選煤廠綜合自動化系統分析與應用

陳文麗

摘要：在以太網網絡基礎之上利用計算機及自動化技術對自動化子系統予以整合，構建選煤廠綜合自動化系統具有重要意義。文章從網絡平臺結構、內容以及工控設備等角度闡述了選煤廠綜合自動化系統設計，并對其應用進行了分析。

關鍵詞：綜合自動化系統；網絡平臺；系統應用；選煤廠

中圖分類號：TD948 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）03-0072-02

選煤廠綜合自動化系統是以集成生產設計思想為指導，借助計算機以及自動化等技術在工業以太網基礎之上對相關子系統加以整合而構建起來的。隨著信息時代的到來，網絡的影響范圍日益擴大，對于工業自動化控制系統而言，集中控制系統必將被全數字現場總線控制系統所取代。

一、選煤廠綜合自動化系統分析

全數字現場總伐控制系統中存在著擴展性以及兼容新等難題，對此，當前關于三層設備、兩層網絡結構的系統結構已基本不存在爭議。其中，三層設備主要是指：諸如傳感器、I/O設備等處于底部的現場設備；諸如可編程邏輯控制器以及專用控制器等處于中間位置的控制設備以及操作站和數據服務器等上層操作設備。兩層網絡主要指的是控制網絡以及管理網絡，其中，前者位于現場與控制設備之間，為現場總線結構；后者處于控制與操作設備之間，為工業以太網結構。作為當前使用范圍最廣的通信技術，以太網的優勢主要體現在以下幾方面：成本低廉、可供選擇的傳輸媒介種類繁多、速度較快、組網方便等。目前為止，我國煤礦開采較為環保的一種方式為通過膏體填充方式進而開采過程，該方法是一種將固體廢料、粉煤灰、煤矸石以及一些劣質土等材料制作成無需脫水、無臨界流速的膏狀體，在重力或是泵的壓力作用下，通過管道輸送進行煤礦開采作業。使用該技術進行露天煤礦開采工藝的優點在于高效、環保以及作業安全，目前在我國也被廣為采用。在炮采方面，目前則采用綜采膏體填充技術。其填充材料為水泥、粉煤灰、減水劑以及煤矸石等材料。該方法形成的膠體填充濃度更高，增強了其流動性，在高速的材料攪拌中送至充填區進行充填。目前該方法多被加拿大采用。

二、選煤廠綜合自動化系統應用

筆者在此所闡述的選煤廠綜合自動化系統主要是由生產集中監控系統以及信息管理系統構成的，借助該系統有助于管控一體化的實現。先以某選煤廠為例，該廠當前所擁有的主要設備有：動篩車間、主廠房、壓濾車間以及裝車站等。該選煤廠采用的工藝為：在動篩車間對主井煤倉來煤進行篩分，采用動篩跳汰機對50～300mm 塊煤進行選矸，低于50mm的就屬于末煤，此類煤將被運入到模塊主廠房，利用重介旋流器以及螺旋分選機進行篩選。

生產集中監控系統選用的是工業控制網絡技術NetLinx開放式網絡架構，主要分為EtherNet、ControlNet以及DeviceNet三層。監控層選用當前應用范圍最廣的工業以太網網絡結構，其主要作用在于提供I/O消息，并確保對等信息通信的順利實現；設備組與交換機連接方式為點對點；控制層選擇的是ControlNet網絡結構，是由四條ControlNet網絡組成的；設備層采取的是DeviceNet網絡結構，其作用在于實現底部設備與車間控制器的有效連接。三個層次的拓撲結構分別是星形、總線形和總線形。

在MSP430F149與CC2420射頻芯片之間所進行的數據的發送和接收主要是通過SPI接口實現的。用標準的四線制連接CC2420與SPI，前者向后者提供時鐘。通過硬件初始化接口、SPI輸入輸出方向設置接口以及SPI中斷服務程序就可以實現SPI的驅動設計，其中，物理層通信協議狀態的轉換主要是由SPI輸入輸出方向設置接口負責；在SPI中斷服務程序中數據的接受和發送是依據字節流來安排的，數據包是按字節進行發送的，在數據包發送完畢之后，會相應的將狀態從發送轉換為接收。

ADC驅動設計主要是由硬件初始化接口、采集數據接口以及中斷服務程序所組成的，其中，硬件初始化接口的主要作用在于按照預期的工作模式設置ADC控制寄存器，系統初始化時予以調用。一路輸入通道主要負責轉換傳感數據模數，另外一路則主要負責轉換RSSI模數、選擇ADC的參考電壓等；采集數據接口，主要負責選擇輸入通道，并啟動一次AD轉換，供其他需要AD轉換數據的模塊調用；中斷服務程序主要用于對所采集到的數據進行存儲，在進行數據的接收和處理時需要對相應的模塊接口進行調用。

信息管理系統需要從選煤廠所開展的主要業務性質以及技術發展實際情況為出發點，選擇100/1000M交換以太網作為系統網絡結構方案，并選擇星形網絡拓撲結構。信息管理系統主要包括兩個層次，分別是核心層及接入層，其中，核心層擁有1000M的帶寬，主要組成部分為中心交換機一臺以及服務器群；接入層擁有100M帶寬，一般選擇用戶相對比較集中的位置進行安裝。該系統主要是由四個子系統構成的，分別是生產技術管理子系統、生產調度子系統、煤質化驗管理子系統以及機電設備管理子系統。其中，生產技術管理子系統的主要作用是分類并科學管理選煤廠的相關技術信息，以記錄的與所使用的技術相關的數據為基礎，通過分析做出恰當處理，并進行存檔；生產調度管理系統的主要作用是對選煤廠的所有采購、生產以及經營等相關情況進行記錄，在匯總相關數據的基礎上，開展統計，此外還提供查詢服務，并在數據分析結果的基礎上制作報表；煤質化驗管理子系統的主要作用是負責對選煤廠化驗數據進行記錄，并對化驗報告進行整理和計算；機電設備管理子系統主要是由設備臺賬管理以及設備運行安全管理兩部分組成的。與此同時，選煤廠還需要購置工業電視系統一套，并在廠調度室設置監控中心，同時配置二十五寸的彩色監視器共十二臺，大屏幕系統一臺，并將其連接到控制系統上位機中。

該選煤廠綜合自動化系統主要具備以下功能：第一，可以自動將預告功能啟動，也就是啟動系統前會利用笛和鈴發出啟動預告信號；第二，禁止設備啟動功能，在發出預告的情況下，如果監控系統上位機接收到禁止啟動信號，設備將無法啟動，與此同時，禁止啟動的設備編碼也將會被如實記錄；第三，啟動及暫停功能，如果在啟動時發生設備故障或接收到禁啟指令，啟動程序將會被暫停，并有一段時間延時，在此期間并不會停止已經啟動的設備，如果及時將設備故障解決，則發出啟動指令，如果短時間內無法解除故障，已經啟動的設備也會被停止；除此之外，還具備故障處理、診斷、監控等功能。

三、結語

以整體設計與系統集成為理念、以工業以太網網絡平臺為基礎的選煤廠綜合自動化系統，將管、調、控、監進行了有效整合，系統實際應用實踐表明，該系統有助于促進精煤產率、穩定率以及合格率的提高，對原煤加工成本以及材料消耗等予以有效控制，為確保選煤廠正常運轉提供有力保障。

參考文獻

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（責任編輯：趙秀娟）