WinCC腳本在潔凈型煤生產自動控制系統中的應用

陳 濤，毛維龍，王保明，張號官，丁淑英

(兗煤藍天清潔能源有限公司，山東 鄒城 273500)

1 潔凈煤廠煤粉制備工藝存在的問題

兗煤藍天清潔能源有限公司潔凈煤廠的潔凈煤干壓成型技術，是國內首創的一種新型潔凈煤生產技術。該廠在潔凈型煤生產過程中，由于生產系統分散且無成熟的設計可以借鑒，其工藝需要使用多個廠家的成套設備來完成[5]。其中煤粉制備系統中的設備最為集中，分別為輸煤、立磨、錘磨、稱重、混料、氣力輸送等。各系統之間在工藝控制中既存在互相銜接，也存在交叉運行，而不同廠家的設備自帶的PLC控制系統卻互相高度獨立，相互之間無數據交換，也無必要的上下級之間的邏輯連鎖(圖1)。這種現象導致整個煤粉制備系統在運行時需要集控操作員來完成工藝之間的閉環控制與上下級的連鎖，大大增加了集控人員的工作量與失誤率，嚴重制約了整個工藝的運行效率與生產安全。尤其是在下一級設備發生故障停機時，集控人員無法及時手動停止上一級設備，致使每次設備意外跳停時都會導致上一級設備堵料。

圖1 煤粉制備工藝各PLC系統控制示意

為解決該問題，潔凈煤廠多次聯系煤粉制備各系統廠家人員，要求在各自的PLC系統中添加與其他關聯設備的閉鎖程序。由于煤粉制備子系統較多，廠家極為分散，難以同時召集各系統廠家聯合修改程序，且各廠家之間也不愿兼容其他廠家的控制流程，亦不愿將己方程序及工藝數據與其他廠家共享，導致該方案無法完成。

2 控制系統概述

煤粉制備工藝各PLC系統中，原煤混料PLC系統負責控制給煤機、原煤帶式輸送機、混料機、混料螺旋及混料斗提機等設備。立磨PLC系統為廠家設備自帶控制系統，負責立磨系統的運行。錘磨PLC系統同樣為廠家設備自帶控制系統，主要負責控制錘磨系統及煤粉輸送設備(包括刮板輸送機、螺旋泵、羅茨風機)的運行。轉子秤PLC系統由氣力輸送設備廠家配套，主要負責原料轉子秤系統的PID控制，用來精確控制各原料的配比。而轉子秤的啟動與停止則由原煤混料PLC系統采用GET/PUT指令讀寫轉子秤PLC相應的數字量點來實現[2]。各系統均使用西門子S7-300系列CPU，其中原煤混料系統及轉子秤系統采用西門子CPU 315-2PN/DP控制器，立磨及錘磨系統采用CPU 314C-2PN/DP控制器，各控制器通過 Profinet協議連接廠工業環網[4]。潔凈煤廠工業環網核心由5臺MOXA的EDS-510A-1GT2SFP-T三層光纖交換機組成，上位機則采用V7.4版本的WinCC組態軟件，由1臺Server及5臺Client組成C/S架構連接工業環網[3](圖2)。

圖2 潔凈煤廠網絡拓撲示意

鑒于目前潔凈煤廠上位機使用西門子WinCC組態軟件，各設備均使用西門子PLC進行控制，而WinCC支持C語言與VB語言的腳本編程，可以方便的實現自動控制；被監視數據與被控數據在同一系統及同一工業以太網內，無需考慮屬于哪一臺PLC控制，更無需改動數據所在PLC的程序；且WinCC與各設備廠家所用PLC同屬于西門子，兼容性和數據穩定性更好，所以該方式的優點適合潔凈煤廠目前面臨的情況。

3 閉鎖控制邏輯

閉鎖邏輯的設計只需考慮各系統需要與其他系統銜接的設備，而系統內部各設備的閉鎖已由廠家完成。閉鎖設計以原煤倉、煤粉倉、混料倉等緩沖倉下星型卸料閥為界，當其中1臺設備因故障跳停時，應聯跳上級設備直到最近的緩沖倉下卸料閥為止。緩沖倉容量較大，不影響上級系統運行，可以為系統排除故障提供較長時間。為了防止緩沖倉煤粉溢出風險，可以用緩沖倉稱重數據來聯跳上級設備直至更上一級緩沖倉下的卸料閥。由此可以完成整個煤粉制備系統的閉鎖設計，并最大限度的減小故障影響范圍，提高效率，降低生產安全風險。

4 實現方式

在WinCC左側目錄樹中點擊“全局腳本”，并新增一個動作，在該動作中根據閉鎖控制邏輯使用C語言進行編程[1]，編寫時C語言的使用應符合ANSI-C規范[9]。編寫完成后對所寫腳本進行編譯，編譯如無錯誤，將其保存至WinCC項目所在的PAS文件夾中。如編譯出錯，對相應的錯誤進行修改，直至編譯正確后方可保存至PAS文件夾中。該動作觸發器周期應設置為1 s，不宜設置過短或過長時間，以免頻繁刷新PLC數據或出現控制滯后現象[9]。最后，需要在WinCC目錄樹中的“計算機屬性”中點擊“啟動”選項卡，并勾選“全局腳本運行系統”以啟用該腳本[3]。完成以上工作后，重新激活WinCCC[7]，C語言腳本將按照編寫的邏輯實時監測數據的變化，并根據變化執行相應的操作命令來實現自動控制。

5 運行效果

潔凈型煤廠在使用WinCC腳本對控制系統進行優化后，完全實現了預定功能。在實現閉鎖后，又使用全局腳本的方式對干壓成型潔凈型煤生產的集中控制系統進行了自動運行的編程設計。試驗運行表明，WinCC能實時采集各系統數據，并根據C腳本對各被控數據進行實時刷新，模擬設備故障跳停時，WinCC立刻對上級連鎖設備所在的不同PLC刷新其數據，以跳停相應設備直至上一級緩沖倉卸料閥為止。該方式大大減輕了集控操作人員的工作量，避免了故障停機后導致上級設備堵料的問題。該方式運行穩定、可靠，對干壓成型潔凈煤生產系統的自動控制提供了一種簡單易行且穩定的實現方式。