1 引言
神華集團是中國最大的煤炭企業(yè)，準格爾旗黑岱溝選煤廠是選煤主力企業(yè)，2004年通過集中控制系統(tǒng)工程招標，范圍包括對原1200萬噸選煤廠的集控系統(tǒng)升級改造，新建800萬噸重介車間的集控系統(tǒng)制造調(diào)試，全廠綜合自動化系統(tǒng)，改造后的設計產(chǎn)量達到2400萬噸，為國內(nèi)最大。全廠控制設備眾多，保護裝置齊全，工藝復雜，各系統(tǒng)間銜接關系多樣，整體系統(tǒng)控制點數(shù)龐大，網(wǎng)絡分布廣大，對控制系統(tǒng)的要求較高。
2 工藝概述
準能公司選煤廠采用跳汰、重介、淺槽洗選工藝。主要設備均由國外進口。
2.1 跳汰洗選工藝
來煤經(jīng)預先分級、手選、除鐵除雜后，篩下物(小于50mm)進入原煤倉，經(jīng)倉下給煤機給煤至皮帶輸送機，既可以去主廠房，又可裝車。篩上物(大于50mm)經(jīng)緩沖倉進入4臺跳汰機，跳汰機采用肯哈得(khd)公司產(chǎn)品，車間采用雙系統(tǒng)，各系統(tǒng)既可獨立運行，也可同時運行。塊精煤直接或經(jīng)破碎后入塊精煤倉，矸石入矸石倉。
跳汰洗精煤經(jīng)撈坑分級、篩子和離心機脫水后入精煤倉，洗混煤經(jīng)脫水后入洗混煤倉，矸石入矸石倉。煤泥水經(jīng)過傾斜板沉淀器沉淀后，打入煤泥濃縮分級旋流器組，溢流入煤泥濃縮機，底流進高頻篩。濃縮機底流經(jīng)攪拌捅入壓濾機，濾餅經(jīng)刮板入煤泥涼干場。
2.2 淺槽重介洗選工藝
原煤經(jīng)篩分破碎后，塊煤進入主廠房淺槽分選床，產(chǎn)品煤分別經(jīng)脫介篩和離心機脫水后，進入亞洲最大的槽型產(chǎn)品倉。介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)對介質(zhì)進行密度調(diào)節(jié)和磁選、脫泥工藝處理，保證工藝要求的密度、煤泥含量、液位。煤泥水處理系統(tǒng)：煤泥水經(jīng)煤泥水泵至煤泥旋流器、煤泥濃縮機，底流至安德里茲(andritz)公司的加壓過濾機，脫水后的煤泥進入精煤皮帶。裝車系統(tǒng)采用了世界先進的小時能力2×5000t的卡那瓦(kanawa)公司的快速裝車系統(tǒng)外運，如圖1所示。
圖1 洗選工藝
3 施耐德解決方案
黑岱溝選煤廠包括1200萬噸跳汰洗煤車間、新建800萬噸淺槽重介洗煤車間、400萬噸旋流器重介車間、原煤車間、篩分車間、快速裝車系統(tǒng)。跳汰洗煤廠舊的控制系統(tǒng)采用施耐德984系列產(chǎn)品，rio網(wǎng)絡采用s908方式，cpu至人機界面fix 32 采用mb+網(wǎng)絡聯(lián)接。系統(tǒng)生產(chǎn)能力近2000萬噸，每天產(chǎn)量5萬噸，而目前煤炭形勢較好，因此，如何減少系統(tǒng)停車時間，盡快將新集控投入，恢復正常生產(chǎn)，將帶來巨大的經(jīng)濟效益，而施耐德公司的quantum系列產(chǎn)品在網(wǎng)絡和軟件的向下兼容性無疑成為此次改造的不二選擇。以下將從選煤廠集中控制系統(tǒng)的軟件、硬件、網(wǎng)絡等方面分別進行技術改造方案的闡述。
3.1 基于iec61131-3的系統(tǒng)兼容性
原有984 plc的編程軟件為mod-soft，運行于dos環(huán)境，采用ld梯形圖編程。quantum系列編程軟件concept是基于windows環(huán)境的先進的編程工具。采用microsoft windows圖形用戶接口(gui)，符合iec61131-3國際標準，所以它的編輯器是統(tǒng)一的，使用簡單。支持984梯形邏輯，這為老產(chǎn)品的用戶提供了從dos到windows的平滑過渡。concept除編程外還提供了強大的硬件、軟件配置器、安全級配置器、導出功能塊(dfb)編輯器、程序轉(zhuǎn)換器、exec下載器和16位及32位仿真器等。concept完全可以將modsoft環(huán)境的984程序移植到新的環(huán)境，同時不改變原有的程序邏輯、操作習慣，保證操作人員直接使用新的系統(tǒng)而不必培訓和學習。
3.2 人機界面
