示與報警

為保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行,在上位機(jī)監(jiān)控畫面中顯示設(shè)備狀態(tài)、目標(biāo)灰分、瞬時灰分、累計(jì)灰分、變頻器頻率、煤倉倉位、設(shè)備故障與報警提示等數(shù)據(jù)和信息,實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)、多工位的實(shí)時通訊,保證了配煤操作的協(xié)調(diào)和穩(wěn)定運(yùn)行,并向后臺數(shù)據(jù)庫發(fā)送記錄數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)配煤系統(tǒng)的信息管理和統(tǒng)計(jì)、報表輸出,以及廠級管理人員對配煤過程的瀏覽和監(jiān)視。

3.3　網(wǎng)絡(luò)功能

IFIX組態(tài)軟件支持ODBC數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫和IFIX數(shù)據(jù)庫的通信。通過把數(shù)據(jù)寫入SQLserver數(shù)據(jù)信息。

4　結(jié)論
本自動配煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試已經(jīng)完成投入正常運(yùn)行,系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠,使生產(chǎn)自動化達(dá)到一個新的水平。

 

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