洗煤廠終端智能控制箱的研究范文

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摘要:針對洗煤廠傳統(tǒng)控制箱線路敷設成本高、機械按鈕存在操作磨損、控制線路轉接點多且故障率高、控制箱面板元件顯示功能單一及箱體安裝占用空間過大等問題，設計制作了終端智能控制箱，使現(xiàn)場操作人員可通過平板電腦實現(xiàn)與PLC、傳感器及智能設備之間的數(shù)據(jù)交互，從而替代了傳統(tǒng)控制箱與電氣設備硬接線連接的控制模式。終端智能控制箱可完成生產(chǎn)系統(tǒng)運行過程中數(shù)據(jù)在生產(chǎn)崗點的集中顯示，可滿足復雜多樣的生產(chǎn)控制要求，便于實現(xiàn)全廠信息化的實時共享。

關鍵詞:智能控制箱;傳統(tǒng)控制箱;設備控制;PLC控制;數(shù)據(jù)交互;選煤廠信息化

傳統(tǒng)控制箱借助電子式儀表、機械儀表、指示燈進行測量顯示，機械按鈕進行操控。這種傳統(tǒng)控制模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場更為復雜多樣的生產(chǎn)工藝及當前技術要求。隨著選煤廠自動化水平的提高，目前大部分選煤廠已通過一系列技術革新，完成了生產(chǎn)集控系統(tǒng)的構建，設備控制可在集中、就地、檢修三種操作方式下切換，實現(xiàn)了生產(chǎn)系統(tǒng)逆煤流開車、順煤流停車。但仍有不少選煤廠還在采用傳統(tǒng)控制箱進行操控。智能控制終端和可編程邏輯控制器數(shù)據(jù)實時通訊的方式［1］結合了現(xiàn)有的PLC控制技術、TCP/IP通訊技術和工業(yè)平板電腦技術，主要用于工業(yè)生產(chǎn)設備就地控制及相關運行參數(shù)的檢測顯示，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)機械按鈕式就地控制箱和操作臺，能滿足復雜的控制要求，易于實現(xiàn)全廠信息化的實時共享。

1傳統(tǒng)型控制箱的主要問題

近年來，因受入選原煤煤質普遍變差的影響，選煤廠工藝系統(tǒng)設計趨于復雜，設備選型趨于多樣化，參與控制的變量也越來越多，因而對生產(chǎn)自動化程度要求越來越高，使以前普遍應用的就地監(jiān)控傳統(tǒng)型控制箱和操作臺越來越不能滿足生產(chǎn)需要。主要存在以下問題:(1)在控制系統(tǒng)中的作用日趨狹窄，僅作為現(xiàn)場設備非正常狀態(tài)下(如檢修調試)的一種后備控制方式。(2)傳統(tǒng)控制模式采用硬接線方式完成控制信號的傳遞，借助電子式儀表、機械儀表、指示燈進行測量顯示，機械按鈕進行操控，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場更為復雜多樣的生產(chǎn)工藝要求，越來越無法跟上現(xiàn)今自動化控制高速發(fā)展的節(jié)奏。(3)隨著控制功能的不斷增加，傳統(tǒng)控制箱每個回路都需要大量的控制線路敷設來完成較為復雜的控制要求，因此橋架、控制電纜及人工等敷設成本較高。(4)機械按鈕存在機械磨損，控制線路轉接點多，不僅故障率高，且故障的排除工作需要有經(jīng)驗的維修人員來完成，因此控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，維護維修強度較高。(5)指示燈、電子式儀表等面板元件顯示功能單一，需要安裝空間，易造成控制箱箱體尺寸增大和數(shù)量增多。

2終端智能控制箱的設計思路

針對傳統(tǒng)控制箱在生產(chǎn)過程中存在的局限性，可將現(xiàn)有的PLC控制技術、TCP/IP通訊技術及工業(yè)平板電腦技術相結合，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)機械按鈕式就地控制箱和操作臺，用于工業(yè)生產(chǎn)設備就地控制及相關運行參數(shù)的檢測顯示，通過智能型控制終端與PLC［2］、傳感器及現(xiàn)場智能設備之間的數(shù)據(jù)實時交互方式，來取代傳統(tǒng)控制箱與配電柜硬接線連接的控制方式，同時使用智能終端實現(xiàn)全廠信息化的實時共享，完成生產(chǎn)系統(tǒng)運行過程中數(shù)據(jù)在生產(chǎn)崗點的集中顯示，實現(xiàn)復雜多樣的生產(chǎn)控制要求。設計思路如下:

(1)要實現(xiàn)智能化［3］終端取代傳統(tǒng)控制箱，完成設備的控制以及信息化的共享，必須依靠一個基礎平臺，那就是全廠網(wǎng)絡的建立，實現(xiàn)全廠內的信息共享。通過建立相互獨立、安全接口的現(xiàn)場總線，實現(xiàn)智能終端控制模式的基礎建設。

(2)智能控制終端是設計的核心，平板電腦的配置高低、性能的好壞直接影響智能控制箱在生產(chǎn)過程控制中的使用效果與使用壽命。智能終端采用一套以嵌入式低功耗CPU為核心(主頻1.2GHz)的高性能嵌入式一體化人－機界面。同時還預裝微軟嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)WinCE(中文版)。

(3)建立防火墻。不同的接口有不同的防護硬件和軟件防火墻，為新型控制模式的信息化管理和決策提供了基礎保障。

(4)雙熱備冗余可編程控制器的選擇。可編程控制器本身具有很高的可靠性、穩(wěn)定性，雙冗余PLC的選擇，進一步保障了智能終端的實時在線功能。

(5)智能終端的功能不僅僅是控制設備，還共享設備層PLC、傳感器、智能配電元件采集的數(shù)據(jù)，因此智能終端進一步開發(fā)了軟總線接口，負責上行和下行數(shù)據(jù)通訊和規(guī)約解釋，負責與生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)通訊，讓全廠所有的信息數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)一的格式在智能終端上進行共享［4］。

(6)為了保證系統(tǒng)的安全可靠，在PLC控制柜端提供了系統(tǒng)故障時的應急處理，相當于原有控制箱的功能。

3終端智能控制箱的方案實施

3.1主要硬件選型

(1)控制箱箱體:選煤廠的生產(chǎn)環(huán)境較惡劣，箱體選用聚碳酸酯或不銹鋼材質，在安裝配置元件時，對其開孔處進行密封處理，確保智能控制箱安裝箱體具有耐熱、耐腐蝕、全絕緣、高防護等級(IP65)、高機械強度等優(yōu)點。

(2)智能控制終端(工業(yè)平板電腦):設計采用一套以嵌入式低功耗CPU為核心的高性能一體化人－機界面。該平板電腦采用了26.42cm(10.4英寸)高亮度TFT真彩液晶屏、電阻式觸摸屏，外殼是堅固且電磁屏蔽性較好的鋁合金結構。操作系統(tǒng)選用的是適合嵌入式和移動技術平臺的WinCE。

(3)開關電源:智能控制箱中的工業(yè)平板電腦需要處于運行狀態(tài)，功耗較小，散熱較差，為了減弱熱量散發(fā)和其他電氣元件老化，采用開關電源為整個智能控制箱供電。開關電源功耗小、效率高，較寬的穩(wěn)壓范圍可以盡量消除電網(wǎng)電壓變化給箱內設備帶來的影響，且較小的體積易于安裝在箱內的導軌上。

(4)按鈕和急停開關:智能控制箱內使用一個常閉按鈕作為平板電腦的電源開關，在箱內平板電腦關機后，按下按鈕即相當于給平板電腦重新通電，通過平板電腦的BIOS設置即可達到通電自動開機的目的。此外，當智能控制箱的軟件由于某種原因死機而導致無法用軟件方式重啟時，這個按鈕也可作為硬件重啟按鈕使用，智能控制終端的軟件即使在突然斷電的情況下也不會丟失重要配置，而固態(tài)硬盤和低功耗主板也不會因為突然斷電而損傷。為了應對突發(fā)情況，控制箱設有急停按鈕，急停按鈕的常閉觸點直接與PLC輸入模塊相連，按下按鈕即可通過PLC內部程序停止本層設備與上級設備的運行，在事故發(fā)生時可以有效保護人身和財產(chǎn)安全。

