本文介绍了一种基于IFIX上位机的自动配煤系统的设计,选用SIEMENS-PLC-300作为主要的控制手段,以在线灰分仪的灰分或发热量作为主要控制目标,通过自动切换给煤机和调节给煤机控制器变频频率作为控制配煤煤种给煤量的调节手段,采用OPC技术实现了上位机对现场数据的采集,上位机选用IFIX-V5.3作为监控软件,通过MODBUS协议直接控制现场的变频器,底层控制网的通讯选用PROFIBUS2MPI现场总线。该系统已在生产实际中成功应用。

　　提出了基于IFIX和灰分闭环的控制策略,并充分利用在线检测和自动控制技术,实现了配煤过程的自动化和信息化并收到良好效果。开滦矿业集团公司单侯矿井的基于IFIX开发的配煤综合自动化监控系统底层设备为SIEMENS公司的SIEMENS-PLC-300,通过MTCP(多通道传输平台)和I/O驱动进入上位机,实现了该系统的管控一体化。

1　自动配煤系统系统设计
1.1　系统背景

自动配煤控制系统主要由5条皮带组成:东翼北侧皮带、东翼南侧皮带、西翼北侧皮带、西翼南侧皮带和储煤厂至装车站皮带,前4条皮带称为配煤皮带,后一条皮带称为装车皮带;4条配煤皮带各安装1台皮带秤和7台给煤机,每台给煤机由1台ABBACS600变频器控制。装车皮带装有1台皮带秤和一台MCI公司的MODEL-2500型在线灰分仪。监测信号主要有5台皮带秤的累计量、在线灰分仪的瞬间值和累计值、各设备当前运行状态信息值,如当前皮带起停信息、皮带带速、皮带伺服电机电流,还有一些故障信息如皮带跑偏、堆煤、热继故障等。电控柜1负责所有的给煤机的配电,电控柜2负责4条配煤皮带胶带机的配电,电控柜3负责装车皮带胶带机的配电,3台电控柜的综保接入PLC柜,沿线保护、电子皮带秤和灰分仪的监控数据接入PLC柜,语音、PLC柜通过工业以太网进入上位机。

1.2　配煤系统控制原理

采用一致的配煤设计思想:通过自动切换给煤机和调节给煤机变频器频率作为控制配煤煤种给煤量的调节手段,以在线灰分仪的灰分或发热量作为主要控制目标,以各配煤煤种的煤量作为辅助反馈参数。 配煤的最终目标是要使“累计灰分或发热量”达到“目标值”,如果“累计值”比“目标值”低得较多,就可以适当提高当前皮带上煤的灰分或发热量,反之,也可以进行调节。

1.3　配煤系统硬件/软件结构

1.3.1　硬件部分整个自动配煤系统硬件可分为两层:监控管理层和现场测控层。监控管理层由2台上位机组成,2台上位机形成双机热备配置,保证了配煤系统的稳定性。上位机装有3块接口卡,分别是CP5611现场总线接口卡、摩莎卡CP114IS和SI2EMENS1613卡,CP5611用于上位机通过PROFIBUS2DP现场总线获取PLC现场的监测数据,摩莎卡CP114IS用于通过MODBUS协议将28台变频器接入上位机,SIEMENS1613卡用于快速装车站系统的接入和自动配料系统接入调度室综合自动化及安全生产管理信息化平台。

现场测控层由灰分仪、皮带秤和PLC及其所连接的胶带保护设备组成,灰分仪安装在装车皮带的机头处,实时监测系统所配的煤是否满足要求,皮带秤安装在各条皮带的机头处,分别给出各配煤皮带的累积量作为灰分的辅助参数参与配煤,PLC负责现场数据采集和设备控制。本自动配煤系统采用西门子公司CPU31522DP,它集成PROFIBUS2DP现场总线接口,I/O模块下的执行器和传感器连接到现场设备,通过现场总线向CPU或上位机输入数据。为了便于现场设备的控制在配煤系统中增加了一个SI2EMENSTP270的触摸屏,通过MPI总线与CPU通信,CPU的另一个DP口用于低压配电柜接入,用于实时的读取胶带机的运行参数。至此CPU的2个DP口都被占用,所以在配煤系统中增加了CP341通信模块,用于上位机获取PLC现场的监测数据。

1.3.2　软件部分

软件部分包括Windows2000profissional操作系统、下位机编程软件、下位机组机的监控软件选用由美国Intellution公司开发的基于WindowsNT的IFIX-V5.3,它集控制技术、人机界面技术、图形技术、数据库技术、网络技术于一身,包含动态显示、报警、趋势、控制策略、控制网络通信等组件,使用户可根据实际生产需要生成相应应用软件。