fix32與ifix皆為intellution公司的人機界面軟件，ifix 為fix32的升級產(chǎn)品，兼容原有數(shù)據(jù)庫，而畫面雖不能直接使用，但可以由ifix程序組中的pictureconverter.exe直接轉(zhuǎn)換，經(jīng)簡單代碼編寫后可以順利移植原上位機。
3.3 plc部分
新模塊選型已考慮到直接一一對應替換老模塊，如離散輸入模塊點數(shù)都為16位，這樣可以直接由quantum 140dai74000替換原b809-016；離散輸出模塊點數(shù)為16位，這樣可以直接由quantum 140dra84-000替換原b808-016；這樣原有電纜保留、原有端子接線保留，只需將導線從老模塊上拆下后直接一一對應到新模塊端子上，即可實現(xiàn)原有功能，使接線改動量最少。由此減少由于接線造成的錯誤。
4 網(wǎng)絡設計
方案設計追求最大限度的減少改造可能造成的錯誤及延誤的時間，神華集團準能公司黑岱溝選煤廠綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡拓如圖2所示。
圖2 神華集團準能公司黑岱溝選煤廠綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖
原984 plc采用s908 rio網(wǎng)絡，通訊介質(zhì)(電纜)為同軸電纜，新的quantum plc亦采用rio網(wǎng)絡，通訊介質(zhì)(電纜)同樣也是同軸電纜，可以不用更換。984 plc升級為quantum plc的過程中，可以利用s908 rio網(wǎng)絡兼容quantum、984的特點進行，首先更換984 cpu部分為quantum cpu(140cpu53414a)，下掛800 i/o，運行從modsoft下導入的程序(即ll984)，然后逐步更換800 i/o為quantum的rio模板(140cra93100)，直至最終完成。
此次控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡方案是采用目前標準的、開放的工業(yè)以太網(wǎng)為基礎的、以全廠集成自動化為概念的生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)。它是用工業(yè)以太網(wǎng)、rio為系統(tǒng)網(wǎng)絡，配以高性能、高可靠的plc現(xiàn)場控制站，并具有服務器的控制系統(tǒng)。通過rio控制層網(wǎng)絡將現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時采集到現(xiàn)場控制站，現(xiàn)場控制站可進行及時的數(shù)據(jù)處理，并將上位監(jiān)控計算機所需的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)絡傳送到上層的監(jiān)控計算機，便于管理層對現(xiàn)場實際情況的及時掌握。
整個控制系統(tǒng)由現(xiàn)場設備(儀器儀表設備)、過程控制級(數(shù)據(jù)層)、中央監(jiān)控管理級(信息層)組成三級計算機集散控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制、管理功能于一體，完成整個選煤廠的過程控制、工藝流程顯示、設備運行狀態(tài)的監(jiān)測及故障報警，對選煤工藝過程進行分散控制、集中管理。
方案中的光纖環(huán)網(wǎng)層面主要以信息層為主，即cpu與主集控室的人機界面通訊為主，數(shù)據(jù)量較大，采用了100mbs快速以太網(wǎng)，為保證通訊線路的可靠性，采用了光纖環(huán)網(wǎng)作為網(wǎng)絡主干，可以在網(wǎng)絡路徑發(fā)生一處中斷的情況下，仍保證整條網(wǎng)絡的通訊暢通。
為了減少光纖環(huán)網(wǎng)的冗余數(shù)據(jù)量，降低通訊負擔，采取了每個cpu站采用雙以太網(wǎng)模板(140noe77101)的方案，劃分為兩個網(wǎng)段，一段中的一塊與本站的人機界面部分通訊，另一段中的一塊通過光電交換機moxa
