基于工控組態的選煤廠智能化系統的研究

高俊梅

（1.中煤科工集團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研究中心，河北 唐山 063000）

1 概述

延安市車村煤礦一號井選煤廠采用“跳汰+重介+浮選”的選煤工藝，上位管理系統采用工控組態軟件組態王設計而成。應用中，該組態軟件生成的監控系統可以對選煤廠生產過程進行實時監控，實現現場工藝參數的實時采集及密度控制等，進而生成選煤廠生產管理需要的各種報表。

2 基于車村選煤廠組態軟件的選擇及簡介

2.1 車村選煤廠組態軟件的選擇

組態軟件的特點是功能全面、操作簡單、拓展性強、運行可靠性高，但是針對于洗煤廠的工控軟件種類繁多，在建立系統前選取適合車村選煤廠的組態軟件是關鍵所在[1]。

車村選煤廠設備眾多，系統復雜，工況環境惡劣。基于這些限制，北京亞控公司推出的組態王6.55具有比較完善的功能，性價比高，管理也可以實現最大的優化，能滿足車村選煤廠自動控制系統的要求，因此本系統的上位機選用了組態王6.55。

2.2 車村選煤廠上位組態的優點

組態王軟件結合了亞控公司自主研發的實時數據庫（KingHistorian），目標是建立一個以工業應用為主的服務平臺，這個平臺能夠對車村選煤廠的生產過程進行人機控制，匯總、計算、分析及管理現場返回的數據，使操作員能夠及時地掌握生產的有關信息，進而使選煤廠的產煤率達到最大化。

車村選煤廠上位組態的優點主要包括：

（1）車村工程項目管理。上位機的項目管理器可以管理車村選煤廠的組態王工程，并且上位機組態王還可以對本工程進行系統加密、畫面的開發以及數據的統計[2-4]。

（2）豐富的驅動能力，可與大部分的硬件連接，這就可以實現與現場設備之間的數據采集以及數據交換；畫面設計系統，用來監視并控制選煤廠的生產過程，通過對畫面設備的操作實現對現場實際設備的操作，達到整個生產過程中控制過程參數的顯示以及修改。

（3）故障事件和系統報警。車村組態王故障事件和系統報警得到全面升級，更加凸顯上位機的可靠、靈活、方便的優勢，多種報警管理功能組成了組態王的分布式報警管理系統，進而可以隨時記錄應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，車村上位組態可以通過遠程撥號的形式與異地的設備進行通訊，組態的原有驅動程序與組態王的異地撥號達到無縫連接，進而原有的程序無需修改。通過此方法，車村選煤廠車間設備的運行狀況就可以得到實時的顯示，對于返回的數據可以進行打印以及上傳等操作[7-9]。

（4）組態王的系統冗余。車村選煤廠的上位組態的冗余功能比較全面，這樣就大大降低了丟失數據的可能性，系統的可靠性得到了提高。上位組態的冗余功能起著至關重要的作用，包括雙網絡冗余、雙機冗余和雙設備冗余。本系統因為有了冗余，才能更加可靠穩定地進行系統的運行，對各種狀況都能游刃有余[10-11]。

2.3 車村選煤廠上位組態簡介

車村選煤廠的上位組態系統主要涉及到以下四部分：項目的瀏覽器、項目的管理器、項目的信息以及項目運行畫面。車村上位組態的總體架構如圖1。

圖1 軟件結構框圖

3 組態王在選煤廠自動控制系統中的應用

3.1 車村選煤廠自動控制系統設計

根據車村選煤廠控制系統的需求，在設計車村選煤廠自動控制系統前必須制定整體的可實施的方案，關鍵是要挑選與上位組態相匹配的終端節點、下位機和傳感器以及可視化系統的建設和實現。技術路線如圖2。

圖2 技術路線圖

根據車村選煤廠自動控制系統要求，組態王6.55作為本項目的上位組態，其中添加外部設備、畫面的運行開發以及構造數據都是在組態王中進行的,通過以太網與下位機實現數據交換。

3.2 創建應用項目

依據車村選煤廠的監控系統和工作流程，建立數據庫，定義外部設備，然后進行項目界面的繪制和開發，建立畫面相應控件與變量（數字量、模擬量）的連接。建立完成后，要進行反復調試和運行，直到正常運行，項目建立完成。上位組態的建立流程主要包括五部分[4]，如圖3 所示。

圖3 應用程序流程圖

（1）建立與PLC（SIMENSE S7-300）的數據通訊

組態王利用以太網和TCP/IP 協議可以與PLC（SIMENSE S7-300）的模塊進行通訊，工控機網卡與PLC（SIMENSE S7-300）在通訊之前需要進行如下設置：首先，確保工控機中安裝有以太網卡,并與PLC（SIMENSE S7-300）的模塊連接到同一局域網中；其次，通過編程軟件Step7 為下位機通訊模塊設定IP 地址和子網掩碼，并下傳到下位機中；最后，通過ping 命令查看數據通訊建立是否成功[12-13]。上位機與下位機的網絡通訊如圖4。

圖4 上位機與下位機網絡通訊圖

（2）定義數據變量

組態王的數據定義內容包括對數字量和模擬量以及中間量的定義，在創建項目過程中可以定義變量的安全區、基本屬性和報警記錄。傳統都采用字節定義，這樣可以節省前期工作，但是本項目采用了位定義，雖然前期任務重，但是在調試和生產過程中如果遇到問題，可以很快地得到解決，為以后長期運行提供了安全保障，部分變量見表1。

表1 I/O 變量定義

（3）設計圖形界面

車村選煤廠自動化控制系統的界面有：登陸、工藝流程圖、密度控制、歷史趨勢曲線、設備狀態、數據報表、緊急停車、順序啟停、每個設備的啟停控制等畫面。工藝流程畫面按照設計的要求，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生，實現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的畫面控制，該畫面可以對密度計、磁性物含量、加水、分流進行控制，從而達到重介質密度的控制；歷史趨勢曲線畫面可以在線監測密度計、磁性物、壓力表、浮選入料液位、加壓過濾池液位的數據變化或者查看他們的歷史情況，這樣方便操作人員實時掌握數據，進而得到對比。

（4）車村上位組態的調試和運行

車村選煤廠控制系統是在系統環境下運行設計制作的畫面，其中運行系統和開發系統是分開獨立的，因此，車村選煤廠的系統可以同時編輯和運行。只有不斷地對本系統進行調試修改，本系統的功能才能夠得到完善，運行界面如圖5。

圖5 運行主界面

4 結語

選煤廠的自動控制發展，要求不能仿照以往的生產模式，要緊跟現代化、智能化的腳步，建立分布式的監控系統[14-15]，進而提高洗煤廠的效率和質量。但由于項目重，工程緊，時間短，本系統尚存在很多缺點，組態王技術還沒有得到全面開發，界面還需要更進一步地完善，還需著重開發更多的功能。