　　本配煤系统在上位机IFIX监控软件中添加了OPC驱动和MODBUS驱动;OPC驱动用于从PROFIBUSDP总线上获取PLC数据,完成设备监测和控制,MODBUS驱动用于连接28台变频器,完成对每台给煤机起停和转速的控制,从而调节参与自动配煤系统的各煤种的数量。

2　系统实现关键技术
2.1　正确配置IFIX网络选项

为实现不同系统之间进行互访还需要对IF2李伟,等:基于IFIX的配煤自动化设计

IX进行正确的配煤系统与网络设置。1)为每个IFIX节点命名,这是IFIX节点在网络上互访的标志;2)为2台服务器设置相同的逻辑节点名;3)将IFIX节点正确地加入到远程节点列表中;4)启用服务器的逻辑节点名,并将2台服务器配置成主节点和备用节点;5)修改系统hosts文件,注明IFIX节点及其IP地址。

2.2　OPC服务器的配置

尽管有OPC服务器配置的参考手册,但很多同行在实际操作中感到很难一次配置成功。需要注意几点:1)配置MPI网络时要比DP网多一个通讯参数的设置;2)S7连接属性设置时所设置参数是机架和插槽号,300系列的CPU默认机架和插槽号分别为0,2;3)CP5611卡的驱动是在安装SimaticnetV6.2后自动添加的,无需再添加。

2.3　利用MODBUS驱动控制变频器

首先在IFIX中添加MODBUS驱动,驱动添加完成后再添加设备和设备的数据块。添加设备时变频器参数设置和上位机的通讯参数设置要一致,添加数据块时要注意寄存器与其所赋值代表的不同含义。例如:对寄存器40001赋值0476204772047F变频器启动;赋值047E变频器应用停止;赋值0476变频器复位。另外,IFIX只能输入10进制,需要把上述16进制的赋值转化为10进制。

2.4　数据库设计

作为组态画面显示的数据来源,实时数据库在整个监控系统中起着举足轻重的作用。在创建IFIX实时数据库前,需要:1)按照带给煤机启动、给煤机控制系统保护和系统监测等的不同分别设计数据及其类型;2)监控数据的I/O驱动器或OPC服务器地址列表;3)报警要求。在设计实时数据库时,为了提高数据库的查询速度,尤其是方便分系统浏览煤矿生产中的监控数据,实时数据库中标签的命名最好遵守一定的规则。在该项目中,采用了3级标签命名法,即设备名、数据块名和数据类型,相互之间用下划线分开。设备名标明该标签代表的数据是属于哪个监控分系统,数据块名是该自动化配煤系统中进行某一具体监测与控制的数据,数据类型进一步说明了该数据是输入还是输出,是模拟量还是开关量等重要信息。标签名的设备名和数据块名都取拼音字母的首位并大写。这一标签命名方式不仅大大减少了在实时数据库中出现重复标签的机会,而且提高了数据库的检索速度。例如要在实时数据库中建立一个监测东翼北给煤机运行的监测量,则应该命名为:DBJDJDI,监控信息时,当要查询所有关于东翼北给煤机电机运行的只要在数据库中增加过滤条件“标签名={DBJDJ3}”即可。

3　给煤系统功能
3.1　实现自动/手动配煤控制模式

手动控制方式是通过调度室配煤上位机的有关参数画面,用键盘进行频率设定,控制煤的流量。自动配煤是计算机根据所要求的灰分自动给出有关计算参数和配煤策略,根据所得的参数自动下装到变频器的控制参数中,给煤系统自动运行达到灰分要求。

3.2　显示与报警

为保证系统的可靠运行,在上位机监控画面中显示设备状态、目标灰分、瞬时灰分、累计灰分、变频器频率、煤仓仓位、设备故障与报警提示等数据和信息,实现了多点、多工位的实时通讯,保证了配煤操作的协调和稳定运行,并向后台数据库发送记录数据,实现配煤系统的信息管理和统计、报表输出,以及厂级管理人员对配煤过程的浏览和监视。

3.3　网络功能

IFIX组态软件支持ODBC数据库,数据库和IFIX数据库的通信。通过把数据写入SQLserver数据信息。

4　结论
本自动配煤系统的设计、安装、调试已经完成投入正常运行,系统稳定、可靠,使生产自动化达到一个新的水平。

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