eds-405-mm與上層的光纖環(huán)網(wǎng)聯(lián)通，這樣可以對數(shù)據(jù)進行分類，使本地控制通訊數(shù)據(jù)僅在本地以太網(wǎng)段交換，而需要送至主集控室的數(shù)據(jù)在另一個網(wǎng)段交換，最終在光纖環(huán)網(wǎng)上只有五個cpu至主集控室的通訊數(shù)據(jù)，避免了所有數(shù)據(jù)在光纖環(huán)網(wǎng)上的繁忙、冗余的通訊。
主集控室與快速裝車部分采用opc方式通訊。快速裝車系統(tǒng)采用ab公司的contrologix plc，主集控室的ifix
3.5采用opc client drvier與ab公司的rsliux通訊，在ifix的啟動選項中添加rsliux即可。由于快速裝車系統(tǒng)為外方設備，只提供了一塊以太網(wǎng)通訊模板與其人機界面通訊，為避免其內(nèi)部通訊數(shù)據(jù)通過光電交換機轉(zhuǎn)發(fā)而形成對上層光纖環(huán)網(wǎng)的擁塞，該網(wǎng)絡新增了一臺路由器，將內(nèi)部以太網(wǎng)與光纖環(huán)網(wǎng)分段隔離，提供了光纖環(huán)網(wǎng)對內(nèi)部contrologix的1756-enbt的單向路由訪問，即實現(xiàn)了主集控室人機界面對contrologix的1756-enbt的讀寫，同時可以阻斷內(nèi)部數(shù)據(jù)的對外轉(zhuǎn)發(fā)。
ifix安裝sql server 2000，通過實時odbc接口采樣控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)，并通過oracle服務器端與準格爾能源公司局端oracle信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫通訊。在至準格爾能源公司的上級網(wǎng)絡聯(lián)接上，采用了tp-link公司的路由器與軟件防火墻，可以在提供互聯(lián)互通的前提下，防止外部網(wǎng)絡對內(nèi)部控制網(wǎng)絡的非法訪問，保證通訊的安全。
各cpu站之間的通訊采用以太網(wǎng)的cread和cwrite程序編寫，可以實現(xiàn)高速、大量的數(shù)據(jù)共享。
在控制軟件編制上，根據(jù)concept的特點，首先對系統(tǒng)進行分析，對程序的內(nèi)存分配、地址分配進行規(guī)劃、形成表格；對程序結(jié)構(gòu)進行劃分，將不同功能的程序劃分到不同的子程序中，在主程序中分別調(diào)用，不但閱讀清晰而且調(diào)試方便；程序除改造部分沿用原ll984外，新系統(tǒng)采用ld、fbd編程；將大量功能相同(如設備啟停)的代碼函數(shù)在主程序中調(diào)用，使用時只需將變量填入子程序的管腳即可，可以減少程序的繁瑣輸入和因此帶來的輸入錯誤，而且修改方便；對代碼作注釋，功能復雜的代碼應作詳細注釋；規(guī)范變量名稱，做到程序良好的：正確性、可讀性、可維護性等。
系統(tǒng)設集中/就地兩種運行方式，集中方式下，設備可以程序起、停車(逆煤流逐臺啟車，順煤流逐臺停車)，并具有聯(lián)鎖(逆煤流方向設備閉鎖)、解鎖功能，就地方式用于檢修，設備間無閉鎖關系；集中、就地兩種運行方式在轉(zhuǎn)換過程中不影響設備的運行狀態(tài)。
5 結(jié)束語
舊系統(tǒng)升級改造是利用選煤廠停產(chǎn)間隙進行，采用上述方案逐步實施，認真準備，細心調(diào)試，在沒有耽誤生產(chǎn)的前提下，順利完成。全部系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試，于2006年初順利完成。經(jīng)大半年的運行，系統(tǒng)穩(wěn)定、生產(chǎn)正常，得到用戶的充分肯定。
作者簡介
成舉炳(1974-) 男 電氣工程師 高級程序員 網(wǎng)絡工程師
crsa會員(bg6lk)，神華集團準能公司黑岱溝選煤廠綜合自動化系統(tǒng)項目負責人，主要從事選煤廠控制系統(tǒng)設計調(diào)試與網(wǎng)絡開發(fā)。
參考文獻
[1] 施耐德公司. quantum硬件手冊
[2] 施耐德公司. rio設計手冊
[3] 施耐德公司. noe 77101硬件手冊
[4] intellution公司. ifix 3.5高級編程