3.2軟件設計終端智能控制箱界面如圖1所示，在箱體上設有電源按鈕，可根據(jù)需要在停電檢修時將智能控制箱置于關機狀態(tài)，也可將控制箱處于黑屏待機狀態(tài)，按下控制箱面板上的“電源開關”即可在2min內快速開機并進入軟件主界面。主界面可以顯示調度室下發(fā)的消息，以提醒操作員相關事項。軟件主菜單有“流程顯示”、“設備控制”、“崗點對話”、“信息查看”、“登錄”按鈕，分別實現(xiàn)不同的功能;右下方的“關機”按鈕可實現(xiàn)軟件關機。

(1)“流程顯示”菜單主要用于監(jiān)測顯示該崗點所在生產(chǎn)流程的上下級設備或其他設備的運行狀況，也能顯示系統(tǒng)運行過程中的物料、壓力、閥門開度等重要參數(shù)［5］，能夠使現(xiàn)場操作人員及時了解系統(tǒng)運行狀況，并及時做好本崗點設備運行參數(shù)的控制調整。

(2)“設備控制”菜單是現(xiàn)場操作人員需要經(jīng)常使用的操作項功能，主要用于設備在就地時的啟停控制。這個界面也能顯示設備的重要參數(shù)，如分合閘狀態(tài)、運行狀態(tài)、集控/就地狀態(tài)、運行電流、運行頻率、故障信息等。當設備需要就地啟動時，操作人員需要向調度室申請，將集控控制位切換至就地位，然后才能進行就地啟停設備或控制試車。

(3)“崗點對話”菜單用于代替原有傳統(tǒng)控制箱與操作控制臺上的“打點”功能，當現(xiàn)場人員需要就地啟動某臺設備時，為確保上下級關聯(lián)設備崗點人員的安全，需要操作人員進行信息發(fā)送確認設備是否可以啟動:如果對方崗點回饋的信息為允許啟動時，操作人員方可啟動設備;如果對方崗點回饋不允許時，需要操作人員進行等待，直到準許啟動設備，方可進行啟動控制操作。

(4)“信息查看”菜單可實時顯示設備的運行狀態(tài)，如電流、電能量、設備的綜保信息［6］等;也可查詢已存儲設備的以前的信息，如維修記錄、保養(yǎng)記錄、故障記錄、正常運行時間等。它主要用于設備在日常操作、維護及故障判定處理的輔助指導，通過其所含的“設備信息介紹”、“使用維護指導”、“故障處理指導”三個子菜單，使現(xiàn)場工作人員了解正確的操作方法、設備日常維護注意事項、設備故障排查指導及設備完好標準。

(5)“登錄”菜單有三種賬號登陸模式。每個崗位操作員均有屬于自己的賬號，在操作員上崗時，輸入自己的編號和密碼，進入登錄狀態(tài)后方可對設備進行控制，對設備參數(shù)進行調節(jié)。檢修員賬號用于查看設備的電機保護器等其他信息。管理員賬號對整個軟件進行檢查、調試和修改，將智能控制箱作為一個進入集控系統(tǒng)內部的窗口。管理員可以進入智能控制軟件的后臺界面，查詢軟件運行狀態(tài)和通訊狀態(tài)，處理各種軟件故障，或者對整個軟件進行功能修改和升級，后臺界面的具體功能如下:①查詢綜保故障的詳細信息及相關時間記錄，為設備故障排查處理提供方向;②調用查詢其他崗點工作是否正常;③終端智能控制箱與電動機啟動管理器的通訊自檢;④終端智能控制箱與集控主站的通訊自檢;⑤終端智能控制箱組態(tài)、驅動軟件自檢;⑥終端智能控制箱軟件故障復位。

4應用實例

4.1高莊選煤廠終端智能控制軟件設計

無論是全面的信息采集還是設備與設備之間的信息交互中，完善、高速、安全、穩(wěn)定的通訊網(wǎng)絡在自動化控制系統(tǒng)中都起著至關重要的作用。高莊選煤廠PLC控制系統(tǒng)［7］主站CPU與工業(yè)數(shù)據(jù)庫服務器和組態(tài)客戶端［8］一同接入機房內的工業(yè)交換機，再鏈接到核心交換機的工業(yè)VLAN。廠內其他PLC分站(如部分選煤設備自帶的小型PLC)的CPU均位于配電室或設備附近的控制箱內，將廠房和配電室內PLC的以太網(wǎng)接口與配電室的交換機的工業(yè)VLAN相連，再由遍布全廠的光纖網(wǎng)絡連接至調度機房的三層核心交換機的工業(yè)VLAN上。此外，廠房內用于采集電機保護器數(shù)據(jù)的串口服務器、用于設備控制的智能終端和工業(yè)操作臺同屬PLC網(wǎng)絡與PLC等設備一同接入。

4.2效益分析

高莊煤礦選煤廠為滿足其設備控制要求且實現(xiàn)崗位“打點”功能，如采用原有傳統(tǒng)控制箱，每個回路需選用12芯控制電纜(KVV－12×1.5)，如果設計兩個四回路控制箱，一個回路按240m進行計算，需要敷設線路成本為20元×240m×8=3.84萬元，同時還需選用200mm×100mm的橋架，橋架敷設成本為1.7萬元，故總成本約為5.54萬元。而采用現(xiàn)場智能控制箱僅需要向較近的環(huán)網(wǎng)交換機敷設一根超五類以上的網(wǎng)線和一根兩芯電源線，即便需要敷設小型橋架，其成本也不會超過一萬元，僅安裝材料費就可節(jié)省4.5萬元。

5結論

(1)通過對智能型控制終端和可編程邏輯控制器數(shù)據(jù)實時通訊方式的研究，解決了選煤廠傳統(tǒng)控制箱與配電柜硬接線連接的控制方式，可有效減少原有控制箱和操作臺通過硬接線及機械電鈴來完成崗位之間的單一信號傳遞給現(xiàn)場生產(chǎn)帶來的不穩(wěn)定、不安全因素。

(2)高莊選煤廠的實際應用表明，采用終端智能控制箱既可保證設備運行的穩(wěn)定性、高效性，又能有效降低成本，減少生產(chǎn)現(xiàn)場控制橋架、控制線路的敷設，減少線路壓接點，提高控制的穩(wěn)定性。

(3)在終端智能控制箱的使用上，為確保通訊的穩(wěn)定性，其上位機和智能控制箱的總數(shù)量不要超過所選PLC所允許的最大上位機數(shù)量。這就要求在PLC選型上要提高其性能要求，即具備通訊擴展功能。同時，為提高控制系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，建議控制系統(tǒng)具備雙機熱備功能。

參考文獻:

［1］韓興連.基于智能控制箱技術的水廠自控系統(tǒng)［J］.自動化應用，2014(10):44－45.

［2］代保川.PLC單相電流取樣在選煤廠自動控制系統(tǒng)中實現(xiàn)電機智能保護［J］.電工技術，2013(7):44－45.

［3］趙光輝.大型、特大型選煤廠模塊化智能控制模式的構建［J］.露天采礦技術，2016，31(7):52－56.

［4］鐘建國，孟凡芹.基于Agent的選煤廠控制與維護管理集成研究［J］.微計算機信息，2006(28):40－42，76.

［5］王貴成.洗煤廠集中控制系統(tǒng)升級改造方案淺談［J］.黑龍江科技信息，2011(18):83.

［6］曹娜，汪海濤.羅克韋爾E3Plus智能電機綜合保護器在選煤廠集中控制系統(tǒng)中的應用研究［J］.硅谷，2014，7(13):72－73.

［7］潘海軍.PLC在神華烏海能源公司選煤廠控制系統(tǒng)的應用與研究［D］.呼和浩特:內蒙古大學，2012.

［8］馬香娟，陳慶新，苑小光.PLC集控系統(tǒng)在選煤廠生產(chǎn)中的應用［J］.山東煤炭科技，2014(6):165－166，169.

作者：單勇；馮永；曲吟源；殷憲文；張光玉 單位：棗莊礦業(yè)集團